無線傳感器網絡技術論文
無線傳感器網絡是一種新型的無基礎設施的無線網絡，具有與傳統(tǒng)網絡不同的特點，且與應用高度相關。下面小編給大家分享無線傳感器網絡技術論文，大家快來跟小編一起欣賞吧。
無線傳感器網絡技術論文篇一
無線傳感器網絡應用技術管窺
摘 要：無線傳感器網絡對人們的生產及生活的許多領域有著重要的影響。文章主要介紹了有關無線傳感器網絡的一些概念，分析了傳感器網絡的熱點內容，并對無線傳感器網絡技術的應用進行了探討。
關鍵詞：無線;傳感器網絡;應用
中圖分類號：TP212.9;TN929.5
隨著傳感器技術、微機電系統(tǒng)、通信技術及嵌入式計算技術的不斷發(fā)展和完善，具備通信能力、計算能力、感知能力的微型傳感器開始廣泛應用于各個領域。因此，應對無線傳感器網絡進行詳細的研究，對其進行不斷完善。
1 相關概念
無線傳感器網絡集成了微機系統(tǒng)、網絡和傳感器三大技術，是以數據處理為中心的系統(tǒng)，其通過對網絡覆蓋范圍內的感知對象信息進行感知、采集、處理，并將其轉發(fā)給觀察者。其是由傳感器節(jié)點通過應用無線通信技術自組織構成的網絡。無線傳感器網絡是新興的信息技術的領域，其在民用、軍事等領域的應用前景都非常的廣泛。無線傳感器節(jié)點的組成有計算機子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、傳感子系統(tǒng)和能量供應子系統(tǒng)。計算機子系統(tǒng)是通過微控制器和微處理器構成的，其主要負責對傳感器進行控制、對傳感數據的算法與執(zhí)行通信協(xié)議進行相關的處理。而短距離的無線通信的無線收發(fā)電路主要由通信子系統(tǒng)來實現。而激勵裝置及傳感器共同構成傳感子系統(tǒng)。能量供應子系統(tǒng)主要由交直流轉換器及電池組成。
一個傳感器網絡一般由很多個傳感器節(jié)點組成，且節(jié)點的應用不同，其組成部分也各有很多差別。傳感單元包括很多傳感功能的D/A、A/D轉換模塊，并根據所需監(jiān)測的對象的具體情況來判斷使用單一或多功能的傳感器。處理單元主要是通過存儲器、嵌入式CPU、嵌入式操作系統(tǒng)等共同將嵌入式系統(tǒng)構成成立起來。傳感器網絡的組成結構是互聯網、sink節(jié)點、分布式傳感器節(jié)點、用戶界面等。為獲取第一手信息，會密集的投放傳感器節(jié)點在待監(jiān)測區(qū)域內。Sink節(jié)點其本身可進行充電，儲備了很多能量，相當于網關節(jié)點。能夠讓信息平臺和位于較遠處節(jié)點所收集到的信息之間進行信息的傳輸或交換，如互聯網或衛(wèi)星。而用戶界面是處理監(jiān)測信息的平臺，通過用戶界面能夠更加便捷的掌握及處理從監(jiān)測區(qū)域獲得的信息。傳感器網絡的生成及其工作方式是先將通過使用機械方法、飛行器空投方法等隨機散播傳感器節(jié)點并將其布置到待監(jiān)測的區(qū)域。之后傳感器節(jié)點將會保持在自檢啟動的喚醒狀態(tài)。所有的傳感器通過發(fā)出信號，監(jiān)控并記錄周圍傳感器節(jié)點相應對外的工作的情況。節(jié)點通過對所監(jiān)測到的別的傳感器節(jié)點的狀況的分析，并通過組網算法形成網絡。構成網絡的節(jié)點要進行數據通信，則要通過路由算法對合適路徑進行選擇來實現。
2 無線傳感器網絡的熱點內容
2.1 安全性。無線傳感器網絡的安全方面主要包括安全路由及安全協(xié)議。通常，很多節(jié)點都會密集分布在相同的區(qū)域內，而最終要到達目的地則需要通過很多的節(jié)點消息的傳導。傳感器具有動態(tài)性，且是多跳結構，需要每個節(jié)點都具備路由功能。且傳感器節(jié)點都是一個潛在的路由，極易遭受入侵，進而造成整個無線傳感器網絡的安全受到威脅。網絡層路由協(xié)議將關鍵的路由服務提供給了整個無線傳感器網絡，無線傳感器網絡的可用性與安全性也受到安全的路由算法很大的影響。安全路由協(xié)議通過使用身份認證、認證廣播以及雙向連接認證等機制，能夠增強路由的安全性，使網絡對外部攻擊的抵御能力得到有效地提高。在安全保障方面有安全組播和密鑰管理兩種方式。安全組播是指可能在敵對環(huán)境中設置無線傳感器網絡，需在其里形成基于源端認證的安全組播以避免供給者將偽造的信息注入網絡中。
2.2 無線傳感器網絡的能量問題。傳感器的節(jié)點需要對待監(jiān)測區(qū)域獲得的消息進行分析及數據處理等，且其分布的數量多范圍大，而其一般通過電池進行供電，可用電量有限。且為數量龐大的節(jié)點更換電池很困難。因此，在不影響節(jié)點功能的基礎上，節(jié)約其電池能量也成為其軟硬件設計的核心問題。因此，在很多網絡應用中，因傳感器節(jié)點監(jiān)測的事件具有偶發(fā)性，不需要所有的單元都工作，可通過使用休眠模式，使節(jié)點能夠自適應進行喚醒與休眠，進而達到節(jié)省能量的目的。還可將所有的功耗單元進行相應的有機組合，使眾多的傳感器節(jié)點形成多種不同的狀態(tài)，讓其根據具體情況在不同狀態(tài)之間進行切換，節(jié)省其需耗損的能源。
2.3 網絡結構。無線傳感器網絡中使用的網絡拓撲結構主要有網狀拓撲結構、星形拓撲結構以及網狀與星形相互混合的方式。而關于網絡結構種類的使用決定也需要進行多方面的考慮。如需要考慮數據傳輸的距離，傳輸的頻率，節(jié)點的變化水平等多重因素。在很多節(jié)點間能夠發(fā)生網狀結構的業(yè)務流能，且各節(jié)點之間的通信鏈路能夠被直接的建立起來。網絡結構的健壯性很強，因節(jié)點與節(jié)點之間都連接有多條鏈路，當某個節(jié)點失敗時，網絡會重新配置此節(jié)點周圍的所有節(jié)點，重新保持各節(jié)點之間的連接。但因所有節(jié)點都長期處于正常工作的狀態(tài)，能量的消耗也就更為嚴重，處理的負擔也較大。節(jié)點與基站間發(fā)生星形結構的業(yè)務流。星形結構所需要的能量少，但受到直傳距離的限制。網狀與星形的混合方式具備網狀結構的自修復和擴展功能，還具有星形結構簡單低耗的優(yōu)點。在中繼器或路由器的周圍進行一些星形方式設置節(jié)點，并通過網絡結構進行組網，這樣就能在一定程度上擴大網絡的覆蓋范圍。
3 無線傳感器網絡技術的應用
3.1 在軍事領域的應用。無線傳感器網絡最早應用于軍事領域，其低成本、自組織性、密集性、隨機分布、強大的容錯能力及抗毀性等特性都是軍方所需要的。一般將大量傳感器節(jié)點通過特種炮彈發(fā)射或飛機撒播等方法集中撒播到人員很難到達的觀察區(qū)域。分析監(jiān)測區(qū)域的目標的距離、目標的目的地及速度等，可通過被動傳感器如聲學、磁學、化學、光學、熱學以及電氣等類型的傳感器及主動傳感器來完成。一般情況下，傳感器只需穩(wěn)定工作數周，不用嚴格要求其功耗。但若在未知環(huán)境如需要克服氣候、壓力、溫度等方面的惡劣環(huán)境。以及為防止其被發(fā)現及摧毀，傳感器本身也應盡量小型化。應優(yōu)先考慮傳感器適應惡劣環(huán)境的能力及小型化的要求。
3.2 在環(huán)境領域的應用。無線傳感器網絡在環(huán)境方面的應用也很廣泛。其可以對環(huán)境參數進行檢測，也可用于野外火災的檢測。無線傳感器網絡在農業(yè)方面應用廣泛。國外發(fā)達地區(qū)應用無線傳感器網絡對部分農田的土壤濕度、光照強度等進行適時的檢測，來確定如何耕作土壤。環(huán)境方面的無線傳感器網絡部署所需要的成本低、操作也相對簡單、不需要進行農田的現場維護、長期不需要進行電池的更換。而節(jié)點的密集布置，能夠將微觀的環(huán)境因素檢測出來，這為環(huán)境的監(jiān)測研究提供了新的路徑
3.3 在醫(yī)療領域的應用。在醫(yī)療領域無線傳感器網絡的應用也十分廣泛。通過將一些體溫、血壓等微型無線傳感器安裝在病人的身上，并通過其住宅內的傳感器網關，醫(yī)生能夠遠程了解病人的身體健康狀況。將血壓及脈搏監(jiān)測設備等具有特殊功能的傳感器節(jié)點安裝在住院病人的身上，通過傳感器網絡，病人的病情可以及時反饋到醫(yī)生的手中，并作出及時有效的處理。還可利用傳感器網絡收集從病人身上累積到的長期的生理數據來進行相關的新藥品的研制。除此之外，無線傳感器網絡在藥物管理等方面也能發(fā)揮其特殊優(yōu)勢，將節(jié)點與藥品的類別相互對應放置，通過連接計算機系統(tǒng)后將所開藥品辨認出來，防止拿錯藥或開錯藥的情況發(fā)生。
綜上所述，傳感器網絡是一個新興的包含著多學科的技術。隨著無線傳感器網絡應用前景的不斷擴大，其將受到越來越的研究和關注。無線傳感器網絡應用的領域也將更加廣泛，必將對人們的生產及生活產生重大的影響。
參考文獻：
[1]何永健.無線傳感器網絡技術在軍事中的應用[J].物聯網技術，2011(01)：56-57.
[2]王新智.無線傳感器網絡應用技術研究[J].科技資訊，2013(32)：90-91.
[3]林喜輝.無線傳感器網絡應用技術研究[J].計算機與網絡，2013(17)：28-29.
作者簡介：郝煊光(1978.06-)，男，吉林遼源人，畢業(yè)于中央廣播電視大學遼源分校計算機專業(yè)，本科，助理通信工程師，研究方向：數據通信。
作者單位：中國聯合網絡通信有限公司遼源市分公司，吉林遼源 136200
點擊下頁還有更多>>>無線傳感器網絡技術論文