无线传感器网络组网关键技术分析

无线传感器网络组网关键技术分析
作者：王娜
来源：《电子技术与软件工程》2015年第24期
摘要无线传感网络集合了微机电技术、数字信息处理、无线通信技术等学科技术，发展前景广阔，应用价值较高。

本文简要分析了无线传感网络的特点，对其组网模式、拓扑控制、媒体访问控制和链路控制、移动控制模型以及路由、数据转发及跨层设计等五项关键技术做了简要研究。

【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体位置，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
[1]袁书同，赵志刚.无线传感器网络安全组网技术研究[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2014，01：92-97.
[2]曹鹏飞，赵振.无线传感器网络关键技术研究综述[J].微计算机信息，2012，09：389-391+406.。