昆工无线网络技术期末大作业

无线传感器网络简介及应用学院：信息工程与自动化专业：通信工程班级：通信XXX班姓名：XXXXXX学号：XXXXXXXXXX日期：2014.6.11摘要：无线传感器网络（WirelessSensorNetworks，WSN）是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。

传感器技术、微机电系统、现代网络和无线通信等技术的进步，推动了现代无线传感器网络的产生和发展。

无线传感器网络是目前国内外研究的一个热点方向,具有非常广泛的应用前景,其应用与发展,将对人类的生活和生产的各个领域带来深刻的影响。

对目前已经应用于无线传感器网络的具体传感器技术进行了分析,总结了无线传感器网络应用对传感器技术的需求约束。

依据这些需求展望了未来可能应用于无线传感器网络的传感器技术。

关键词：无线传感器、网络、应用、发展正文一、无线传感器网络的定义传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。

它的英文是WirelessSensorNetwork,简称WSN。

无线传感器网络是由散布在工作区域中大量的体积小，成本低，具有无线通信、传感和数据处理能力的传感器节点组成的。

每个节点可能具有不同的感知形态，例如声纳、震动波、红外线等，节点却可以完成对目标信息的采集、传输、决策制定与实施，实现区域监控、目标跟踪、定位和预测等任务。

每一个节点都具有存储、处理、传输数据的能力。

通过无线网络，传感器节点之间可以相互交换信息，也可以把信息传送到远程端。

图---无线传感器的内部结构二、无线传感器网络的主要特点目前常见的无线网络包括移动通信网、无线局域网、蓝牙网络、ADhoc网络等，与这些网络相比，无线传感器网络具有以下特点：1、集感知、处理、传输为一体。

无线传感器网络节点是集传感器（感知部件）、处理器单元（例如AMR7、8680等）、短距离无线通信模块（例如RFM公司的TR1000、Zigbee 传输单元等）于一体的综合系统，通过综合的处理，完成了数据采集，转换和传输，同时由于集成，它实现了节点的微型化，无线传感器网络的应用领域大大拓宽。

2、硬件资源有限。

节点由于受价格、体积和功耗的限制，其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。

这一点决定了在节点操作系统设计中，协议层次不能太复杂。

3、电源容量有限。

网络节点由电池供电，电池的容量一般不是很大。

其特殊的应用领域决定了使用过程中，不能给电池充电或是换电池，一旦电池能量用完，这个节点也就失去了作用（死亡）。

因此在传感器网络设计过程中，任何技术和协议的使用都要以节能为前提。

4、无中心。

无线传感器网络中没有严格的控制中心，所以节点地位平等，是一个对等式网络。

节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。

5、自组织。

网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。

6、多跳路由。

网络中节点通信距离有限，一般在几百米范围内，节点只能与它邻居直接通信。

如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由选择。

固定网络的多跳路由使用网关和路由器来实现，而无线传感器网络中的多跳路由是由普通网络节点完成的，没有专门的路由设备。

这样每个节点既可以是信息的发起者，也是信息的转发者。

7、动态拓扑。

无线传感器网络是一个动态的网络，节点可以随处移动：一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络运行：一个节点也能由于工作的需要而被添加到网络中。

这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化，因此网络应该具有动态拓扑组织功能。

8、节点数量众多，分布密集。

为了对一个区域执行检测任务，往往有成千上万传感器节点空投到该区域。

传感器节点分布非常密集，利用节点之间高度连接性来保证系统的容错性和抗毁性。

9、传感节点体积小,成本低,计算能力有限。

无线传感器网络是在MEMS技术、数字电路技术基础上发展起来的,传感节点各部分集成度很高,因此具有体积小的优点,当然从应用角度讲,减小节点尺寸也是必须考虑的设计要素。

传感网络是由大量的传感节点组成的,单个节点的成本直接影响到网络的总体成本,如果总体成本比使用传统传感器的成本高,势必会影响无线传感网络的竞争力。

由于体积、成本以及能量的限制,嵌入式处理器和存储器的能力和容量有限,因此传感器的计算能力十分有限。

10、传感节点数量大、易失效,具有自适应性。

根据应用的不同,传感器节点的数量可能达到几百万个,甚至更多。

此外,传感器网络工作在比较恶劣的环境中,经常有新节点加入或已有节点失效,网络的拓扑结构变化很快,而且网络一旦形成,人很少干预其运行,因此,传感器网络的硬件必须具有高强壮性和容错性,相应的通信协议必须具有可重构和自适应性。

11、通信半径小,带宽很低。

无线传感器网络是利用“多跳”来实现低功耗下的数据传输,因此其设计的通信覆盖范围只有几十米。

和传统无线网络不同,传感器网络中传输的数据大部分是经过节点处理过的数据,因此流量较小。

根据目前观察到的现象特性来看,传感数据所需的带宽将会很低(1～100kbit/s)。

12、电源能量是网络寿命的关键。

无线传感器网络中通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中,能源无法替代,只能选择纽扣式电池供电,电源能量极其有限,网络中的传感器由于电源能量的原因经常失效或废弃,因此电源效率是设计考虑的关键因素。

13数据管理与处理是传感器网络的核心技术。

对于观察者来说,传感器网络的核心是感知数据,而不是网络硬件。

比如在智能家居应用中人们可能希望知道“现在客厅的温度室多少”,而不会关心“2号节点感测到的温度是多少”。

以数据为中心的特点要求传感器网络的设计必须以感知数据管理和处理为中心,把数据库技术和网络技术紧密结合,从逻辑概念和软、硬件技术两个方面实现一个高性能的以数据为中心的网络系统,使用户如同使用通常的数据库管理系统和数据处理系统一样自如地在传感器网络上进行感知数据的管理和处理。

这些特性都决定了无线传感器网络在诸多方面都有广阔的应用前景。

三、基于WSN网络的应用系统发展现状WSN网络是面向应用的，贴近客观物理世界的网络系统，其产生和发展一直都与应用相联系。

多年来经过不同领域研究人员的演绎，WSN技术在军事领域、精细农业、安全监控、环保监测、建筑领域、医疗监护、工业监控、智能交通、物流管理、自由空间探索、智能家居等领域的应用得到了充分的肯定和展示。

2005年，美国军方成功测试了由美国Crossbow 产品组建的枪声定位系统，为救护、反恐提供有力手段。

美国科学应用国际公司采用无线传感器网络，构筑了一个电子周边防御系统，为美国军方提供军事防御和情报信息。

中国中科院微系统所主导的团队积极开展基于WSN的电子围栏技术的边境防御系统的研发和试点，已取得了阶段性的成果。

在环境监控和精细农业方面，WSN系统最为广泛。

2002年，英特尔公司率先在俄勒冈建立了世界上第一个无线葡萄园，这是一个典型的精准农业、智能耕种的实例。

杭州齐格科技有限公司与浙江农科院合作研发了远程农作管理决策服务平台，该平台利用了无线传感器技术实现对农田温室大棚温度、湿度、露点、光照等环境信息的监测。

在民用安全监控方面，英国的一家博物馆利用无线传感器网络设计了一个报警系统，他们将节点放在珍贵文物或艺术品的底部或背面，通过侦测灯光的亮度改变和振动情况，来判断展览品的安全状态。

中科院计算所在故宫博物院实施的文物安全监控系统也是WSN技术在民用安防领域中的典型应用。

现代建筑的发展不仅要求为人们提供更加舒适、安全的房屋和桥梁，而且希望建筑本身能够对自身的健康状况进行评估。

WSN技术在建筑结构健康监控方面将发挥重要作用。

2004年，哈工大在深圳地王大厦实施部署了监测环境噪声和震动加速度响应测试的WSN网络系统。

在医疗监控方面，美国英特尔公司目前正在研制家庭护理的无线传感器网络系统，作为美国“应对老龄化社会技术项目”的一项重要内容。

另外，在对特殊医院(精神类或残障类)中病人的位置监控方面，WSN也有巨大应用潜力。

在军事方面，信息化战争中，战场信息的及时获取和反应对于整个战局的影响至关重要。

由于WSN具有生存能力强、探测精度高、成本低等特点，非常适合应用于恶劣的战场环境中，执行战场侦查与监控、目标定位、战争效能*估、核生化监测以及国土安全保护、边境监视等任务。

在工业监控方面，美国英特尔公司为俄勒冈的一家芯片制造厂安装了200台无线传感器，用来监控部分工厂设备的振动情况，并在测量结果超出规定时提供监测报告。

西安成峰公司与陕西天和集团合作开发了矿井环境监测系统和矿工井下区段定位系统。

在智能交通方面，美国交通部提出了“国家智能交通系统项目规划”，预计到2025年全面投入使用。

该系统综合运用大量传感器网络，配合GPS系统、区域网络系统等资源，实现对交通车辆的优化调度，并为个体交通推荐实时的、最佳的行车路线服务。

目前在美国的宾夕法尼亚州的匹兹堡市已经建有这样的智能交通信息系统。

中科院上海微系统所为首的研究团队正在积极开展WSN在城市交通的应用。

中科院软件所在地下停车场基于WSN网络技术实现了细粒度的智能车位管理系统，使得停车信息能够迅速通过发布系统推送给附近的车辆，大大提高率了停车效率。

物流领域是WSN网络技术是发展最快最成熟的应用领域。

尽管在仓储物流领域，RFID 技术还没有被普遍采纳，但基于RFID和传感器节点在大粒度商品物流管理中已经得到了广泛的应用。

宁波中科万通公司与宁波港合作，实现基于RFID网络的集装箱和集卡车的智能化管理。

另外，还使用WSN技术实现了封闭仓库中托盘粒度的货物定位。

WSN网络自由部署、自组织工作模式使其在自然科学探索方面有巨大的应用潜力。

2002年，由英特尔的研究小组和加州大学伯克利分校以及巴港大西洋大学的科学家把WSN技术应用于监视大鸭岛海鸟的栖息情况。

2005年，澳洲的科学家利用WSN技术来探测北澳大利亚蟾蜍的分布情况。

佛罗里达宇航中心计划借助于航天器布撒的传感器节点实现对星球表面大范围、长时期、近距离的监测和探索。

智能家居领域是WSN技术能够大展拳脚的地方。

浙江大学计算机系的研究人员开发了一种基于WSN网络的无线水表系统，能够实现水表的自动抄录。

复旦大学、电子科技大学等单位研制了基于WSN网络的智能楼宇系统，其典型结构包括了照明控制、警报门禁，以及家电控制的PC系统。

各部件自治组网，最终由PC机将信息发布在互联网上。

人们可以通过互联网终端对家庭状况实施监测。

WSN在应用领域的发展可谓方兴未艾，要想进一步推进该技术的发展，让其更好为社会和人们的生活服务，不仅需要研究人员开展广泛的应用系统研究，更需要国家、地区，以及优质企业在各个层面上的大力推动和支持。