1. 無線感測器知識大全,看完請收藏!
物聯網是在現有互聯網的基礎上發展起來的,物聯網除了融合網路、信息技術、RFID技術之外,還引入了無線感測器技術,使得物聯網有了更深的發展,而且無線感測器技術還與嵌入式系統技術、現代網路以及無線通信技術進行結合,所以無線感測器本身也是一個炙手可熱的研究領域。
感測器技術
無線感測器網路結構介紹
無線感測器網路系統通常包括匯聚節點(Sinknode)、感測器節點(Sensornode)與管理節點。
大量感測器節點隨機部署在監測區域附近或者內部,感測器節點檢測的數據沿著其他的感測器節點逐條地進行傳輸,在傳輸的過程中檢測數據可能會被多個節點進行處理,經過跳後路由到匯聚的節點,然後通過衛星或者互聯網傳輸到達管理節點,而用戶通過對節點的管理對感測器網路進行管理、發布監測數據和管理。
感測器整體部署
無線感測器網路特點介紹
規模大
為了能夠獲取精確信息,在監測區域通常部署大量感測器節點,一般情況下會達到上萬個甚至更多,感測器網路的大規模性主要包括了兩個方面的含義:一方面是感測器節點的部署非常密集,在面積狹小的空間內密集的部署了大量的感測器節點。另一方面,是感測器節點分布在區域很大的范圍內,比如在原始的大森林中採用感測器網路進行森林防火的安全環境監測,這種在區域寬廣的范圍內需要部署大量的感測器節點。
可靠性
無線感測器節點非常適合部署在自然環境惡劣或者人類不宜居住的區域,這些節點可能工作在環境較惡劣的地方,遭受風吹、雨淋、日曬,還甚至遭到人或者動物的破壞,而這些感測器節點往往採用隨機進行部署,部署的方式是利用飛機散播,或炮彈發射到指定的區域進行部署,所以這些節點要非常堅固,不容易被損壞,可靠性很強。
自組織
在感測器網路應用中,通常情況下感測器節點會被放置在沒有基礎結構的地方,其實感測器節點的相隔距離、精確位置不能預先確定。你可以想像,通過飛機散播或者炮彈發射大量感測器節點到面積廣闊的森林、山谷之中,這樣就必須要求感測器節點本身具有自組織的能力,能夠進行自我管理和配置,通過網路協議和拓撲控制機制自動形成轉發監測數據的多跳無線網路系統。
動態性
感測器網路的拓撲結構有可能會因為下列因素而發生改變:①環境的變化可能會造成無線通信鏈路帶寬產生變化,有時甚至會時斷時通;②電力資源出現故障或耗盡導致的感測器節點故障或者失效;③感測器網路的感知對象、感測器與觀察者這三要素都可能具有移動性;④有新節點加入,通常這種情況就必須要求感測器網路系統要能適應這種變化,具有動態系統可重構性。
無線感測器網路有哪些安全問題
安全路由
一般在無線感測器網路中,大量的感測器節點都密集分布在一個區域內,信息傳輸可能要經過很多節點才能到達目的地,而且感測器網路具有多跳結構和動態性,因此,需要去每個節點都應具備路由功能,
由於每個節點都是潛在的路由節點,因此更易受到攻擊,這樣就可能使網路不怎麼安全,安全的路由演算法會直接影響無線感測器的可用性和安全性,安全路由協議一般是採用認證和鏈路層加密,身份認證、多路徑路由、雙向連接認證和認證廣播等機制,非常有效的提高了網路抵禦外部攻擊的能力,從而增強路由的安全性。
2. 無線感測器網路的特點及關鍵技術
無線感測器網路的特點及關鍵技術
無線感測器網路被普遍認為是二十一世紀最重要的技術之一,是目前計算機網路、無線通信和微電子技術等領域的研究熱點。下面我為大家搜索整理了關於無線感測器網路的特點及關鍵技術,歡迎參考閱讀!
一、無線感測器網路的特點
與其他類型的無線網路相比,感測器網路有著鮮明的特徵。其主要特點可以歸納如下:
(一)感測器節點能量有限。當前感測器通常由內置的電池提供能量,由於體積受限,因而其攜帶的能量非常有限。如何使感測器節點有限的能量得到高效的利用,延長網路生存周期,這是感測器網路面臨的首要挑戰。
(二)通信能力有限。無線通信消耗的能量與通信距離的關系為E=kdn。其中,參數n的取值為2≤n≤4,n的取值與許多因素有關。但是不管n具體的取值,n的取值范圍一旦確定,就表明,無線通信的能耗是隨著距離的增加而更加急劇地增加的。因此,在滿足網路連通性的要求下,應盡量採用多跳通信,減少單跳通信的距離。通常,感測器節點的通信范圍在100m內。
(三)計算、存儲和有限。一方面為了滿足部署的要求,感測器節點往往體積小;另一方面出於成本控制的目的`,節點的價格低廉。這些因素限制了節點的硬體資源,從而影響到它的計算、存儲和通信能力。
(四)節點數量多,密度高,覆蓋面積廣。為了能夠全面准確的監測目標,往往會將成千上萬的感測器節點部署在地理面積很大的區域內,而且節點密度會比較大,甚至在一些小范圍內採用密集部署的方式。這樣的部署方式,可以讓網路獲得全面的數據,提高信息的可靠性和准確性。
(五)自組織。感測器網路部署的區域往往沒有基礎設施,需要依靠感測器節點協同工作,以自組織的方式進行網路的配置和管理。
(六)拓撲結構動態變化。感測器網路的拓撲結構通常是動態變化的,例如部分節點故障或電量耗盡退出網路,有新的節點被部署並加入網路,為節約能量節點在工作和休眠狀態間進行切換,周圍環境的改變造成了無線通信鏈路的變化,以及感測器節點的移動等都會導致感測器網路拓撲結構發生變化。
(七)感知數據量巨大。感測器網路節點部署范圍大、數量多,且網路中的每個感測器通常都產生較大的流式數據並具有實時性,因此網路中往往存在數量巨大的實時數據流。受感測器節點計算、存儲和帶寬等資源的限制,需要有效的分布式數據流管理、查詢、分析和挖掘方法來對這些數據流進行處理。
(八)以數據為中心。對於感測器網路的用戶而言,他們感興趣的是獲取關於特定監測目標的真實可靠的數據。在使用感測器網路時,用戶直接使用其關注的事件作為任務提交給網路,而不是去訪問具有某個或某些地址標識的節點。感測器網路中的查詢、感知、傳輸都是以數據為中心展開的。
(九)感測器節點容易失效。由於感測器網路應用環境的特殊性以及能量等資源受限的原因,感測器節點失效(如電池能量耗盡等)的概率遠大於傳統無線網路節點。因此,需要研究如何提高數據的生存能力、增強網路的健壯性和容錯性以保證部分感測器節點的損壞不會影響到全局任務的完成。此外,對於部署在事故和自然災害易發區域的無線感測器網路,還需要進一步研究當事故和災害導致大部分感測器節點失效時如何最大限度地將網路中的數據保存下來,以提供給災害救援和事故原因分析等使用。
二、關鍵技術
無線感測器網路作為當今信息領域的研究熱點,設計多學科交叉的研究領域,有非常多的關鍵技術有待研究和發現,下面列舉若干。
(一)網路拓撲控制。通過拓撲控制自動生成良好的拓撲結構,能夠提高路由協議和MAC協議的效率,可為數據融合、時間同步和目標定位等多方面奠定基礎,有利於節省能量,延長網路生存周期。所以拓撲控制是無線感測器網路研究的核心技術之一。目前,拓撲控制主要研究的問題是在滿足網路連通度的前提下,通過功率控制或骨幹網節點的選擇,剔除節點之間不必要的通信鏈路,生成一個高效的數據轉發網路拓撲結構。
(二)介質訪問控制(MAC)協議。在無線感測器網路中,MAC協議決定無線信道的使用方式,在感測器節點之間分配有限的無線通信資源,用來構建感測器網路系統的底層基礎結構。MAC協議處於感測器網路協議的底層部分,對感測器網路的性能有較大影響,是保證無線感測器網路高效通信的關鍵網路協議之一。感測器網路的強大功能是由眾多節點協作實現的。多點通信在局部范圍需要MAC協議協調其間的無線信道分配,在整個網路范圍內需要路由協議選擇通信路徑。
在設計MAC協議時,需要著重考慮以下幾個方面:
(1)節省能量。感測器網路的節點一般是以干電池、紐扣電池等提供能量,能量有限。
(2)可擴展性。無線感測器網路的拓撲結構具有動態性。所以MAC協議也應具有可擴展性,以適應這種動態變化的拓撲結構。
(3)網路效率。網路效率包括網路的公平性、實時性、網路吞吐量以及帶寬利用率等。
(三)路由協議。感測器網路路由協議的主要任務是在感測器節點和Sink節點之間建立路由以可靠地傳遞數據。由於感測器網路與具體應用之間存在較高的相關性,要設計一種通用的、能滿足各種應用需求的路由協議是困難的,因而人們研究並提出了許多路由方案。
(四)定位技術。位置信息是感測器節點採集數據中不可或缺的一部分,沒有位置信息的監測消息可能毫無意義。節點定位是確定感測器的每個節點的相對位置或絕對位置。節點定位分為集中定位方式和分布定位方式。定位機制也必須要滿足自組織性,魯棒性,能量高效和分布式計算等要求。
(五)數據融合。感測器網路為了有效的節省能量,可以在感測器節點收集數據的過程中,利用本地計算和存儲能力將數據進行融合,取出冗餘信息,從而達到節省能量的目的。
(六)安全技術。安全問題是無線感測器網路的重要問題。由於採用的是無線傳輸信道,網路存在偷聽、惡意路由、消息篡改等安全問題。同時,網路的有限能量和有限處理、存儲能力兩個特點使安全問題的解決更加復雜化了。
;3. 無線感測器網路路由協議有哪些基本分類簡述spin路由演算法特點
(1)能量優先
傳統路由協議在選擇最優路徑時,很少考慮節點的能量消耗問題。而無線感測器網路中節點的能量有限,延長整個網路的生存期成為感測器網路路由協議設計的重要目標,因此需要考慮節點的能量消耗以及網路能量均衡使用的問題。
(2)基於局部拓撲信息
無線感測器網路為了節省通信能量,通常採用多跳的通信模式,而節點有限的存儲資源和計算資源,使得節點不能存儲大量的路由信息,不能進行太復雜的路由計算。在節點只能獲取局部拓撲信息和資源有限的情況下,如何實現簡單高效的路由機制是無線感測器網路的一個基本問題。
(3)以數據為中心
傳統的路由協議通常以地址作為節點的標識和路由的依據,而無線感測器網路中大量節點隨機部署,所關注的是監測區域的感知數據,而不是具體哪個節點獲取的信息,不依賴於全網唯一的標識。感測器網路通常包含多個感測器節點到少數匯聚節點的數據流,按照對感知數據的需求、數據通信模式和流向等,以數據為中心形成消息的轉發路徑。
(4)應用相關
感測器網路的應用環境千差萬別,數據通信模式不同,沒有一個路由機制適合所有的應用,這是感測器網路應用相關性的一個體現。設計者需要針對每一個具體應用的需求,設計與之適應的特定路由機制。
針對感測器網路路由機制的上述特點,在根據具體應用設計路由機制時,感測器網路需滿足一定的路由機制。
4. 無線感測器網路的定位演算法的發展歷史
這個問題問的太難了...這可以寫一片碩士論文了。沒有人會研究那麼廣的。只能說先是靜態的定位,然後AD HOC網路也需要定位,那就出現了動態的。
目前來說,WSN的定位還是主要研究靜態網路的定位。其方法從傳統意義來講分為:基於測距的定位演算法和非基於測距的定位演算法。以我推斷,應該是基於測距的定位方法出現在先。
具體分類及方法接受你可以參照《location,localization,and localizability》第一作者:劉雲浩。該文章出自英文版的《計算機科學與技術》希望能幫助你。
5. 無線感測器網路的覆蓋控制演算法有哪幾類
通常無線感測器網路的節點在目標區域的部署有大規模、高密度的特點,這就導致網路中大量節點的覆蓋區域相互交疊。這種覆蓋冗餘性會導致採集、傳輸數據的冗餘以及信道的干擾,浪費了有限的能量資源。使用合適的覆蓋控制演算法和節點調度演算法在保證一定覆蓋性的前提下使一些節點的感測模塊策略性的休眠,對延長網路生存時間有重要意義!
6. 典型的無線感測器網路節點有哪些
無線感測器網路是大量的靜止或移動的感測器以自組織和多跳的方式構成的無線網路,其目的是協作地感知、採集、處理和傳輸網路覆蓋地理區域內感知對象的監測信息,並報告給用戶。
它的英文是Wireless
Sensor
Network,
簡稱WSN。
大量的感測器節點將探測數據,通過匯聚節點經其它網路發送給了用戶。
在這個定義中,感測器網路實現了數據採集、處理和傳輸的三種功能,而這正對應著現代信息技術的三大基礎技術,即感測器技術、計算機技術和通信技術。
典型的無線感測器網路一般包括三個節點:感測器節點(Sensor
node)、匯聚節點(Sink
node)和任務管理節點。
詳細內容可以去飛瑞敖論壇查找。