通信与网络中的无线传感器网络热点的研究
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2020-10-21
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通信与网络中的无线传感器网络热点的研究通信与网络中的无线传感器网络热点的研究
摘 要：随着微机电系统、无线通信、嵌入式计算、微型传感器及集成电路等技术的飞速发展， 无线传感器网络
应运而生。由于无线传感器网络的广阔应用前景， 它已经成为21 世纪的一个新研究领域。从功能的角度分析了
无线传感器网络当前研究热点， 并对相关技术进行深入剖析， 讨论了目前存在的问题和需要进一步研究的方
向。 随着微电子机械系统（ Micro Electro-MechanicalSystem, MEMS） 、低功耗无线电通信技术、嵌入
式计算技术、微型传感器技术及集成电路技术的飞速发展和日益成熟， 使得由大量低成本、低功耗、小体积、
短距离通信多功能的微型传感器通过无线链路自组织为无线传感器网络（
摘 要：随着微机电系统、无线通信、嵌入式计算、微型传感器及集成电路等技术的飞速发展， 无线传感器网络应运而
生。由于无线传感器网络的广阔应用前景， 它已经成为21 世纪的一个新研究领域。从功能的角度分析了无线传感器网络当前
研究热点， 并对相关技术进行深入剖析， 讨论了目前存在的问题和需要进一步研究的方向。
随着微电子机械系统（ Micro Electro-MechanicalSystem, MEMS） 、低功耗无线电通信技术、嵌入式计算技术、微型传
感器技术及集成电路技术的飞速发展和日益成熟， 使得由大量低成本、低功耗、小体积、短距离通信多功能的微型传感器通
过无线链路自组织为无线传感器网络（ w ireless sensor netwo rk, WSN） 成为现实。WSN 已经广泛应用于军事、交通、环
境监测和预报、卫生保健、空间探索等各个领域， 在当前国际上备受关注， 涌现了许多研究热点领域。
1 无线传感器网络的节点结构无线传感器网络的节点结构
传感器节点的基本组成和功能包括如下几个单元： 传感单元、处理单元、无线通信单元和供电单元等，如图1 所示。此
外， 其他可以选择的功能部分有定位系统、移动系统以及电源供电系统等。
传感器单元由传感器和数/ 模转换模块组成， 用于感知、获取监测区域内的信息， 并将其转换为数字信号； 处理单元由
嵌入式系统构成， 包括处理器、存储器等， 负责控制和协调节点各部分的工作， 存储和处理自身采集的数据以及其他节点发
来的数据； 无线通信单元由无线通信模块组成， 负责与其他传感器节点进行通信， 交换控制信息和收发采集数据； 供电单元
通常采用微型电池， 为传感器节点提供正常工作所必需的能源。
2 无线传感器网络的特点无线传感器网络的特点
人们一度认为成熟的Ad-hoc 网络机制和技术可以应用到无线传感器网络。但随着深入的研究发现， 无线传感器网络有的
技术要求和应用目标明显不同于Ad-hoc 网络。Ad-ho c 网络致力于为用户提供高质量的数据传输服务， 是以传输数据为目
的； 无线传感器网络将能源的高效使用作为首要设计目标， 是以数据为中心。无线传感器网络具有许多区别于Ad-hoc 网络的
独有特征。
①规模大、密度高。无线传感器网络与Ad-ho c 网络不同， 通常密集部署在大片的监测区域， 为了获取更精确、完整的
信息， 需要部署规模很大、密度很高的传感器节点， 以便通过大量冗余节点的协同工作来提高系统的工作质量。
②以数据为中心。在无线传感器网络中， 终端用户不会具体关心单个节点的监测数据， 通常只关心某个区域内某个监测
指标的数值。
③可靠性差。与Ad-hoc 网络相比， 无线传感器网络节点出现故障的可能性要大得多。传感器节点是通过随机撒播的方式
部署在指定的恶劣环境或无人区域， 在无人值守状态下工作， 网络维护变得十分困难。
④传感器节点的能力有限。传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力都是十分有限的。
⑤与应用相关。无线传感器网络是通过感知客观世界来获取外界的信息。由于不同的应用关心的信息不同， 使得无线传
感器网络只能针对每一个具体的应用来开展设计工作， 不能像Internet 那样有统一的通信协议平台。由于应用的不同， 无线
传感器网络对网络系统的要求也不同， 硬件平台、软件系统和通信协议都会有很大的差异。
⑥动态变化快。无线传感器网络一般都在比较恶劣的环境下工作， 不断变化的外界环境， 如突发事件、节点能量耗尽、
无线通信链路断续等， 都会严重影响系统功能， 这就要求传感器节点调整自身的工作状态及网络的拓扑结构， 以适应环境的
变化。
3 无线传感器网络的研究热点无线传感器网络的研究热点
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