ZIGBEE无线传感器网络简介

无线传感器网络简介2007年01月06日星期六下午04:29［来源：仪器仪表与传感器网］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。

发展历程早在上世纪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。

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 Unversity)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。

除了波士顿大学，该协会还包括BP、霍尼韦尔(Honeywell)、Inetco Systems、Invensys、 L-3 Communications、Millennial Net、Radianse、Sensicast Systems及Textron Systems。

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。

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。

比如，英特尔研究实验室研究人员曾经将32个小型传感器连进互联网，以读出缅因州"大鸭岛"上的气候，用来评价一种海燕巢的条件。

无线传感器网络还可以跟踪候鸟和昆虫的迁移，研究环境变化对农作物的影响，监测海洋、大气和土壤的成分等。

此外，它也可以应用在精细农业中，来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。

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。

美国国防部远景计划研究局已投资几千万美元，帮助大学进行"智能尘埃"传感器技术的研发。

哈伯研究公司总裁阿尔门丁格预测：智能尘埃式传感器及有关的技术销售将从2004年的1000万美元增加到2010年的几十亿美元。

4其他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。

此外和还可以在工业自动化生产线等诸多领域，英特尔正在对工厂中的一个无线网络进行测试，该网络由40台机器上的210个传感器组成，这样组成的监控系统将可以大大改善工厂的运作条件。

它可以大幅降低检查设备的成本，同时由于可以提前发现问题，因此将能够缩短停机时间，提高效率，并延长设备的使用时间。

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。

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。

4高效的无线传感器网络结构。

无线传感器网络的网络结构是组织无线传感器的成网技术，有多种形态和方式，合理的无线传感器网络可以最大限度的利用资源。

在这里面，还包括网络安全协议问题和大规模传感器网络中的节点移动性管理等诸多问题有待解决。

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入的十分庞大的网络，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。

但是，我们还应该清楚的认识到，无线传感器网络才刚刚开始发展，它的技术、应用都还还远谈不上成熟，国内企业应该抓住商机，加大投入力度，推动整个行业的发展。

无线传感器网络的路由协议研究陈瑞（南京工程学院通信工程系，江苏南京，210013）摘要：微机电系统、处理器、无线通信及存储技术的进步促进了无线传感器网络的飞速发展。

在对无线传感器网络的特点进行分析的基础上，介绍了无线传感器网络体系结构，着重讨论了无线传感器网络的路由协议和组网方式。

关键词：无线传感器网络；体系结构；自组织网络；路由Research on Routing Protocol for Wireless Sensor NetworksCHEN RUI（Dept. of Communication Engineering，Nanjing Institute of Technology，Nanjing，Jiangsu，210013）ABSTRACT: Recent advances in micro-electromechanical systems(MEMS),processor, radio and memory technologies have dramatically enabled development of wireless sensor networks. Based on the analysis of characteristics of the wireless sensor network, the architecture of wireless sensor network is introduced, the routing protocols and the networking schemes are emphasize discussed.Key words: wireless sensor network; architecture; self-organization network; routing1 引言由于近年来微型制造的技术、通信技术及电池技术的改进，促使微小的传感器可具有感应、无线通信及处理信息的能力。

此类传感器不仅能感应及监测环境的，而且可处理收集到的数据，并将处理后的数据以无线的方式传送到基站。

这些具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能的无线传感器节点协同组织就构成了无线传感器网络。

无线传感器网络的应用前景十分广泛，诸如军事、环境、健康等方面。

在家庭中可将具有启动器（actuator）的传感器网络布置在家中，可由人在远方通过网络完成一些家务。

其他的商业应用如监控车辆的失窃或进行车辆的追踪，以及交通流量的控制等。

另外，无线传感器网络与RFID技术相结合，在物流和大型超市中商品的失窃等方面也有着深远的意义。

2 无线传感器网络的特点传感器网络与传统网络相比有一些独有的特点，主要有如下几点：（1）面积的空间分布。

节点数量巨大，分布密集，使得各节点收集的数据有很大冗余。

（2）节点的能量、存储空间及计算能力受限。

网络中各节点能量受限，大多工作在无人或对人有害的恶劣环境中，更换电源非常困难，因此通信协议设计中的关键问题就是尽可能地降低系统功耗。

（3）高度自适应的自治能力。

由于其应用的特殊性，无线传感器网络必须能具有自动配置、自动识别功能，包括自动组网，对入网的终端进行身份验证，防止非法用户入侵等。

而且由于节点移动或能量耗尽等原因导致网络拓扑结构的变化，无线传感器网络还需要有很强的鲁棒性。

（4）网络的自动管理和高度协作性：数据处理由节点自己完成，减少无线链路中传送的数据量，只有与其他节点相关的信息才在链路中传送。

3 传感器网络的体系结构无限传感器网络的体系结构如图1。

传感器节点任意散落分布在被监测区域，以自组织形式构成网络。

各节点收集数据，并将数据通过多跳中继的方式路由至信息收集点（sink），最终借助长距离或临时建立的sink链路将整个区域内的数据传送到远程中心进行集中处理。

卫星链路可作为sink链路。

与其它网络一样，传感器网络的协议栈也包括应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层[1]。

（1）物理层无线传感器网络的传输介质可以是无线电波、红外线或光介质。