无线传感器网络精选(九篇)

第1篇：无线传感器网络范文

无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Network）是一种由传感器节点构成的网络，能够实时监测、感知和采集节点部署区观察者感兴趣的感知对象的各种信息（如光强、温度、湿度等物理现象），并对这些信息进行处理后以无线的方式 发送。无线传感器网络在军事侦察、环境监测、医疗护理、智能家居、工业生产控制等领域有着广阔的应用前景。在低功耗的无线传感器网络中，传感器节点一般采用电池供电，而有限的电池能量限制了传感器节点的工作寿命，从而影响整个传感器网络的生存周期。为了摆脱传感器节点对电池的依赖，作者做了大量工作。本书介绍了无线能量传输技术在传统电池供电的传感器网络应用的简明指南。

全书共6章：1. 引言：包括相关背景和基本概念的介绍，如无线充电技术、电磁辐射、磁耦合共振等内容；2.网络结构和原理：包括网络组件、无线充电传感器网络设计原则，有能源设计、节点寿命估计、自适应充电阈值，最后进行了总结；3.分布式节点状态报告：主要介绍其协议的设计，包括状态请求、状态报告和补给、应急报告和补给、层次维护等；4.充电调度：包括紧急补给调度问题、正常补给调度、自适应充电调度算法和加权算法等相关内容；5.绩效评估：包括参数设置、充电调度算法的比较、能量演化、充电车辆的运动能量消耗、与静态优化方法的比较等；6.结论：对全书内容进行总结，对工作成果及局限性进行了分析，并提出了未来研究的目标。

作者杨元元现任纽约州立大学石溪分校终身教授。长期担任纽约州立大学石溪分校电子与计算机工程系研究生部主任、纽约州无线与信息技术中心通信与设备部主任等职务。在网络交换技术，无线网络和光网络等领域进行了深入研究并做出了突破贡献，在此领域已发表230多篇学术论文，其中在IEEE Transactions on Computer、IEEE/ACM Transactions on Networking，IEEE Transactions on Communications等顶级国际期刊上60多篇。担任许多重大国际会议如IEEE INFOCOM，GLOBECOM，ICC等的主席，程序委员会主席、分会主席。2009 年当选为IEEE Fellow。

本书讨论了如何利用新的无线可充电技术为传统的无线传感器网络提供持久的能量来源。书中提供了无线充电技术及其影响的最新文献综述；通过描述网络组件和它们的特征，介绍了无线充电传感器网络架构的两个调度算法，进行了模拟，并从性能方面对模拟结果进行了比较。本书适用于网络、无线通信、能源技术和信息技术的专业人员及工作人员，电气工程和计算机科学高水平的学生。

第2篇：无线传感器网络范文

【关键词】无线传感器网络 组网 关键技术

微机电技术、数字信息处理技术、无线通信技术近年来发展迅速，集合了这三种学科技术的无线传感器网络也随之兴起。无线传感网络能够实现协同工作，能够长期、实时的监测各种待检测对象数据，其广泛的应用到了不同的领域中，对人们的生活有着重要的改变，基于以上，本文简要分析了无线传感器网络组网关键技术。

1 无线传感网器络的特点

数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心是无线传感网络三个重要的组成部分，无线传感器网络包括处理器模块、通信模块和传感器模块，三个模块的各个节点能够通过协议自行组成分布式的网络，之后将采集的数据进行优化，再通过无线电波传回到信息处理中心。无线传感器网络有着如下特点：

1.1 硬件资源有限

无线传感器网络节点采用的处理器和储存器为嵌入式的，这就使得计算机的存储能力受到限制，从而限制了其计算能力，影响了信息处理；

1.2 电池容量有限

为了能够更加真实、全面地对真实世界具体值进行测量，无线传感器网络各个节点在待测区域内分布十分密集，因此，每一个无线传感器网络节点都需要储备长期使用的能量，或者自行吸收外界的太阳能；

1.3 没有中心

无线传感器网络中的节点会构成对等式网络，这个网络没有指定的重心，节点能够随时随地的加入网络或离开网络，这依赖于动态拓扑结构，任一节点的故障不会影响对等式网络的运行，抗毁能力较强。此外，无线传感网络各个节点之间能够通过分布式算法进行均衡协调，即使在没有人值守的情况下也能够组织测量网络；

1.4 自组织

无线传感器网络中，网络的布设不需要依赖网络设备，各个节点能够通过分层协议和分布式算法自行组织网络，在开机之后就能够组成独立网络；

1.5 多跳路由

由于节点的通信能力不足，覆盖范围较小，因此节点只能实现短距离通信，多跳路由能够实现覆盖范围之外的节点间通信。

2 无线传感器网络组网关键技术分析

2.1 组网模式

2.1.1 扁平式

无线传感器网络中各个节点的功能定位相同，通过不同节点之间的写作来完成数据汇聚和交流的组网模式。

2.1.2 网状网式

这种模式主要是在传感器节点形成的网络上增加一层无线网络，传感器节点数据会收集到无线网络中，这种模式有效实现了节点之间的信息通信，并且能够在网内进行融合处理。

2.1.3 层次型组网模式

节点分为利用数据汇聚簇头节点和普通节点，普通传感节点能够将数据发送到簇头节点上，之后通过簇头节点将数据汇聚到后台。

2.1.4 移动汇聚模式

移动终端将目标区域内的数据进行收集，之后转发到后台。这种模式能够提高网络的容量，但移动汇聚节点的轨迹会一定程度影响数据传递的速度，因此在使用的过程中应当控制移动终端轨迹和速率。

2.2 链路控制和媒体访问技术

在无线传感器网络中经常会出现冲突问题和数据丢失问题，链路控制和媒体访问控制技术能够根据数据流状态来对临近节点进行控制，从而实现了对节点信道访问方式和顺序的控制，有效的降低了能后，扩大了容量，解决了冲突和数据丢失问题。需要注意的是，一些复杂环境下的短距离无线射频，较长距离下覆盖范围过渡临界区域宽度与通信距离的比值较大，这会导致链路的不稳定，因此媒体访问控制要充分考虑链路的特性。

2.3 路由、数据转发和跨层设计技术

无线传感器网络的数据流向与互联网相反，终端设备向网路提供信息，这就对无线传感网络的网络协议提出了特殊的要求。其中，节点信息的转发与数据流向的选择都是由跨层服务信息来完成的。后台互联网还会将人物信息传送给节点，这就要求在无线传感器网络中还要设计能量较高的数据分发协议。此外，网络编码技术能够有效的提升数据转发效率，其能够通过减少数据包转发次数来提升网络的转发效率和转发容量。

2.4 移动控制技术

就目前来看，无线传感器网络组织结构的模式逐渐由固定模式向移动模式转变，这就使得节点的移动控制变得越来越重要。节点的移动收集能够提升无线传感器网络的生命周期。在汇聚点移动的过程中，可以根据每一轮数据情况来分析下一轮能够最大程度延长网络生命周期汇聚点的具置，节点位置能够根据事件发生的频率进行自行移动，节点能够汇集在事件发生频率较大的地方，同时节点的移动控制还能够通过分担事件汇报任务的方式来延长网络的寿命。

2.5 拓扑控制技术

为了保证网络联通的同时信息能量的高校、稳定传输，在无线传感器网络中可以使用拓扑控制技术，拓扑控制技术主要分为时间控制技术、空间控制技术和逻辑控制技术：

2.5.1 时间控制技术

时间控制技术能够调度节点睡眠的开始时间和结束时间，控制节点睡眠、工作的占空比，这就能够实现节点的交替工作，能够在有限的拓扑结构间进行拓扑的切换；

2.5.2 空间控制技术

空间控制技术能够对节点的发送功率进行控制，从而实现节点联通区域的变化，无线传感器网络就会形成不同的联通状态，进而实现控制能耗、提升容量的目的；

2.5.3 逻辑控制技术

逻辑控制技术能够通过邻居表排除不符合要求的节点，这就帮助无线传感器网络形成稳固、可靠的拓扑结构。

3 结论

综上所述，无线传感器网络是一项有潜力改变人们未来生活的重要技术，就目前的科学技术水平而言，无线传感器网络还存在着许多不足之处，受限于通信技术、成本过高、能量供应不足、网络结构不合理、容量小等因素，无线传感器网络还未能够大量的投入使用，但需要明确的是，无线传感网络中的各项关键技术都有着重要的功能，其有着很大的潜力帮助人们实现更准确的信息获取与处理。

参考文献

第3篇：无线传感器网络范文

关键词：无线网络;网状网络;传感器节点

引言

无线传感器网络作为一种测控网络，投资成本低、体积小、性价比高，以监测物理世界为主要目标，专注于从外界获取有效信息[1]。但是感知节点有限的硬件资源使得能量、计算、存储及通信能力也大大受限[2-3]。而网络拓扑的多变性和网络环境状况以及外在环境又要求无线传感器网络具有自组织的能力，能够自动组网运行、自行配置维护以及适时转发监测数据[4]。因此为了实现数据的融合和通信的可靠传输，整个无线传感器网络的建立和维护至关重要。在网络拓扑结构中，网状拓扑结构可靠性高，故障修复能力强，结构可灵活多变，特别适用于随机布置，需要随机构建无线网络的场合。但是相对其他网络拓扑结构，网状网络系统的建立和管理更为复杂[5]，路由算法也更为复杂。现针对传感器网络周期工作采集环境数据信息的特点，提出一种无线传感器网状网络的建立和管理的方案。各节点依据随机形成的拓扑结构和通信环境来构建网络，最终在通信连通域（指一片区域内节点的集合，且其中任意两个节点能够直接或多跳的方式进行通信）内形成一个整体的网络系统。其中将网络的部分维护工作和应用功能相结合，从而达到减少网络管理上和路由更新的开销，简化网络维护工作的目的。

1问题分析

1.1上电过程中问题1）当一个节点上电开始工作时，先确定是否为第一个上电节点或者周围可通信范围内有无其他已上电的感知节点，若无则此节点应该自己确定一系列网络参数，建立一个网络系统。否则说明已经存在其他网络，则此节点应该申请加入现有网络。2）当有网络时可能存在多个网络的情况（如图1所示），此时节点不仅需要申请加入优先级高的网络，同时还需要告知优先级低的网络的节点更改网络参数，加入到高优先级的网络，合并成一个整体无线网络系统。3）若多个节点同时上电且没有可用网络，则这些节点完成网络初始化配置后也应该处于同一网络中，而不是各自建立不同网络。1.2周期工作过程中的问题1）新一轮周期开始时，很可能存在新的节点加入或者某些节点故障而丢失（如图2所示），此时通信环境已经发生变化，对某些通信链路已经造成影响，因此路由表需要做出相应调整。2）系统工作中受外界环境影响，节点间可能受障碍物遮挡，原本连通的链路失效了，此时路由表也应该相应进行维护，发现新的可行路由（如图3所示）。3）多个无线网络在一开始可能处于不同的通信连通域，但环境改变后处于同一通信域里面了，也应该合并成一个大的网络，从而能够收集汇聚更大的地理区域的环境信息。

2上电启动过程

1）节点上电后，首先完成硬件的初始化，包括配置各个接口，以及给GPS模块发送初始控制命令等。2）硬件初始化完成后，从flash芯片里读取启动方式（CPU的非易失性存储flash保存上次工作时的状态信息），确定此次上电是全新上电模式还是继续工作模式。全新上电是指节点开始进行新的感知测量任务。继续工作模式是指节点已经有某个感知任务，由于故障等原因需要重新上电，此时节点需要继续之前的工作任务。全新上电的节点需要对当前网络环境进行扫描，获取最新网络信息，做出相应的反应。继续工作模式的节点则需要恢复故障前的工作状态，并尝试与其他节点恢复通信。全新上电模式启动过程可分为以下几步：a.获取GPS定位信息。无线传感器网络具有周期采集信息，在完成此次应用任务后通过休眠的方式来节省能量的特点。当一个节点上电时，其他节点可能处于休眠状态，为了能与其它节点同步通信，先需要在周期上保持同步，可以从GPS模块的输出信息中提取当前时间。b.休眠。获取GPS时间后节点进入休眠态，直至与其他节点同时唤醒，以此保持周期上的同步。c.扫描网络。节点唤醒后由离线状态（未加入任何网络）进入扫描状态（扫描周围网络），若节点在达到超时时间Ttime-out时还没有检测到可用的网络，则进入建立网络状态，自己创建一个新的网络。其中Ttime-out是关于节点地址n的单调递增的函数，多节点同时上电时地址最低的节点最先进入建立网络状态。当一个节点建立网络后，就可被其他节点扫描并申请加入网络。从而防止多个节点建立多个网络。d.若扫描到可用的网络（可能存在多个可用网络），则选定优先级高的为目标网络（规则可拟定），同时给处于低优先级网络的节点发送信息通知改变他们的网络配置，用以将多个网络合并成一个大的网络。e.然后此节点转入寻求入网状态，申请加入网络，若加入成功，则获取网络信息并存入flash存储起来，然后开始周期工作。f.若加入网络失败（如地址冲突），则节点自己单独周期工作，避免影响已经工作的网络系统。g.若没有扫描到可用的网络，则节点根据自己的地址信息确定网络信道、网络ID等参数，建立一个新的网络，开始周期工作，并且管理此网络，接收其他节点的申请。继续工作模式启动过程可分为以下几步：a.从flash芯片读取之前的工作状态和网络信息，包括网络信道、网络ID、节点数据存储情况、路由表信息等。根据这些信息恢复寄存器信息，将节点配置成断电前的工作状态。b.获取GPS信息，获得当前时间，并休眠至下一个唤醒时间点，保持工作周期的同步。c.尝试与其他节点建立通信。在整体网络不出现故障的情况下，此故障节点可完全恢复所有功能，继续周期地工作。

3周期工作过程

合理的周期工作过程不仅可以保证应用任务的良好完成，同时也能保证系统的稳定运行，周期工作过程可分为以下几个步骤：1）唤醒。节点唤醒后先等待一段时间，用来完全恢复各个模块功能，同时也给新上电的节点扫描网络信息。2）应用任务。接下来可以根据不同的应用，执行用户所需的任务。例如采集外部温湿度环境，由GPS模块获取位置信息，无线通信进行数据的融合等。3）网络维护。在无线网络运行中，受环境、节点位置等因素影响，通信链路可能中断，也可能出现新的链路，因此需要不停地检查网络，根据最新的网络状态更新路由路径、节点数量等等网络信息。网络维护是保证整个网络实时更新、检查排除网络错误、更新路由表的关键步骤。网络维护的方法分为以下几步：a.各个节点按地址先后顺序，扫描所有信道，确定当前周围网络情况。当一个节点扫描时，其他节点可根据接收到的扫描信息帧来确定哪些节点可与自己直接通信（即不需多跳来交互数据），为更新路由做准备。b.若发现新的网络则先判断哪个网络优先级更高，然后通知低级别网络中的所有节点更改网络配置，合并入优先级高的网络形成一个大的网络。c.根据之前记载下来的直接通信信息，更新自己的链路情况，并广播自己链路信息。d.根据所有节点的链路情况可计算出最新的路由表，例如根据迪杰斯特拉提出的最短路径算法计算最短路径路由协议。4）休眠。节点周期性的休眠可以大大降低功耗，若有不定时长的或实时性要求不高的用户任务也可在这段时间执行，执行完后再休眠。

4结论

笔者使用TI公司的CC2530无线收发芯片为核心搭建硬件平台，以zigbee无线通讯方式，编程实现了上述上电启动过程和周期工作过程，实验表明上述方法能使多节点在随机拓扑结构和随机上电顺序的情况下，最终加入同一网络。运行中出现链路问题时路由表和其它网络信息也能及时得到维护。节点故障修复后也能通过保存的网络信息恢复至之前工作状态。整个无线系统具有良好的稳定性。

[参考文献]

［1］许良玉,陈侃松,赵筑雨,等.低成本低功耗无线传感网络关键技术研究与应用［J］.贵州电力技术,2014（3）:57-60,75.

［2］邵汝峰,张彪,张矢,等.无线传感器网络节能技术的研究［J］.传感器世界,2007（7）:40-43.

［3］沈艳,郭兵,丁杰雄,等.无线传感器网络节能动态任务分配［J］.四川大学学报(工程科学版),2008（4）:143-147.

［4］聂明星,蒋新华,邹复民.基于实验方法的无线网状网络性能研究［J］.重庆邮电大学学报(自然科学版),2007（增刊1）:75-78.

第4篇：无线传感器网络范文

【关键词】无线传感器；网络应用；未来展望

一、无线传感器网络

1.1定义

就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。

1.2发展历史

早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。

1.3组成

一个无线传感器网络通常包括三要素，即传感器、感知对象和观察者。传感器由电源、感知部件、嵌人式处理器、存储器、通信部件和软件等几个部分组成，这些部分相互协调，共同完成对外界信息的感知功能；感知对象是无线传感器网络的监测目标；观察者是无线传感器网络的用户，是传感信息的接收者和应用者。

1.4特点

(1)自组织。传感器网络系统的节点具有自动组网的功能，节点间能够相互通信协调工作。(2)多跳路由。节点受通信距离、功率控制或节能的限制，当节点无法与网关直接通信时，需要由其他节点转发完成数据的传输，因此网络数据传输路由是多跳的。(3)动态网络拓扑。在某些特殊的应用中，无线传感器网络是移动的，传感器节点可能会因能量消耗完或其他故障而终止工作，这些因素都会使网络拓扑发生变化。(4)节点资源有限。节点微型化要求和有限的能量导致了节点硬件资源的有限性。

二、无线传感器网络的应用

无线传感器网络虽未形成大规模的市场应用，但拥有十分广阔的前景，在军事、国防、环境监测、医疗卫生、建筑物监测等等许多领域都有重要的研究价值和巨大的实用价值，被誉为对十一世纪产生巨大影响力的技术之一。

2.1军事应用

同很多高科技技术一样，，无线传感器网络的产生也是源于网络在军事应上的需求，无线传感器网络本身的概念更贴近其在军事上的应用。无线传感器网络在战场上的应用主要是信息搜集、跟踪敌人、战场监测、目标分类。

无线传感器网络由低成本、低功耗的密集型节点构成，拥有自组织性和相当的容错能力，即使部分节点遭到恶意破坏，也不会导致枯个系统的崩溃，正是这一点保证了无线传感器网络能够在恶劣的战场环境下工作，从而最大程度地减少伤亡，同时提供准确可靠的信息传输。

在和平年代，主要用于国士安全保护、边境监视等应用。例如，在保护国土、防止人侵的时候，用成千上万的传感器节点代替原来的地雷埋设，用地雷埋设的方法会对自身构成巨大威胁，用传感器通过对声音和震动信号的分类分析的方法，探测敌方的人侵。

2.2环境农业应用

无线传感器网络在环境方面也有相当广泛的应用。例如：对鸟类、小型动物生活规律的观测和种群复杂度的研究，天气预报和天象现象的观侧，农作物灌溉情况，土壤温度情况，肥料含量、光照强度等的监视，森林火情监控等等。

这类无线传感器网络一般需要具备部署简单，便宜，长期不需要更换电池，无需派人现场维护等特点。一般是一次性产品，传感器也需要具备适应野外环境的能力，由于长时间不更换电池，系统必须要低功耗工作，或者从环境中寻求一定能力补给手段，譬如使用太阳能电池。

2.3医疗应用

无线传感器网络在医疗方面也日渐发挥作用。通过在病人或易发病人身上佩戴一些血压、脉搏、体温等微型无线传感器，通过住宅内的传感器网关，医生可以从医院里远程监视这些测试人群的健康状况，通过这种方法，还可以对一些高危病人进行24小时病情检测，而不妨碍病人的日常起居和生活质量。

还有一种方式，通过在人体器官中植人一些微型传感器或吞服的方式让传感器进入人体，随时观测器官的生理状态，可以发现器官的功能恶化，及时采取治疗措施从而挽救病人生命。

2：4城市及城市管理

结构安全检测在国外称之为SHM。目前一般通过在结构体上安置传感器进行结构检测，广泛应用在结构安全监测上的传感器是MEMS加速传感器。同样，可以在建筑物内不知图像、声音、气体检测、温度、压力、辐射等传感器，发现异常事件及时报警，自动启动应急措施。

2.5无线传感器网络技术实际应用的制约因素

(1)成本。传感器网络节点的成本是制约其大规模广泛应用的重要因素，需要根据具体应用的要求均衡成本、数据精度及能量供应时间。(2)能耗：大部分的应用领域需要网络采用一次性独立供电系统，因此要求网络工作能耗低，延长网络的生命周期，这是扩大应用的重要因素，(3)微型化。在某些领域中，要求节点的体积微型化，对目标本身不产生任何影响，或者不被发现完成特殊的任务。(4)移动性。在某些特定应用中，节点或网关需要移动，导致在网络中快速自组织上存在困难，该因素也是影响其应用的主要问题之一。(5)硬件安全。在一些环境中，例如海洋、化学污染区、水流中、动物身上等，对节点的硬件要求很高，需防止受外界的破坏、腐蚀等。

三、无线传感器网络未来展望

无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体现其优越性，如家用、保健、交通等领域。我们可以大胆的预见，将来无线传感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。比如微型传感器网最终可能将家用电器、个人电脑和其他日常用品同互联网相连，实现远距离跟踪，家庭采用无线传感器网络负责安全调控、节电等。无线传感器网络将是未来的一个无孔不人的十分庞大的网络，其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。

第5篇：无线传感器网络范文

【论文摘要】本文从无线传感器网络的定义出发，简单阐述无线传感器网络的组成和介绍无线网络的发展历史，用几个实例展示无线传感器网络的具体应用，最后展望了无线传感器网络的发展前景。

1无线传感器网络

1 .1定义

就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。

1.2发展历史

早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。

1.3组成

一个无线传感器网络通常包括三要素，即传感器、感知对象和观察者。传感器由电源、感知部件、嵌人式处理器、存储器、通信部件和软件等几个部分组成，这些部分相互协调，共同完成对外界信息的感知功能;感知对象是无线传感器网络的监测目标;观察者是无线传感器网络的用户，是传感信息的接收者和应用者。

1.4特点

(1)自组织。传感器网络系统的节点具有自动组网的功能，节点间能够相互通信协调工作。(2)多跳路由。节点受通信距离、功率控制或节能的限制，当节点无法与网关直接通信时，需要由其他节点转发完成数据的传输，因此网络数据传输路由是多跳的。(3)动态网络拓扑。在某些特殊的应用中，无线传感器网络是移动的，传感器节点可能会因能量消耗完或其他故障而终止工作，这些因素都会使网络拓扑发生变化。(4)节点资源有限。节点微型化要求和有限的能量导致了节点硬件资源的有限性。

2无线传感器网络的应用

无线传感器网络虽未形成大规模的市场应用，但拥有十分广阔的前景，在军事、国防、环境监测、医疗卫生、建筑物监测等等许多领域都有重要的研究价值和巨大的实用价值，被誉为对十一世纪产生巨大影响力的技术之一。

2.1军事应用

同很多高科技技术一样，，无线传感器网络的产生也是源于网络在军事应上的需求，无线传感器网络本身的概念更贴近其在军事上的应用。无线传感器网络在战场上的应用主要是信息搜集、跟踪敌人、战场监测、目标分类。

无线传感器网络由低成本、低功耗的密集型节点构成，拥有自组织性和相当的容错能力，即使部分节点遭到恶意破坏，也不会导致枯个系统的崩溃，正是这一点保证了无线传感器网络能够在恶劣的战场环境下工作，从而最大程度地减少伤亡，同时提供准确可靠的信息传输。

在和平年代，主要用于国士安全保护、边境监视等应用。例如，在保护国土、防止人侵的时候，用成千上万的传感器节点代替原来的地雷埋设，用地雷埋设的方法会对自身构成巨大威胁，用传感器通过对声音和震动信号的分类分析的方法，探测敌方的人侵。

2.2环境农业应用

无线传感器网络在环境方面也有相当广泛的应用。例如:对鸟类、小型动物生活规律的观测和种群复杂度的研究，天气预报和天象现象的观侧，农作物灌溉情况，土壤温度情况，肥料含量、光照强度等的监视，森林火情监控等等。

这类无线传感器网络一般需要具备部署简单，便宜，长期不需要更换电池，无需派人现场维护等特点。一般是一次性产品，传感器也需要具备适应野外环境的能力，由于长时间不更换电池，系统必须要低功耗工作，或者从环境中寻求一定能力补给手段，譬如使用太阳能电池。

2.3医疗应用

无线传感器网络在医疗方面也日渐发挥作用。通过在病人或易发病人身上佩戴一些血压、脉搏、体温等微型无线传感器，通过住宅内的传感器网关，医生可以从医院里远程监视这些测试人群的健康状况，通过这种方法，还可以对一些高危病人进行24小时病情检测，而不妨碍病人的日常起居和生活质量。

还有一种方式，通过在人体器官中植人一些微型传感器或吞服的方式让传感器进入人体，随时观测器官的生理状态，可以发现器官的功能恶化，及时采取治疗措施从而挽救病人生命。

2:4城市及城市管理

结构安全检测在国外称之为shm。目前一般通过在结构体上安置传感器进行结构检测，广泛应用在结构安全监测上的传感器是mems加速传感器。同样，可以在建筑物内不知图像、声音、气体检测、温度、压力、辐射等传感器，发现异常事件及时报警，自动启动应急措施。

2.5无线传感器网络技术实际应用的制约因素

(1)成本。传感器网络节点的成本是制约其大规模广泛应用的重要因素，需要根据具体应用的要求均衡成本、数据精度及能量供应时间。(2)能耗:大部分的应用领域需要网络采用一次性独立供电系统，因此要求网络工作能耗低，延长网络的生命周期，这是扩大应用的重要因素,(3)微型化。在某些领域中，要求节点的体积微型化，对目标本身不产生任何影响，或者不被发现完成特殊的任务。(4)移动性。在某些特定应用中，节点或网关需要移动，导致在网络中快速自组织上存在困难，该因素也是影响其应用的主要问题之一。(5)硬件安全。在一些环境中，例如海洋、化学污染区、水流中、动物身上等，对节点的硬件要求很高，需防止受外界的破坏、腐蚀等。

3无线传感器网络未来展望

无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体现其优越性，如家用、保健、交通等领域。我们可以大胆的预见，将来无线传感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。比如微型传感器网最终可能将家用电器、个人电脑和其他日常用品同互联网相连，实现远距离跟踪，家庭采用无线传感器网络负责安全调控、节电等。无线传感器网络将是未来的一个无孔不人的十分庞大的网络，其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。

第6篇：无线传感器网络范文

关键词:无线传感器网络；组成；应用；发展

科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，并将会带来一场信息革命。具有感知能力、 计算 能力和通信能力的无线传感器网络（wsn, wireless sensor networks）综合了传感器技术、嵌人式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。

由于wsn的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、 工业 界和学术界的广泛关注，被广泛地应用于军事，工业过程控制、国家安全、环境监测等领域。

无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、 现代 网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种领域，是当前计算机网络研究的热点。

一、发展概述

早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。

无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。发达国家如美国，非常重视无线传感器网络的发展，ieee正在努力推进无线传感器网络的应用和发展，波士顿大学（boston university）还于最近创办了传感器网络协会（sensor network consortium），期望能促进传感器联网技术开发。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列入其中。可以预计，无线传感器网络的广泛是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革。

二、无线传感器网络的定义和特点

无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三部分组成的。其主要组成部分是集成有传感器、数据处理单元和通信模块的节点,各节点通过协议自组成一个分布式网络,再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。 无线传感器网络操作系统tiny0s141的研制者，jason hill博士把wsn定义为：

sensing＋cpu＋radio＝thousands of potential application

哈尔滨工业大学的李建中教授将wsn定义为：wsn是由一组传感器节点以自组织的方式构成的有线或无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并给观察者。从硬件上看，wsn节 点主要由数据采集单元、数据处理单元、无线数据收发单元以及小型电池单元组成，通常尺寸很小，具有低成本、低功耗、多功能等特点；从软件上看，它借助于节点中内置传感器有效探测所处区域的温度、湿度、光强度、压力等环境参数以及待测对象的电压、电流等物理参数，并通过无线网络将探测信息传送到数据汇聚中心 进行处理、分析和转发。

wsn与传统传感器和测控系统相比具有明显的优势。它采用点对点或点对多点的无线连接，大大减少了电缆成本，在传感器节点端即合并了模拟信号／数字信号转换、数字信号处理和网络通信功能，节点具有自检功能，系统性能与可靠性明显提升而成本明显缩减。

无线传感器网络具有以下特点：

1、硬件资源有限。wsn节点采用嵌入式处理器和存储器，计算能力和存储能力十分有限。所以，需要解决如何在有限计算能力的条件下进行协作分布式信息处理的难题。

2、电源容量有限。为了测量真实世界的具体值,各个节点会密集地分布于待测区域内,人工补充能量的方法已经不再适用。每个节点都要储备可供长期使用的能量,或者自己从外汲取能量（太阳能）。当自身携带的电池的能量耗尽，往往被废弃，甚至造成网络的中断。所以，任何wsn技术和协议的研究都要以节能为前提。

3、无中心。在无线传感器网络中,所有节点的地位都是平等的,没有预先指定的中心, 是一个对等式网络。各节点通过分布式算法来相互协调,在无人值守的情况下,节点就能自动组织起一个测量网络。而正因为没有中心,网络便不会因为单个节点的脱离而受到损害。节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。

4、自组织。网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。

5、多跳（multi-hop）路由。wsn节点通信能力有限，覆盖范围只有几十到几百米，节点只能与它的邻居直接通信。如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由。wsn中的多跳路由是由普通 网络 节点完成的。

6、动态拓扑。wsn是一个动态的网络，节点可以随处移动；一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络运行；也可能由于工作的需要而被添加到网络中。这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化，因此网络应该具有动态拓扑组织功能。

7、节点数量众多，分布密集。wsn节点数量大、分布范围广，难于维护甚至不可维护。所以，需要解决如何提高传感器网络的软、硬件健壮性和容错性。

8、传输能力的有限性。无线传感器网络通过无线电波进行数据传输,虽然省去了布线的烦恼,但是相对于有线网络,低带宽则成为它的天生缺陷。同时,信号之间还存在相互干扰,信号自身也在不断地衰减,诸如此类。不过因为单个节点传输的数据量并不算大,这个缺点还是能忍受的。

9、安全性的问题。无线信道、有限的能量,分布式控制都使得无线传感器网络更容易受到攻击。被动窃听、主动入侵、拒绝服务则是这些攻击的常见方式。因此,安全性在网络的设计中至关重要。

三、应用现状

虽然无线传感器网络的大规模商业应用，由于技术等方面的制约还有待时日，但是最近几年，随着 计算 成本的下降以及微处理器体积越来越小，已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。目前无线传感器网络的应用主要集中在以下领域：

1．环境的监测和保护

随着人们对于环境问题的关注程度越来越高，需要采集的环境数据也越来越多，无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利，并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。

2．医疗护理

无线传感器网络在医疗研究、护理领域也可以大展身手。罗彻斯特大学的 科学 家使用无线传感器创建了一个智能医疗房间，使用微尘来测量居住者的重要征兆（血压、脉搏和呼吸）、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况。英特尔公司也推出了无线传感器网络的家庭护理技术。该技术是做为探讨应对老龄化社会的技术项目center for aging services technologies（cast）的一个环节开发的。该系统通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体传感器，帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者以及残障人士的家庭生活。利用无线通信将各传感器联网可高效传递必要的信息从而方便接受护理。而且还可以减轻护理人员的负担。英特尔主管预防性健康保险研究的董事eric dishman称，“在开发家庭用护理技术方面，无线传感器网络是非常有前途的领域”。

3．军事领域

由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。

4．商业化用途

无线传感器网络还被应用于其他一些领域。比如一些危险的 工业 环境如井矿、核电厂等，工作人员可以通过它来实施安全监测。也可以用在 交通 领域作为车辆监控的有力工具。尽管无线传感器技术目前仍处于初步应用阶段，但已经展示出了非凡的应用价值，相信随着相关技术的 发展 和推进，一定会得到更大的应用。从应用的情况来看,北美的状况最好,在楼宇自动化、环境监控等方面,无线传感器网络已经开始大展拳脚。

四、需要解决的问题

就目前的技术水平来说，让无线传感器网正常运行并大量投入使用还面临着许多问题：

1．网络内通信问题。无线传感器网络内正常通信联系中，信号可能被一些障碍物或其他 电子 信号干扰而受到影响，怎么安全有效的进行通信是个有待研究的问题。

2．成本问题。在一个无线传感器网络里面，需要使用数量庞大的微型传感器，这样的话成本会制约其发展。

3．系统能量供应问题。目前主要的解决方案有：使用高能电池；降低传感功率；此外还有传感器网络的自我能量收集技术和电池无线充电技术。其中后两者备受关注。

第7篇：无线传感器网络范文

关键词：IEEE802.15.4IEEE1451智能传感器网络

近年来，随着计算机技术、网络技术与无线通信技术的高速发展和广泛应用，人们开始将无线网络技术与传感器技术相结合，提供了无线网络化传感器的概念。它不仅可以应用于Internet接入互连，还适用于有线接入方式所不能胜任的场合，以提供优质的数据传输服务。例如，在工厂巨大的设备间、低速长距离的通信要求和危险的工业环境。

2000年12月IEEE成立了IEEE802.15.4工作组，致力于定义一种从廉价的固定、便携或移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线连接技术。产品的方便灵活、易于连接、实用可靠及可继续延续是市场的驱动力。一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络使用，传感器网络是802.15.4标准的主要布场对象。将传感器与802.15.4设备组合，进行数据收集、处理和分析，即可决定是否需要或何时需要用户操作。满足802.15.4标准的无线发射/接收机及网络被Motorola、Philips、Eaton、Invensys和Honeywell这些国际通信与工业控制界巨头们极力推崇。目前，IEEE1451工作组已考虑在其基础上实现无线智能传感器网络WSN（WirelessSensorNetworks）。本文探讨了基于IEEE802.15.4标准的无线智能传感器网络的实现。

1基于IEEE802.15.4标准的智能传感器模型

1.1IEEE1451智能传感器模型

智能传感器建立了一个标准化的传感器网络协议。它规定了传感器模块的电子数据表单，也定义了访问数据表单、读取传感器数据、设置参数的数字接口。IEEE1451的目的就是提供一个工业标准接口，有效地连接传感器和微控制器，并把传感器接入网络。

IEEE1451模型主要由智能传感器接口模块STIM（SmartTransducerInterfaceModule）和网络应用处理器NCAP（NetworkCapableApplicationPorcessor）组成，中间通过传感器独立接口TII相连接。NCAP模块用来运行网络协议堆和应用硬件，与网络互联；STIM模块为智能变送器接口模块，其中包括变送器电子数据表单TEDS（TransducerElectronicDataSheet），一个STIM可以连接太量不同的传感器或执行器，在正常使用过程中传感器和STIM是不可分开的。变送器独立接TII（TransducerIndependenceInterface）主要定义二者之间点点连线、同步时钟的矩距离接口，使制造商可以把一个传感器应用到多种商网络中。另外，IEEE1451标准通过TEDS，使传感器模型具有即插即用的兼容性。原始数据转换为国际标准单位。其结构如图1所示。

智能传感器接口模块是围绕传感元件建立起来的，包括传感器TEDS、控制、状态寄存器、中断屏蔽、寻址、功能译码逻辑、触发、触发应答功能，这些都是用于传感器独立接口的数字接口。传感器独立接口包括数据传输、时钟、触发、应答线。接口是串行接口，由两根串行数据输入输出组成。智能传感器接口模块通过传感器独立接口上电，这就意味着STIM可被热扫描，而不用释放对网络中其他传感器的操作。

智能传感器模型包括自身带有的内部消息：制造商、数据代码、序列号、使用的极限、未定量以及校准系数等。当电源加上STIM时，这些数据可以提供给NCAP及系统的其它部分。当NCAP读入STIM中TEDS数据时，NCAP可以知道这个STIM的通信速度、通道数及每个通道上变送器的数据格式（12位还是16位），并且知道所测量对象的物理单位，知道怎样将所得到的原始数据转换为国际标准单位。

在与STIM通信的过程中，NCAP一直是主机，通信速率由NCAP设定，这会影响STIM中的采样速率，但是避免了释放数据以及对存储器的巨大需求。当STIM连接到NCAP时，NCAP从TEDS读取有关STIM的信息之后，读取STIM采样的数据。

1.2IEEE1451智能传感器标准与802.15.4标准的融合

IEEE802.15.4满足国际标准组织（ISO）开放系统互连（OSI）参考模式。它定义了单一的MAC层和多样的物理层。关于IEEE802.15.4标准详细的内容请参阅文献[7]。

为了有效地实现无线智能传感器，笔者考虑结合IEEE1451标准和802.15.4标准进行设计，需要对现有的1451智能传感器模型开出改进的。

方案之一是无线STIM（智能传感器接口模型）：STIM与NCAP之间不再是TII接口（传感器独立接口），而是通过IEEE802.15.4无线（收发模块）传输信息。传感器或执行器的信息由STIM通过无线网络传递到NCAP终端，进而与有线网络相连。另外，还可以在NCAP与网络间的接口替换为无线接口。

方案之二是无线的NCAP终端：STIM与NCAP之间通过TII接口相连，无线网络的收发模块置于NCAP上，另一无线收发模块与无线网络相连，从而与有线网络通信。在此方案中，NCAP作为一个传感器网络终端。如图2所示。

因为功耗的原因，无线通信模块不直接包含在STIM中，而是将NCAP和STIM集成在一个芯片或模块中。在这种情况下，NCAP和STIM之间的TII接口可以大大简化。

2无线智能传感器网络的实现

2.1无线智能传感器

本设计的实现机理是IEEE802.15.4传输模块代替传统的串行通信模块，将采集的数据以无线方式发送出去[7]。

本文利用IEEE802.15.4物理协议，构造一个无NCAP的无线智能网络传感器系统，但并不是没有NCAP，只是这里采PC机完成NCAP的功能，即这里的NCAP是虚拟的，是由PC构成的；以现场传感器结合单片机（如8051）或DSP（数字信号处理器）构成STIM模块，再以802.15.4接口作为TII接口与虚拟的NCAP相连接。系统总体结构参见图3。

传感器节点模块主要是由场的STIM模块组成，STIM主要由电子数据表单（TEDS）、传感器接口、现场传感器、功能模块、TII接口以及STIM的核心控制模块等组成。这里以微处理器（如单片机89C51）作为STIM模块的核心控制器，以IEEE802.15.4构成网络接口即TII接口，以程序存储器ROM存储功能程序模块，以可编程的EEPROM作为电子数据表单存储单元，单片机与现场传感器连接的I/O口作为传感器/执行器接口。

系统以PC作为虚拟的NCAP模块，网络环境是总线网络环境，数字接口TII是IEEE802.15.4总线接口，STIM模块以无线的方式直接与NCAP连接。数据发送时，现场传感器将采集的数据经过信号调理电路与信号处理电路处理后，通过无线接口即可发送到有线网络上；数据接收时，当NCAP控制器检测总线上的数据并接收后，选通相应的STIM通道，发送到现场传感器的节点，实现对现场节点数据采集参数的修改及动作的控制。STIM及NCAP的底层（物理层和数据链路层）均由802.15.4物理层和数据链路层组成的。1451接口协议负责应用层与底层之间的数据处理及转换。

2.2无线智能传感器网络结构

无线传感器网络主要由完成NCAP功能的PC主机和无线传感器终端模块组成，体系结构如图3所示。各传感器终端之间可以互访，并可通过接入点与有线网上的设备交换数据，甚至可以再次通过有线网上的另一个接入点与远端的设备互通信息。在这种情况下，无线成为有钱的延伸和补充，一般用于需要经常移动传感器的地方，或线缆密集不宜再度布线的地方。

如果两个传感器建立了无线链接，其中一个设备将扮演主控角色（master）,另一个则扮演从属角色（slave）。角色的分配是在微微网形成时临时确定的，主控设备通常由发起通信的设备承担，且主从角色可以互换。一个单独的主控设备和临近与之通信的所有从属设备即组成了所谓的piconet，惯称微微网。在一个微微网中的所有从属设置与之同步。这些从属设备都与主控设备保持链接和通信，共享一个公共传输信道，并处于某一特定的基带模式，例如活动从属设备就可以进入呼吸（sniff）或保持（hold）模式等低功率节能状态。在邻近区域可能还有一些处于待机（standby）状态的设备，它们未与主控设备连接，因而不是微微网的一部分。

传感器的微微网之间也可建立连接，形成多piconet结构。每个piconet除了slave和master以外，各个slave节点之间也可以通信。在这里只以单个的piconet为主干构建传感器测控网络。Master节点为测控网络主控节点，实现信息的汇集处理功能，slave节点为传感器节点。考虑到各个传感器节点是互相独立的，信息融合只在master节点完成，所以仅实现master点对多slave点的通信，形成一个星型的拓扑结构。整个无线传感器网络功能分为三层：最下层是各种敏感单元，负责收集原始信息；中间是基于传感器智能模块的slave节点，负责对原始数据的预处理（包括滤波、补偿、数字化等）和处理后数据的发送；最上层是基于普通PC机或其他类型上位机（如嵌入式计算机）的master节点，所有传感器的信息在这里进行更高一级处理，如谱分析、模式识别、信息融合、判断决策等。在微微网内，还可以采用有线或无线中断扩大信号的覆盖范围，改善网络拓扑结构，如图4所示。

2.4无线传感器网络实现的软件结构分析

无线智能传感器网络的最下层由IEEE802.15.4协议模块组成，包括物理层和数据链路层。

IEEE802.15.4模块之上为1451控制接口协议。通过该控制接口协议，可以方便地把802.15.4模块嵌入到各种数字设备中作为一个无线收发终端。1451控制接口协议可以完成本地设备的初始化、查找终端设备、建立链接、交换数据、增加或减少网络中无线终端设备的数目。该接口协议可以是USB、RS232或是I2C接口。主机通过控制接口操作IEEE802.15.4模块，通过一个事件(Event)确认命令成功与否。主机与网络中其他设备的数据交换也是通过IEEE1451控制接口进行的（其数据链路可以异步也可以同步）。

智能传感器接口模块STIM（SmartTransducerInterfaceModule）位于IEEE1451接口协议层之上，并可利用该接口协议层的数据包发送STIM的命令、事件和传感器数据。

把位于STIM主机上完成NCAP功能的PC主机软件功能定义为网络系统的应用层，主要是一些应用程序。应用层对其以下各协议层是透明的，只是向低一级的STIM层发送STIM定义的包。而1451接口协议层包则由RS232、RS485或者USB等物理通信口发送。

应用层（完成NCAP功能PC主机软件）和无线传感器终端模块（智能传感器接口模块STIM）都通过IEEE1451接口协议与最低层的IEEE802.15.4模块进行通信。

由上述分析，把整个软件系统分为三部分：

(1)运行在NCAP功能的PC机上的应用程序：包括面向用户的图形用户界面、面向STIM层的操作（主要是对智能传感器模块的控制和通信）以及与802.15.4模块上的1451控制接口固件（firmware）通信的NCAP接口协议。这部分可用面向对象的编程语言实现，把每个传感器节点作为一个节点类的实例对象，应用程序通过与实例对应的句柄访问控制各个传感器节点以及节点上的各个传感器。

(2)嵌入到智能传感器模块的MCU上的程序（针对不同的MCU用汇编或是C语言写成），主要完成原始信息的采集、处理、读取传感器的电子数据表单、与IEEE1451接口协议的通信、用利STIM层与上位机通信。

(3)无线终端模块上的IEEE1451控制接口协议，固化在无线传感器模块的存储器里。通过它实现智能传感器模块与上位机上的应用层软件的通信。

3无线传感器网络实现的问题及分析

能量效率：首先，无线传感器网络不同于传统的无线网络（如WLAN和蜂窝移动电话网络），除了少数节点需要移动以外，大部分节点都是静止的。因为它们通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中，能源无法替代，设计有效的策略延长网络的生命周期成为无线传感器网络的核心问题。这些改进涉及物理层、数据链路层和网络层。物理层选择低功耗的调制方式和硬件设计。其次，在MAC层和网络层之间加入一个中间层，负责使传感器在不通信时尽可能进入睡眠模式或省电模式，可以大大降低了节点的能耗。

路由和网络控制：在无线传感器网络的研究初期，人们一度认为成熟的Internet技术加上Ad-hoc路由机制对传感器网络的设计是足够充分的，但深入的研究表明[2]：传感器网络有着与传统网络明显不同的技术要求。前者以数据为中心，后者为传输数据为目的。为了适应广泛的应用程序，传统网络的设计遵循着端到端的边缘论思想[3]，强调将一切与功能相关的处理都放在网络的端系统上，中间节点仅仅负责数据分组的转发。对于传感器网络，这未必是一种合理的选择。一些为自组织的Ad-hoc网络设计的协议和算法，未必适合传感器网络的特点和应用的要求。节点标识（如地址等）的作用在传感器网络中不十分重要，因为应用程序不怎么关心单节点上的信息；中间节点上与具体应用相关的数据处理、融合和缓存也显得很有必要。在密集性的传感器网络中，相邻点节间的距离非常短，低功耗的多跳通信模式节省功耗，同时增加了通信的隐蔽性，避免了长距离无线通信易受外噪声干扰的影响。这些独特的要求和制约因素为无线传感器网络的研究提出了新的技术问题。

时钟同步：无线传感器网络的时钟同步不同于传统的传感器网络。传感器与实际的物理环境联系密切，必须采用物理时钟同步，无法使用相对简单的逻辑时钟；无线传感器要求必须采用低能耗工作，时间同步的数据交换受到限制；无线传感器网络覆盖面积大且通常为Ad-hoc的结构，不利用采用传统的时间同步方法；无线媒介连接方式不可靠。例如，传感器网络与实际的物理环境。监控系统的多传感器信息融合时，上位机需要知道每个原始数据是何时采集的，采样的触发要求每个节点有统一的时钟。传感器网络中的通信协议和应用，例如基于TDMA的MAC协议和敏感时间的监测任务等。也要求点节间的时钟必须保持同步。设计高精度的时钟同步机制是传感网络设计和应用中的一个技术难点。802.15.4低速率工作组提供了一种协调件协议MDP(MediationDeviceProtocol)，采用一个伪定义的节点接收网络内所有通信请求，并为通信双方协调会合时间。这个协议不需要额外添加新的硬件，对节点电池寿命的影响也很小。但是，消息的请求对此方案的影响很大。广播时间信标的方法是一种简单实用的同步策略。其基本思想是：节点以自己的时钟记录事情，随后用第三方广播的基准时间加以校正，精度依赖于对这段间隔时间的测量。这种同步机制应用在确定来自不同节点的监测事件的先后关系时有足够的精度。可以考虑精简已有的NTP（NetworkTimeProtocol）协议的实现复杂度，将其植到传感器网络中。

第8篇：无线传感器网络范文

关键词：网络；无线传感器；安全；研究

当前互联网中，无线传感器网络组成形式主要为大量廉价、精密的节点组成的一种自组织网络系统，这种网络的主要功能是对被检测区域内的参数进行监测和感知，并感知所在环境内的温度、湿度以及红外线等信息，在此基础上利用无线传输功能将信息发送给检测人员实施信息检测，完整对整个区域内的检测。很多类似微型传感器共同构成无线传感器网络。由于无线传感器网络节点具有无线通信能力与微处理能力，所以无线传感器的应用前景极为广阔，具体表现在环境监测、军事监测、智能建筑以及医疗等领域。

1无线传感器网络安全问题分析

彻底、有效解决网络中所存在的节点认证、完整性、可用性等问题，此为无线传感器网络安全的一个关键目标，基于无线传感器网络特性，对其安全目标予以早期实现，往往不同于普通网络，在对不同安全技术进行研究与移植过程中，应重视一下约束条件：①功能限制。部署节点结束后，通常不容易替换和充电。在这种情况下，低能耗就成为无线传感器自身安全算法设计的关键因素之一。②相对有限的运行空间、存储以及计算能力。从根本上说，传感器节点用于运行、存储代码进空间极为有限，其CPU运算功能也无法和普通计算机相比[1]；③通信缺乏可靠性。基于无线信道通信存在不稳定特性。而且与节点也存在通信冲突的情况，所以在对安全算法进行设计过程中一定要对容错问题予以选择，对节点通信进行合理协调；④无线网络系统存在漏洞。随着近些年我国经济的迅猛发展，使得无线互联网逐渐提升了自身更新速度，无线互联网应用与发展在目前呈现普及状态，而且在实际应用期间通常受到技术缺陷的制约与影响，由此就直接损害到互联网的可靠性与安全性。基于国内技术制约，很多技术必须从国外进购，这就很容易出现不可预知的安全患，主要表现为错误的操作方法导致病毒与隐性通道的出现，且能够恢复密钥密码，对计算机无线网安全运行产生很大程度的影响[2]。

2攻击方法与防御手段

传感器网络在未来互联网中发挥着非常重要的作用。因为物理方面极易被捕获与应用无线通信，及受到能源、计算以及内存等因素的限制，所以传感器互联网安全性能极为重要。对无线传感器网络进行部署，其规模必须在不同安全举措中认真判断与均衡。现阶段，在互联网协议栈不同层次内部，传感器网络所受攻击与防御方法见表1。该章节主要分析与介绍代表性比较强的供给与防御方法。

3热点安全技术研究

3.1有效发挥安全路由器技术的功能

无线互联网中，应用主体互联网优势比较明显，存在较多路由器种类。比方说，各个科室间有效连接无线网络，还能实现实时监控流量等优点，这就对互联网信息可靠性与安全性提出更大保障与更高要求[3]。以此为前提，无线互联网还可以对外来未知信息进行有效阻断，以将其安全作用充分发挥出来。

3.2对无线数据加密技术作用进行充分发挥

在实际应用期间，校园无线网络必须对很多保密性资料进行传输，在实际传输期间，必须对病毒气侵入进行有效防范，所以，在选择无线互联网环节，应该对加密技术进行选择，以加密重要的资料，研究隐藏信息技术，采用这一加密技术对无线数据可靠性与安全性进行不断提升。除此之外，在加密数据期间，数据信息收发主体还应该隐藏资料，保证其数据可靠性与安全性得以实现。

3.3对安全MAC协议合理应用

无线传感器网络的形成和发展与传统网络形式有一定的差异和区别，它有自身发展优势和特点，比如传统网络形式一般是利用动态路由技术和移动网络技术为客户提供更好网络的服务。随着近些年无线通信技术与电子器件技术的迅猛发展，使多功能、低成本与低功耗的无线传感器应用与开发变成可能。这些微型传感器一般由数据处理部件、传感部件以及通信部件共同组成[4]。就当前情况而言，仅仅考虑有效、公平应用信道是多数无线传感器互联网的通病，该现象极易攻击到无线传感器互联网链路层，基于该现状，无线传感器网络MAC安全体制可以对该问题进行有效解决，从而在很大程度上提升无线传感器互联网本身的安全性能，确保其能够更高效的运行及应用[5]。

3.4不断加强网络安全管理力度

实际应用环节，首先应该不断加强互联网安全管理的思想教育，同时严格遵循该制度。因此应该选择互联网使用体制和控制方式，不断提高技术维护人员的综合素质，从而是无线互联网实际安全应用水平得到不断提升[6]。除此之外，为对其技术防御意识进行不断提升，还必须培训相关技术工作者，对其防范意识予以不断提升；其次是应该对网络信息安全人才进行全面培养，在对校园无线网络进行应用过程中，安全运行互联网非常关键[7]。所以，应该不断提升无线互联网技术工作者的技术能力，以此使互联网信息安全运行得到不断提升。

4结束语

无线传感器网络技术是一种应用比较广泛的新型网络技术，比传统网络技术就有较多优势，不但对使用主体内部资料的保存和传输带来了方便，而且也大大提升了国内无线互联网技术的迅猛发展。从目前使用情况来看，依旧存在问题，负面影响较大，特别是无线传感器网络的安全防御方面。网络信息化是二十一世纪的显著特征，也就是说，国家与国家间的竞争就是信息化的竞争，而无线网络信息化可将我国信息实力直接反映与体现出来，若无线传感网络系统遭到破坏，那么就会导致一些机密文件与资料信息的泄露，引发不必要的经济损失与人身安全，私自截获或篡改互联网机密信息，往往会造成互联网系统出现瘫痪现象。因此，应该进一步强化无线传感器互联网信息安全性。

作者:杨波 单位:常州大学怀德学院

参考文献：

[1]周贤伟,覃伯平.基于能量优化的无线传感器网络安全路由算法[J].电子学报,2007,35(1):54-57.

[2]罗常.基于RC5加密算法的无线传感器网络安全通信协议实现技术[J].电工程技术,2014(3):15-18.

[3]试析生物免疫原理的新型无线传感器网络安全算法研究[J].科技创新导报,2015(3):33-33.

[4]滕少华,洪源,李日贵,等.自适应多趟聚类在检测无线传感器网络安全中的应用[J].传感器与微系统,2015(2):150-153.

[5]刘云.基于流密码的无线传感器网络安全若干问题管窥[J].网络安全技术与应用,2014(10):99-100.

第9篇：无线传感器网络范文

关键词：无线传感器 网络应用 结构 特点

一、无线传感器网络概念

随着微机电系统的迅速发展，片上系统SoC（System on Chip）得以实现，一块小小的芯片可以传递逻辑指令，感知现实世界，乃至做出反应。无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Network），这一由大量具有片上微处理能力的微型传感器节点组成的网络，引起了工业界和学术界众多研究者的关注。

传统的传感器网络通常由两种节点：传感器节点（sensor）和接收器节点（sink）组成。传感器节点负责对事件的感知和数据包的传输；接收器节点则是数据传输的目标节点，一般具有人机交互界面，并可以接入其它类型的网络体系。

二、无线传感器网络的结构

无线传感器网络与无线自组网络（ Ad Hoc）有相似之处，但存在很大的区别。无线传感器网络的节点数比Ad Hoc 网络大，因此分布更为稠密，节点更容易出现故障，环境干扰和节点故障造成网络的拓扑结构经常改变。在通常情况下， 大多数的传感器的节点是固定不动的，同时还具有节点资源受限、网络动态性强、以数据为中心等特点。

1. 无线传感器网络的体系结构

无线传感器网络由传感器节点、汇聚节点（ sink） 、任务管理节点组成。传感器节点散布在感知区域内，每个节点都可以采集数据，并用平面自组多跳路由（ Mult i- hop） 无线方式把数据传送到汇聚点，同时汇聚点也可以将信息发送给各节点，汇聚节点直接与互联网相连，通过互联网或无线方式实现任务管理节点（用户）与传感器之间的相互通信。

2. 传感器节点的组成结构

传感器节点一般由传感、数据处理、无线通信和供电等4个模块组成，传感模块包括传感器和模数转换模块，负责检测区域内信息的采集和数据转换；数据处理模块由嵌入式系统构成，包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等，负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据。无线通信模块由网络、MAC、收发器等组成，负责与其他传感器节点进行无线通信、交换控制信息和收发采集数据。供电模块为传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池。

三、无线传感器网络特点

1. 硬件资源有限。节点由于受价格、体积和功耗的限制，其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。这一点决定了在节点操作系统设计中，协议层次不能太复杂。

2. 电源容量有限。网络节点由电池供电，电池的容量一般不是很大。其特殊的应用领域决定了在使用过程中，不能经常给电池充电或更换电池，一旦电池能量用完，这个节点也就失去了作用。因此在传感器网络设计过程中，任何技术和协议的使用都要以节能为前提。

3. 无中心。无线传感器网络中没有严格的控制中心，所有节点地位平等，是一个对等式网络。节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。

4. 网络自动配置，自动识别节点包括自动组网、对入网的终端进行身份验证阻止非法用户入侵。相对于那些布置在预先指定地点的传感器网络而言，无线传感器网络可以借鉴Ad hoc方式来配置，当然前提是要有一套合适的通信协议保证网络在无人干预的情况下自动运行。

5. 动态拓扑。无线传感器网络是一个动态的网络，节点可以随处移动；一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络运行；一个节点也可能由于工作的需要而被添加到网络中。这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化，因此网络应该具有动态拓扑组织功能。

6. 节点数量众多，分布密集。为了对一个区域执行监测任务，往往有成千上万传感器节点投放到该区域。传感器节点分布非常密集，利用节点之间高度连接性来保证系统的容错性抗毁性。

四、无线传感器网络应用

尽管无线传感器网络技术尚未成熟，但是微小传感器技术与网络的结合已体现出巨大的应用前景，它们可以代替人类执行人类无法执行的任务，可以分布在任何角落，甚至可以悬浮于空中。无线传感器网络在军事领域，环境检测，医学领域，智能社会等领域有着广阔的应用前景。

1. 军事应用。从某种意义而言，无线传感器网络的产生正是源于网络在军事应用上的需求，因此在军事上的应用非常贴近无线传感器网络本身的概念。纵观无线传感器网络在战场上的应用主要是信息收集、跟踪敌人、战场监视、目标分类。无线传感器网络由低成本、低功耗的密集型节点构成，拥有自组织性和相当的容错能力，即使部分节点遭到恶意破坏，也不会导致整个系统的崩溃，正是这两点保证了无线传感器网络能够在恶劣的战场环境下工作，从而最大程度地减少伤亡，同时提供准确可靠的信息传输。除了在战争时期，和平年代也能应用无线传感器网络进行国土安全保护、边境监视等应用。例如，用埋设地雷来保卫国土、防止入侵，反而对本国带来了巨大的安全威胁。取而代之的可能是成千上万的传感器节点，通过对声音和震动信号的分类分析，探测敌方的入侵。美国弗吉尼亚大学已经着手研究和开发这一系统。

2. 环境科学。随着人们对于环境的日益关注，环境科学所涉及的范围越来越广泛。通过传统方式采集原始数据是一件困难的工作，传感器网络正适合解决环境科学研究中遇到的普遍问题。通过布置传感器节点，可以跟踪候鸟昆虫的迁移研究它们的生活习性。另外可以通过撒播微型传感器于海洋，监测海洋状况。传感器网络还可以监测土壤状态，利用多种传感器来监测降雨量、河水水位和土壤水分，并依此预测爆发山洪的可能性。类似地，传感器网络在森林火灾准确预报、及时地预报，天气预报，精细农业，农作物中的害虫监测，土壤的酸碱度和施肥状况，农田管理等都有很大的应用前景。

3. 医疗护理。随着室内网络普遍化，无线传感器网络在医疗研究、护理领域也大展身手。主要的应用包括远程健康管理、重症病人或老龄人看护、生活支持设备、病理数据实时采集与管理、紧急救护等。

4. 社会商业化应用。自组织、微型化和对外部世界的感知能力是传感器网络的三大特点，这些特点决定了传感器网络在社会商业领域占有一席之地。智能化是社会的发展趋势，如智能家电，智能小区。很多智能家电带有嵌入式处理器，与执行机构组成的无线网络与Internet 连接在一起将会为我们提供更加舒适、方便和具有人性化的智能家居环境。可以通过传感器网络来监测和跟踪车辆。甚至在体育方面，有研究机构正在利用传感器网络技术来判定足球比赛中的越位和进球，帮助裁判减少误判率。另外，无线传感器网络在灾难拯救、仓库管理、交互式博物馆、交互式玩具、工厂自动化生产线等众多领域都有全新的设计和应用模式。

五、结束语

无线传感器网络发展非常迅速，在世界许多国家的军事、工业和学术领域引起广泛关注，已成为国际上无线网络研究的热点之一。从国外的研究现状来看，大部分无线传感器网络的研究仍处于理论研究和小规模试验阶段，距离实际应用尚存在一定距离。我国的无线传感器网络的研究仍处于起步阶段。不论在理论研究还是商用领域，无线传感器网络的研究、开发均存在巨大的空间，具有巨大的研究和应用前景。

参考文献

[1] 崔莉，鞠海玲，苗勇，李天璞，刘巍，赵泽.无线传感器网络研究进展[期刊论文].计

算机研究与发展 .2005（1）.