无线传感器的网络应用

摘　要：囊括传感器、微芯片处理器和无线通信接口三部分而构成的无线传感器网络，已经在人们的生产生活中，悄然的发挥了自身的作用。在医疗卫生、军事领域、远距离勘测、环境监察等诸多条件艰苦、资料数据采集不便的领域，通过无线传感器对数据进行采集，利用配套的网络技术实施远距离的数据传送，使得这些艰苦环境数据采集变得更加的简洁、方便，发挥了不可替代的作用。本文简要介绍无线传感网络中所涉及到的一些问题，提出了一些方法，同时结合实践中的应用，对此项技术的发展未来加以展望。

关键词：传感器；网络技术；路由
　　由传感器、微芯片处理器、无线接口和电源这四个模块组成了我们常说的无线传感器网络节点，进而又这些散布的基本组成单元节点，组建成为无线传感器网络，无线传感器网络是一种独立出现计算机网络。目前已经普及并大量应用的计算机网络技术的各种解决方案，均可以移植到传感器网络中来，通过实际的应用，加以改编和完善，这样就构成了适用于无线传感器网络应用的通信协议和路由算法。
　　1. 网络的特点
　　概括的说无线传感器网络具有四个特点。一是具有大面积的空间分布。如在军事应用中，无线传感器网络可以被部署到整个军事行动范围中，每个节点都可以伴随着各样的载体被投落到适用场所，构成大面积、多空间的监视监察网络。二是电力能源供给受到限制。每个节点，均有供电模块，为节点提供持续不间断的电力，维持传感器的数据采集，微芯片处理器的数据处理，无线接口的数据传送功能。网络一般部署在人类活动不方便、环境恶劣的区域之中，对节点电池的更换非常困难，这就需要在综合考虑网络工作时长，合理配备节点的电源，减小各部分模块的电力消耗，进而延长网络的工作寿命，尽一切的可能保证电力的供应。三是网络配置和节点入网自动识别。从每个节点开始工作的时候，即包括数据采集，又需要将采集到的数据进行无线传送，无线网络的构成组建以及每个节点的联网入网自动识别也是构成无线传感器网络的先决条件。包括自动组网联机、入网节点单元身份认证、网络安全性防范。比照固定位置传感器网络，无线传感器网络可以通过借鉴AdHoc的方案来设计构建，同时一套完备的通信协议是必不可少的，进而保证网络可以在无人干预的情况下自动运行和维护。四是网络管理和协作自动化。在整个网络中，收集到的各类数据，均由节点负责数据的处理，这样能甄别有用数据，筛除无用数据，同时处理后需要传送的数据要远远小于采集到的初始数据，大大减少在无线链路里面传送的数据流，保证与其他节点交互的信息方才传送。以每个节点的数据为服务中心，这个特性是无线传感器网络所特有的。因为每个节点位置在计划的同时，还有随机性，因此在一些节点因发生较多的错误而不能完成指定的任务时被终止运行。为了在网络中更好的控制每个节点的工作，相应设置冗余节点是必须的，这样可以有效的保证能够获得被监视对象更加全面准确详实的数据信息。
　　2. 网络的管护
　　一是无线传感器网络所需要考虑的安全问题与移动AdHoc网络需要注意的问题仍有区别，因此现存的网络安全机制不适合全盘移植到无线传感器网络中来，需要在借鉴AdHoc设计思想的基础上，结合自身实际，来开发针对无线传感器联网的专门的网络协议。
　　所谓的安全问题，包括网络中的信息被非法用户截获；单个节点遭到破坏；节点识别准入；合法新节点添加。针对此类问题，普遍采用SNEP(SensorNetworkEncryptionProtoco1)和uTESLA。两种专用安全协议，来保证网络的安全。SNEP的功能是提供节点到接受机之问数据的鉴权、加密、刷新，而uTESLA的功能是对广播数据的鉴权。
　　二是无线传感器网络中节点管理和查询。简单的有采用全局泛洪方法，但由这种方法及其派生出来的方式相比较而言不适合无线传感器网络。试图通过减少多余信息而减少泛洪方法固有冗余，但对无太多明显冗余情况时，采取这种方案对提高效率贡献不大。再有就是已知网络网格部图情况。节点的位置保存在位置服务器内，并采用基于ID号码的算法来更新每个节点的所处位置，当节点寻找指定ID号的节点位置时，同样用这种算法去位置服务器来搜索目标节点的位置。在已知网络的网格图和它们自己的位置并且知道目标节点的ID号的节点，此法是一个不错的选择。再有就是借鉴小世界的概念，利用每个节点的移动特性来提高查询的效率，同时引入关联这个概念。其原理是相邻的节点先建立彼此关联，在它们移动时候，时时关联相近相邻节点。这种方法，其根本不在于优化链路网络，减少延时，而是消减通信的系统开销，来节省资源。在供电受限的情况下，这样的方案是十分有必要的。
　　目前较多采用有三种定AdHoc、鲁棒定位和N跳多向法这三种算法来实施应用。
　　三是路由器设计要求
　　因为无线传感器网络的适用环境，决定了其路由器设计要本着能量低、移动性弱、规模范围大、拓扑结构易变、数据融合技术与通信不对称性。以此看来，需要在以下几个方面加以关注。鉴于低能量要求，节能必须摆到最重要的位置来考虑。节点储能不可能无限量的补充，基本上是首次携带能量供应整个工程始终。每个节点通常是一次性部署后，独立进行工作，后期维护几乎为零。就每个节点的储能，数据采集耗能只占小一部分，无线通信模块是耗能最多的模块，所以，低功耗的路由器协议十分必要。整个无线传感器网络规模可以做成十分庞大，这就要求路由器协议必须具有完备更高级的扩展性。MANET支持的网络涵盖数百个节点，而无线传感器网络需要可以支持上千个节点。网络规模更大意味着路由协议收敛时间将会更长，主动路由协议的收敛时间和按需路由协议的路由发现时间就越长，而网络拓扑保持不变的时间间隔就会越短。无线传感器网络拓扑变化性强，我们现有的Internet路由的协议，远远不适用于这类开始变化拓扑结果的网络之中。数据融合是这类无线网络的之身发展的特点，这样就要求所需的路由器不等同于一般的互联网网络。数据传输，一般是网络层协议提供点到点的报文转发，进而支持传输层实现端到端的分组传输。在传感器网络中，感知节点只要将数据送给中心处理节点或网关节点就达到目的。为了减少流量和能耗，传输过程中的转发节点经常将来自节点不同的入口报文融合成数目更少的出口报 文发给下一跳，这就是所谓的数据融合技术。
　　四是系统功耗。在整个系统中，维持各个节点正常运行的能源供应是人们考虑最多的问题，包括处理器运行模式设置，各个功能模块的能耗量，发射功率和系统功耗的关系，无线调制解调器灵敏度和输出功率以及品质因数这些都是需要在设计中加以关注的问题所在。
　　3. 网络标准
　　与IEEE802.11WLAN、蓝牙等无线网络技术想并列，无线传感器网络在应用中较多采用了IEEE802.15.4低速无线个域网标。这个标准具有低功耗、低成本，同时具备复杂度低、成本极少、功耗小的优良点，数据能在设计要求范围内进行传输。
　　无线传感器网络其天生的灵活性、高容错性、高感知能力、低费用运行以及快速布局等诸多的特点预示着其未来的发展前景将会非常的广阔。但当前因一些技术难题，还未得到大量广泛的应用。随着技术的不断进步，攻克了这些瓶颈问题之后，此项技术必将得到人们更多的关注和研究。　　
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