无线传感网络的研究综述与发展前景
2022-06-09
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）33-7418-02
现代信息技术主要有三种[1]：传感器技术、通信技术和计算机技术，它们的目的是分别对信息进行采集、传输和处理。传感器网络正是将这三种技术融合在一起，从而对网络所能覆盖区域中的对象信息依次感知、采集、传输并处理，然后发送回给观察者。无线传感网（简称WSN）是物联网的重要组成部分，它能将物理世界和信息世界融合在一起，因此必将改变自然界和人类的互动方式。
当前，传感器网络技术正在逐渐发展成熟，但是从总体上来说还刚起步。正因为传感器网络技术的发展与进步对于整个人类乃至整个社会都具有重大的意义，所以对它的深入研究成为我们为之努力的动力源泉。
1无线传感网的原理
1.1无线传感网的概念
WSN是由部署在监测区域内的大量的体积小，成本低廉，具有无线通信、传感和数据处理能力的传感器节点所组成。并且每个传感器节点均有存储、传输和处理数据的能力。各节点之间可以通过无线网络相互交换信息，也可以将信息传送到远程端。
1.2无线传感网的结构
[2]无线传感网的常用结构为自组多跳网络。这种网络中的节点具有多种功能，如信息的处理、传感、无线通信等，所有节点均能通过多跳路由的方式连接到无线网关，然后完成与终端的通信过程，该过程是通过无线网关的方式实现的。由于传感器的传输距离有限，如果要实现传感信号无线接力，其节点的分布要均匀且密集，通过多跳路由的方式来将传感信号传送到汇聚点然后通过外部网络将数据发送到后端的处理系统。
1.3无线传感网络特点
1）基于应用的网络。无线传感网络是数据网络和无线网络的结合。相比于计算机网络而言，它更倾向于以数据为中心。无线传感网络的核心技术是数据管理与处理，无线传感器网络的核心对于观察者来说是感知数据而不是网络硬件。2）无线传感体积小，成本低廉，功耗低，性能方面和计算能力比通用的设备差。3）通信半径小，带宽很低。无线传感网络采用"多跳"来实现低功耗的目的。无线传感网中的节点只能在小范围内通信，所以必须通过其它节点进行路由实现，从而实现与外围监控终端或者网关的通信。4）传感器一般是使用电池来提供电力保障的，由于该网络使用的环境较复杂，同时每个节点的体积较小等因素，使用期间不能对电池充电或者通过后备电池来满足工作要求。当电池不能提供基本的能源保障的时候，该节点将失去和其他节点的通信，即节点死亡。在设计无线传感网络的时候需要考虑如何使电池的使用时间长一些。5）无线传感网络采用网状结构，网络中的所有节点都是相对独立的，其网络运行不会受到任何一个节点的制约。
2无线传感网络协议层次
2.1物理层
物理层是网络协议层次结构的最底层。它与有线网络的物理层不同，其设计方向主要是考虑无线通信频段的选择，无线传输机制和自适应技术。在无线网络中，通信频段都是用免费的频段，有100mW，200mW，1W等，采用正交频分复用（OFDM），直接序列扩频（DSSS），跳频扩频（FHSS），超宽带（UWB）等传输技术；无线网络中使用自适应技术有效控制误码率。
无线传感网络中物理层的节点设计采用以下两种方法来实现：（1）用现有的商业元器件（2）通过微机电系统和集成电路技术等来设计节点的传感器、MPU等。
2.2数据链路层
链路层位于物理层和网络层之间，该层主要是实现介质访问控制和差错控制。
介质访问控制（MAC）是解决信道的使用中谁可以使用的问题。无线传感网络中的MAC协议不仅要考虑能量使用的问题还要兼顾通信延时等问题。目前在此领域中主要是有基于竞争的MAC协议和基于调度的MAC协议。
现代信息技术主要有三种[1]：传感器技术、通信技术和计算机技术，它们的目的是分别对信息进行采集、传输和处理。传感器网络正是将这三种技术融合在一起，从而对网络所能覆盖区域中的对象信息依次感知、采集、传输并处理，然后发送回给观察者。无线传感网（简称WSN）是物联网的重要组成部分，它能将物理世界和信息世界融合在一起，因此必将改变自然界和人类的互动方式。
当前，传感器网络技术正在逐渐发展成熟，但是从总体上来说还刚起步。正因为传感器网络技术的发展与进步对于整个人类乃至整个社会都具有重大的意义，所以对它的深入研究成为我们为之努力的动力源泉。
1无线传感网的原理
1.1无线传感网的概念
WSN是由部署在监测区域内的大量的体积小，成本低廉，具有无线通信、传感和数据处理能力的传感器节点所组成。并且每个传感器节点均有存储、传输和处理数据的能力。各节点之间可以通过无线网络相互交换信息，也可以将信息传送到远程端。
1.2无线传感网的结构
[2]无线传感网的常用结构为自组多跳网络。这种网络中的节点具有多种功能，如信息的处理、传感、无线通信等，所有节点均能通过多跳路由的方式连接到无线网关，然后完成与终端的通信过程，该过程是通过无线网关的方式实现的。由于传感器的传输距离有限，如果要实现传感信号无线接力，其节点的分布要均匀且密集，通过多跳路由的方式来将传感信号传送到汇聚点然后通过外部网络将数据发送到后端的处理系统。
1.3无线传感网络特点
1）基于应用的网络。无线传感网络是数据网络和无线网络的结合。相比于计算机网络而言，它更倾向于以数据为中心。无线传感网络的核心技术是数据管理与处理，无线传感器网络的核心对于观察者来说是感知数据而不是网络硬件。2）无线传感体积小，成本低廉，功耗低，性能方面和计算能力比通用的设备差。3）通信半径小，带宽很低。无线传感网络采用"多跳"来实现低功耗的目的。无线传感网中的节点只能在小范围内通信，所以必须通过其它节点进行路由实现，从而实现与外围监控终端或者网关的通信。4）传感器一般是使用电池来提供电力保障的，由于该网络使用的环境较复杂，同时每个节点的体积较小等因素，使用期间不能对电池充电或者通过后备电池来满足工作要求。当电池不能提供基本的能源保障的时候，该节点将失去和其他节点的通信，即节点死亡。在设计无线传感网络的时候需要考虑如何使电池的使用时间长一些。5）无线传感网络采用网状结构，网络中的所有节点都是相对独立的，其网络运行不会受到任何一个节点的制约。
2无线传感网络协议层次
2.1物理层
物理层是网络协议层次结构的最底层。它与有线网络的物理层不同，其设计方向主要是考虑无线通信频段的选择，无线传输机制和自适应技术。在无线网络中，通信频段都是用免费的频段，有100mW，200mW，1W等，采用正交频分复用（OFDM），直接序列扩频（DSSS），跳频扩频（FHSS），超宽带（UWB）等传输技术；无线网络中使用自适应技术有效控制误码率。
无线传感网络中物理层的节点设计采用以下两种方法来实现：（1）用现有的商业元器件（2）通过微机电系统和集成电路技术等来设计节点的传感器、MPU等。
2.2数据链路层
链路层位于物理层和网络层之间，该层主要是实现介质访问控制和差错控制。
介质访问控制（MAC）是解决信道的使用中谁可以使用的问题。无线传感网络中的MAC协议不仅要考虑能量使用的问题还要兼顾通信延时等问题。目前在此领域中主要是有基于竞争的MAC协议和基于调度的MAC协议。