无线传感器网络的组成和特点

发布时间:2017-12-03  发布者:利坤电子

   一、无线传感器网络的组成
   WSNs集微电子、传感器、通信、网络、嵌入式系统、智能计算等多个技术于一体,是一个多学科交叉、知识高度集成的前沿热点研究。WSNs一般由大量部署在检测区域内的传感器节点组成,这些体积小、、种类功能繁多的传感器节点
   通过自组织的形式组成自组网络,节点之间通过单跳或多跳方式实现数据通信,以协作的方式实现对网络覆盖区域内物理世界的信息进行动态智能的感知、采集、传输、处理和控制。显然,WSNs的业务范围超过现有的移动通信业务,且WSNs便于部署,擅长在恶劣的或需要长时间监测的环境中工作,可从复杂的物理世界获取感兴趣的信息,有助于实现人类与自然环境之间的信息即时沟通。
   WSNs的系统架构,主要包括传感器节点(SensorNode)、汇聚节点(SinkNode)和远程任务管理(RemoteTaskManagement)三个部分。大量的传感器节点随机地部署在监测区域,并以自组织和多跳的方式构成无线网络。传感器节点将监测到的数据信息以多跳的方式传输到汇聚节点,再通过互联网、移动通信网等外部网络传输到远程任务管理,供观察者使用;观察者可通过远程任务管理配置和管理整个网络。
   在当前的WSNs应用中,传感器节点常采用低成本、低功耗且具有   的感知、计算和无线通信能力的电子设备,能实现数据采集、事件监测、事件标识、位置监测和节点控制等功能。传感器节点间通信距离很短,一般采用多跳方式实现远距离数据传输。汇聚节点的通信能力与数据处理能力较强,负责连接传感器网络和外部网络,实现两种协议栈之间的通信协议转换,同时转发远程任务管理的指令给传感器节点,并把传感器节点收集到的数据、监测到的事件信息传送至远程任务管理端。
   二、 无线传感器网络的特点
   WSNs是一种新型的能获取信息的无线网络,下面简单介绍其主要特点。
   1、网络的规模大
   WSNs规模大主要体现在节点分布区域大、节点部署数密集两个方面。为了获取   的信息,一个WSN可包含成千上万个无线传感器节点,这些节点往往被随机分布在一个很大的特定地理区域内进行监测。WSNs的大规模特性使其获取的信息具有很大的信噪比,通过分布式处理大量的采集信息能提高监测精度,降低对单个传感器节点的依赖;大量冗余节点的存在,使系统具有较强的容错性;同时,大量节点能增大网络的覆盖区域,减小网络盲区的存在。
   2、网络节点的资源受限
   WSNs节点的资源受限主要体现在节点电源能量有限、节点通信能力有限、节点计算能力和存储能力有限等方面。由于节点数量大、分布广,通过   换节点的电池来补充节点能量的方式往往是不现实的。如何   地使用节点的能量,实现网络生命周期的   大化,是WSNs应用中的一个重要问题。节点的能量受限,又直接影响到节点的通信能力。
   3、网络以数据为中心
   WSNs中的每个节点采用编号进行标识后随机部署,节点编号与节点位置之间没有必然的联系。当用户使用WSNs查询事件时,关心的是监测区域内对象的状态信息,将查询事件告知整个网络,而非网络中的单个节点。监测事件是大量节点的协同工作,通过网络将节点监测的诸多数据进行分析处理,再将获取的指定事件数据汇报给用户,而单个节点感知的数据对用户意义不大。WSNs把节点视为感知数据流,把网络视为感知数据库,把数据管理和数据处理作为网络的应用,把用户定制的数据信息作为目标,因此WSNs是一个以数据为中心的网络。
   4、网络的自组织性
   在WSNs的应用中,节点常被随机部署在没有充足的基础设备的区域,多数节点的位置不可能预先设定,节点之间的相邻关系也无法预先获取,因此就要求无线传感器节点具有自组织能力,能自动进行自身配置并实现自身管理,通过拓扑控制机制和网络协议自动形成监测数据的无线多跳自组织网络系统。此外,受能耗、应用环境、现实需求等因素的影响,在WSNs的使用过程中部分节点可能会失效,也可能需要增加部分节点以提高监测精度,所以WSNs中的节点数量存在不确定性,网络的拓扑结构也是动态变化的,这些都要求WSNs有较强的自组织能力。
   5、网络的自动管理和高度协作性
   WSNs是一种任务型的网络,由大量的传感器节点协作完成任务,因此网络中的节点   具有高度的协作性。同时,由于传感器节点、传感对象、网络管理者都可能出现变化,并且经常有新的节点加入网络或已有节点退出网络,因此传感器网络的拓扑结构需要具有动态调整性,使得传感器网络   具有自动管理能力。

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