無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被普遍認(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的技術(shù)之一，是目前計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、無線通信和微電子技術(shù)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。下面YJBYS小編為大家搜索整理了關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)，歡迎參考閱讀！
一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)
與其他類型的無線網(wǎng)絡(luò)相比，傳感器網(wǎng)絡(luò)有著鮮明的特征。其主要特點(diǎn)可以歸納如下：
（一）傳感器節(jié)點(diǎn)能量有限。當(dāng)前傳感器通常由內(nèi)置的電池提供能量，由于體積受限，因而其攜帶的能量非常有限。如何使傳感器節(jié)點(diǎn)有限的能量得到高效的利用，延長網(wǎng)絡(luò)生存周期，這是傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的首要挑戰(zhàn)。
（二）通信能力有限。無線通信消耗的能量與通信距離的關(guān)系為E=kdn。其中，參數(shù)n的取值為2≤n≤4，n的取值與許多因素有關(guān)。但是不管n具體的取值，n的取值范圍一旦確定，就表明，無線通信的能耗是隨著距離的增加而更加急劇地增加的。因此，在滿足網(wǎng)絡(luò)連通性的要求下，應(yīng)盡量采用多跳通信，減少單跳通信的距離。通常，傳感器節(jié)點(diǎn)的通信范圍在100m內(nèi)。
（三）計算、存儲和有限。一方面為了滿足部署的要求，傳感器節(jié)點(diǎn)往往體積小；另一方面出于成本控制的目的，節(jié)點(diǎn)的價格低廉。這些因素限制了節(jié)點(diǎn)的硬件資源，從而影響到它的計算、存儲和通信能力。
（四）節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，密度高，覆蓋面積廣。為了能夠全面準(zhǔn)確的監(jiān)測目標(biāo)，往往會將成千上萬的傳感器節(jié)點(diǎn)部署在地理面積很大的區(qū)域內(nèi)，而且節(jié)點(diǎn)密度會比較大，甚至在一些小范圍內(nèi)采用密集部署的方式。這樣的部署方式，可以讓網(wǎng)絡(luò)獲得全面的數(shù)據(jù)，提高信息的可靠性和準(zhǔn)確性。
（五）自組織。傳感器網(wǎng)絡(luò)部署的區(qū)域往往沒有基礎(chǔ)設(shè)施，需要依靠傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作，以自組織的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的配置和管理。
（六）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)變化。傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常是動態(tài)變化的，例如部分節(jié)點(diǎn)故障或電量耗盡退出網(wǎng)絡(luò)，有新的節(jié)點(diǎn)被部署并加入網(wǎng)絡(luò)，為節(jié)約能量節(jié)點(diǎn)在工作和休眠狀態(tài)間進(jìn)行切換，周圍環(huán)境的改變造成了無線通信鏈路的變化，以及傳感器節(jié)點(diǎn)的移動等都會導(dǎo)致傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
（七）感知數(shù)據(jù)量巨大。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署范圍大、數(shù)量多，且網(wǎng)絡(luò)中的每個傳感器通常都產(chǎn)生較大的流式數(shù)據(jù)并具有實(shí)時性，因此網(wǎng)絡(luò)中往往存在數(shù)量巨大的實(shí)時數(shù)據(jù)流。受傳感器節(jié)點(diǎn)計算、存儲和帶寬等資源的限制，需要有效的分布式數(shù)據(jù)流管理、查詢、分析和挖掘方法來對這些數(shù)據(jù)流進(jìn)行處理。
（八）以數(shù)據(jù)為中心。對于傳感器網(wǎng)絡(luò)的用戶而言，他們感興趣的是獲取關(guān)于特定監(jiān)測目標(biāo)的真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)。在使用傳感器網(wǎng)絡(luò)時，用戶直接使用其關(guān)注的事件作為任務(wù)提交給網(wǎng)絡(luò)，而不是去訪問具有某個或某些地址標(biāo)識的節(jié)點(diǎn)。傳感器網(wǎng)絡(luò)中的查詢、感知、傳輸都是以數(shù)據(jù)為中心展開的。
（九）傳感器節(jié)點(diǎn)容易失效。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境的特殊性以及能量等資源受限的原因，傳感器節(jié)點(diǎn)失效（如電池能量耗盡等）的概率遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。因此，需要研究如何提高數(shù)據(jù)的生存能力、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的健壯性和容錯性以保證部分傳感器節(jié)點(diǎn)的損壞不會影響到全局任務(wù)的完成。此外，對于部署在事故和自然災(zāi)害易發(fā)區(qū)域的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，還需要進(jìn)一步研究當(dāng)事故和災(zāi)害導(dǎo)致大部分傳感器節(jié)點(diǎn)失效時如何最大限度地將網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)保存下來，以提供給災(zāi)害救援和事故原因分析等使用。
二、關(guān)鍵技術(shù)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為當(dāng)今信息領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，設(shè)計多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，有非常多的關(guān)鍵技術(shù)有待研究和發(fā)現(xiàn)，下面列舉若干。
（一）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂啤Ｍㄟ^拓?fù)淇刂谱詣由闪己玫耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠提高路由協(xié)議和MAC協(xié)議的效率，可為數(shù)據(jù)融合、時間同步和目標(biāo)定位等多方面奠定基礎(chǔ)，有利于節(jié)省能量，延長網(wǎng)絡(luò)生存周期。所以拓?fù)淇刂剖菬o線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的核心技術(shù)之一。目前，拓?fù)淇刂浦饕芯康膯栴}是在滿足網(wǎng)絡(luò)連通度的前提下，通過功率控制或骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的選擇，剔除節(jié)點(diǎn)之間不必要的通信鏈路，生成一個高效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
（二）介質(zhì)訪問控制（MAC）協(xié)議。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，MAC協(xié)議決定無線信道的使用方式，在傳感器節(jié)點(diǎn)之間分配有限的無線通信資源，用來構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的底層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。MAC協(xié)議處于傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的底層部分，對傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能有較大影響，是保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高效通信的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之一。傳感器網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大功能是由眾多節(jié)點(diǎn)協(xié)作實(shí)現(xiàn)的。多點(diǎn)通信在局部范圍需要MAC協(xié)議協(xié)調(diào)其間的無線信道分配，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)需要路由協(xié)議選擇通信路徑。
在設(shè)計MAC協(xié)議時，需要著重考慮以下幾個方面：
（1）節(jié)省能量。傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)一般是以干電池、紐扣電池等提供能量，能量有限。
（2）可擴(kuò)展性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有動態(tài)性。所以MAC協(xié)議也應(yīng)具有可擴(kuò)展性，以適應(yīng)這種動態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
（3）網(wǎng)絡(luò)效率。網(wǎng)絡(luò)效率包括網(wǎng)絡(luò)的公平性、實(shí)時性、網(wǎng)絡(luò)吞吐量以及帶寬利用率等。
（三）路由協(xié)議。傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的主要任務(wù)是在傳感器節(jié)點(diǎn)和Sink節(jié)點(diǎn)之間建立路由以可靠地傳遞數(shù)據(jù)。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)與具體應(yīng)用之間存在較高的相關(guān)性，要設(shè)計一種通用的、能滿足各種應(yīng)用需求的路由協(xié)議是困難的，因而人們研究并提出了許多路由方案。
（四）定位技術(shù)。位置信息是傳感器節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)中不可或缺的一部分，沒有位置信息的監(jiān)測消息可能毫無意義。節(jié)點(diǎn)定位是確定傳感器的每個節(jié)點(diǎn)的相對位置或絕對位置。節(jié)點(diǎn)定位分為集中定位方式和分布定位方式。定位機(jī)制也必須要滿足自組織性，魯棒性，能量高效和分布式計算等要求。
（五）數(shù)據(jù)融合。傳感器網(wǎng)絡(luò)為了有效的節(jié)省能量，可以在傳感器節(jié)點(diǎn)收集數(shù)據(jù)的過程中，利用本地計算和存儲能力將數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，取出冗余信息，從而達(dá)到節(jié)省能量的目的。
（六）安全技術(shù)。安全問題是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要問題。由于采用的是無線傳輸信道，網(wǎng)絡(luò)存在偷聽、惡意路由、消息篡改等安全問題。同時，網(wǎng)絡(luò)的有限能量和有限處理、存儲能力兩個特點(diǎn)使安全問題的解決更加復(fù)雜化了。
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