文档介绍：无线传感器网络调研报告
代文文
2011年2月
提纲:
一、无线传感器网络简介
二、WSN体系结构
三、WSN的特点
四、WSN的应用领域
五、WSN的关键技术
七、总结
一、无线传感器网络简介
无线传感器网络是一种特殊的Ad-hoc网络,可应用于布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域(如受到污染、环境不能被破坏或敌对区域)和一些临时场合(如发生自然灾害时,固定通信网络被破坏)等。它不需要固定网络支持,具有快速展开,抗毁性强等特点,可广泛应用于军事、工业、交通、环保等领域,引起了人们广泛关注。
无线传感器网络典型工作方式如下:使用飞行器将大量传感器节(数量从几百到几千个)抛撒到感兴趣区域,节点通过自组织快速形成一个无线网络。节点既是信息的采集和发出者,也充当信息的路由者,采集的数据通过多跳路由到达网关。网关(一些文献也称为Sinknode)是一个特殊的节点,、移动通信网络、卫星等与监控中心通信。也可以利用无人机飞越网络上空,通过网关采集数据。
传感器,感知对象,观察者构成了传感器网络的三个要素。
传感器网络,塑料电子和仿生人体器官又被称为全球未来的三大高科技产业。
二、WSN的体系结构

传感器节点通常由传感单元、处理单元、无线通信单元和电源四个部分组成,如图2-1所示。传感单元监测周围区域、采集相关信息并对其进行模数转换。处理单元负责操控整个节点,对由传感单元采集到的信息和其他节点发送过来的信息进行存储和处理。无线通信单元负责和其他节点或基站进行通信,收发采集的数据,完成信息的传送。电源为传感器节点各部分的运行提供能量支持,一般采用微型电池且不易更换。

无线传感器网络体系结构一般包括三种类型的节点,即传感器节点、汇聚节点和任务管理节点如图2-2所示。传感器节点的散布是通过人工、飞机空投等随机布置的方式完成,较为密集地散落在监测区域内。一旦布置完成,各节点就通过自组织的方式构成网络。节点采集的数据通过网络进行转发,以多跳的方式沿着其他节点逐跳地传送到汇聚节点。汇聚节点将采集到的信息通过互联网或卫星传送给任务管理节点,由后者进行信息的处理、分析、判断,进而作出决策。

随着无线传感器网络的不断发展,研究人员提出了各种各样的传感器网络协议栈。其中最经典的协议栈如图2-3所示。此协议栈受到互联网协议栈五层协议的启发,也由低到高包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。此外,其还包括能量管理平台、移动管理平台和任务管理平台三大平台。
各协议层的功能如下:
(1)物理层的关键技术是信号调制和无线收发技术。
(2)数据链路层负责数据流多路技术、数据帧探测、媒体访问和差错控制。
(3)网络层主要关注路由技术,负责路由生成和路由选择。
(4)传输层负责数据流的传输控制,其任务是保证通信服务的质量。
(5)应用层包括各种应用软件,并为应用软件的开发提供有效的开发环境和工具。
三大平台的功能如下:
(1)能量管理平台对节点如何使用自身能量进行管理,且考虑如何在协议层进行节能。
(2)移动管理平台探测和记录传感器节点的移动,使得节点能够跟踪判断邻居节点的位置。
(3)任务管理平台平衡和调度特定区域内传感器节点的监测任务,以衡网络负载。
三、WSN的特点
(1)大规模网络。为了获得精确的信息,往往需要在检测区域布置大量的传感器节点。
(2)自组织网络。无线传感器网络的布设没有任何的基础设施作为辅助,当大量传感器节点被撒到监测区域后,需要它们迅速组织成一个独立的网络。
(3)动态拓扑。传感器网络的拓扑结构可能会因为节点的死亡或者新节点的加入而动态变化。
(4)应用相关的网络。物理世界的多样性需要我们针对不同的应用设计出不同的传感器网络。
(5)以数据为中心。用户使用传感器网络查询数据时,只需要把任务信息告诉给传感器网络就可以了,不需要关心到底是哪个节点监测到的结果。