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無線傳感器網(wǎng)絡的特點及關鍵技術
無線傳感器網(wǎng)絡被普遍認為是二十一世紀最重要的技術之一，是目前計算機網(wǎng)絡、無線通信和微電子技術等領域的研究熱點。下面YJBYS小編為大家搜索整理了關于無線傳感器網(wǎng)絡的特點及關鍵技術，歡迎參考閱讀！
一、無線傳感器網(wǎng)絡的特點
與其他類型的無線網(wǎng)絡相比，傳感器網(wǎng)絡有著鮮明的特征。其主要特點可以歸納如下：
（一）傳感器節(jié)點能量有限。當前傳感器通常由內(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)點有限的能量得到高效的利用，延長網(wǎng)絡生存周期，這是傳感器網(wǎng)絡面臨的首要挑戰(zhàn)。
�。ǘ┩ㄐ拍芰τ邢�。無線通信消耗的能量與通信距離的關系為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。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)絡連通性的要求下，應盡量采用多跳通信，減少單跳通信的距離。通常，傳感器節(jié)點的通信范圍在100m內(nèi)。
�。ㄈ┯嬎�、存儲和有限。一方面為了滿足部署的要求，傳感器節(jié)點往往體積�。涣硪环矫娉鲇诔杀究刂频哪康�，節(jié)點的價格低廉。這些因素限制了節(jié)點的硬件資源，從而影響到它的計算、存儲和通信能力。
�。ㄋ模┕�(jié)點數(shù)量多，密度高，覆蓋面積廣。為了能夠全面準確的監(jiān)測目標，往往會將成千上萬的傳感器節(jié)點部署在地理面積很大的區(qū)域內(nèi)，而且節(jié)點密度會比較大，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)絡獲得全面的數(shù)據(jù)，提高信息的可靠性和準確性。
（五）自組織。傳感器網(wǎng)絡部署的區(qū)域往往沒有基礎設施，需要依靠傳感器節(jié)點協(xié)同工作，以自組織的方式進行網(wǎng)絡的配置和管理。
�。┩負浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)變化。傳感器網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)通常是動態(tài)變化的，例如部分節(jié)點故障或電量耗盡退出網(wǎng)絡，有新的節(jié)點被部署并加入網(wǎng)絡，為節(jié)約能量節(jié)點在工作和休眠狀態(tài)間進行切換，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)點的移動等都會導致傳感器網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
（七）感知數(shù)據(jù)量巨大。傳感器網(wǎng)絡節(jié)點部署范圍大、數(shù)量多，且網(wǎng)絡中的每個傳感器通常都產(chǎn)生較大的流式數(shù)據(jù)并具有實時性，因此網(wǎng)絡中往往存在數(shù)量巨大的實時數(shù)據(jù)流。受傳感器節(jié)點計算、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)流進行處理。
�。ò耍┮詳�(shù)據(jù)為中心。對于傳感器網(wǎng)絡的用戶而言，他們感興趣的是獲取關于特定監(jiān)測目標的真實可靠的數(shù)據(jù)。在使用傳感器網(wǎng)絡時，用戶直接使用其關注的事件作為任務提交給網(wǎng)絡，而不是去訪問具有某個或某些地址標識的節(jié)點。傳感器網(wǎng)絡中的查詢、感知、傳輸都是以數(shù)據(jù)為中心展開的。
�。ň牛﹤鞲衅鞴�(jié)點容易失效。由于傳感器網(wǎng)絡應用環(huán)境的特殊性以及能量等資源受限的原因，傳感器節(jié)點失效（如電池能量耗盡等）的概率遠大于傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡節(jié)點。因此，需要研究如何提高數(shù)據(jù)的生存能力、增強網(wǎng)絡的健壯性和容錯性以保證部分傳感器節(jié)點的損壞不會影響到全局任務的完成。此外，對于部署在事故和自然災害易發(fā)區(qū)域的無線傳感器網(wǎng)絡，還需要進一步研究當事故和災害導致大部分傳感器節(jié)點失效時如何最大限度地將網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)保存下來，以提供給災害救援和事故原因分析等使用。
二、關鍵技術
無線傳感器網(wǎng)絡作為當今信息領域的研究熱點，設計多學科交叉的研究領域，有非常多的關鍵技術有待研究和發(fā)現(xiàn)，下面列舉若干。
�。ㄒ唬┚W(wǎng)絡拓撲控制。通過拓撲控制自動生成良好的拓撲結(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、時間同步和目標定位等多方面奠定基礎，有利于節(jié)省能量，延長網(wǎng)絡生存周期。所以拓撲控制是無線傳感器網(wǎng)絡研究的核心技術之一。目前，拓撲控制主要研究的問題是在滿足網(wǎng)絡連通度的前提下，通過功率控制或骨干網(wǎng)節(jié)點的選擇，剔除節(jié)點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)絡拓撲結(jié)構(gòu)。
�。ǘ┙橘|(zhì)訪問控制（MAC）協(xié)議。在無線傳感器網(wǎng)絡中，MAC協(xié)議決定無線信道的使用方式，在傳感器節(jié)點之間分配有限的無線通信資源，用來構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)的底層基礎結(jié)構(gòu)。MAC協(xié)議處于傳感器網(wǎng)絡協(xié)議的底層部分，對傳感器網(wǎng)絡的性能有較大影響，是保證無線傳感器網(wǎng)絡高效通信的關鍵網(wǎng)絡協(xié)議之一。傳感器網(wǎng)絡的強大功能是由眾多節(jié)點協(xié)作實現(xiàn)的。多點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)絡范圍內(nèi)需要路由協(xié)議選擇通信路徑。
在設計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)絡的節(jié)點一般是以干電池、紐扣電池等提供能量，能量有限。
�。�2）可擴展性。無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)具有動態(tài)性。所以MAC協(xié)議也應具有可擴展性，以適應這種動態(tài)變化的拓撲結(jié)構(gòu)。
�。�3）網(wǎng)絡效率。網(wǎng)絡效率包括網(wǎng)絡的公平性、實時性、網(wǎng)絡吞吐量以及帶寬利用率等。
�。ㄈ┞酚蓞f(xié)議。傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的主要任務是在傳感器節(jié)點和Sink節(jié)點之間建立路由以可靠地傳遞數(shù)據(jù)。由于傳感器網(wǎng)絡與具體應用之間存在較高的相關性，要設計一種通用的、能滿足各種應用需求的路由協(xié)議是困難的，因而人們研究并提出了許多路由方案。
�。ㄋ模┒ㄎ患夹g。位置信息是傳感器節(jié)點采集數(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)點定位是確定傳感器的每個節(jié)點的相對位置或絕對位置。節(jié)點定位分為集中定位方式和分布定位方式。定位機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。
�。ㄎ澹⿺�(shù)據(jù)融合。傳感器網(wǎng)絡為了有效的節(jié)省能量，可以在傳感器節(jié)點收集數(shù)據(jù)的過程中，利用本地計算和存儲能力將數(shù)據(jù)進行融合，取出冗余信息，從而達到節(jié)省能量的目的。
�。┌踩夹g。安全問題是無線傳感器網(wǎng)絡的重要問題。由于采用的是無線傳輸信道，網(wǎng)絡存在偷聽、惡意路由、消息篡改等安全問題。同時，網(wǎng)絡的有限能量和有限處理、存儲能力兩個特點使安全問題的解決更加復雜化了。
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