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2022-06-24
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无线传感网络的发展现状及研究中的关键技术
随着无线通信、集成电路、传感器、微机电系统等技术的飞速发展，低成本、低功耗、小体积、多功能的微型传感器的大量生
产成为可能。之所以称为微型传感器，是因为传感器小到可以像灰尘一样在空气中浮动，所以又可称之为“智能尘埃（Smart
Dust）”[1]。传感器节点借助于内置的微型传感器，可以测量周围环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号、温度、湿度、光强度、
压力、土壤成分、移动物理大小、速度和方向等人们感兴趣的物理现象。无线传感网络（ Wireless Sensor Network， WSN) 是集分布
式信息采集、信息传输和信息处理技术于一体的网络信息系统,IEEE1451。5 无线标准为无线传感器网络提供了各种基于协议和需求的
无线应用标准。在 WSN 中，无线传感器节点常常被随机地布置在许多人类无法接近的场合，通过自组织的方式来构成一个快速、有效
可靠的无线网络.传感器节点往往是同构的, 并且由于其低能耗（甚至不需要换电池）的特点，它适用于无人看守的各种应用场景等特点,
从而被公认为是未来改变人们生活的十大技术之一。本文针对无线传感网络的特点、应用、关键技术及各种研究进行了论述和分析，在
研究人员进行应用场景的选择、课题申报，特别是对做 WSN 的 MAC 层研究的人员有一定的参考价值。
1 无线传感器网络的特点
目前常见的无线通信网络包括移动通信网、无线局域网、蓝牙网络、AdHoc 网络等， 无线传感器网络与无线通信网络有着本质
的区别：无线通信网络的主要功能是提供网络上点对点的建立连接、互相通信和操作， 为数据共享提供正确、可靠的传输, 而由微型传
感器节点构成的无线传感器网络则一般是为了某个特定的需要设计的自组织网络， 能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的
各种环境或监测对象的信息, 并对这些数据进行处理, 从而获得详尽而准确的信息, 将其传送到汇聚节点.无线传感器网络相对于 Ad hoc
网络具有以下特点［2]：
（1） 节点更多, 分布更密集， 网络规模更大。为了在某个地理区域上进行监测, 通常有成百上千甚至上万的节点被布置在该区
域， 如果单个节点或者局部几个节点出现故障是不会导致网络瘫痪的， 所以利用节点之间的高度连接性可以保证系统的容错性和抗毁
性。
（2) 节点处理信息能力受限. 由于受价格、体积和功耗的限制， 传感器网中的传感器节点一般采用嵌入式处理器和存储器。这
些传感器都具有计算能力，可以完成一些信息处理工作.但是, 由于嵌入式处理器的能力和存储器的容量有限， 因此传感器的处理能力也
相对受限，所以在设计 WSN 的各种协议时要力求简单有效。
（3） 能量节省更为重要。 由于受到硬件条件的影响， 无线传感器节点通常采用电池供电， 而无线传感网络通常是不需更换电
池的，相对于 Ad hoc 网络，电池的更换更为不便，而多数传感器网又往往要求长时间工作， 所以能量节省更为重要。受到发射能量的
限制,无线传感网络节点的通信距离可能会短些， 一般只有几十米， 甚至更短。
(4)无线传感器网络中的节点相对而言处于静止状态，移动的节点有限，所以在考虑 MAC 层协议时，往往不需考虑节点移动的特
性.而 Ad hoc 网络中的节点必须考虑移动特性.
(5）以数据为中心。在无线传感网络中，人们常常只关心某个区域内某个观测指标的数值，而不会去关心单个节点的观测数据。
它不同于传统网络的寻址过程,能够快速有效地组织起各个节点的信息并融合提取出有用的信息来传送到用户。
2 无线传感网络中的关键技术
无线传感网络作为当今信息领域的研究热点，涉及多个学科的交叉，所需要研究的内容可以分为四个部分，网络通信协议、核
心支撑技术、自组织管理、开发与应用。每个部分都有一些关键技术需要解决.
(1)网络通信协议
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