1. 无线传感器知识大全,看完请收藏!
物联网是在现有互联网的基础上发展起来的,物联网除了融合网络、信息技术、RFID技术之外,还引入了无线传感器技术,使得物联网有了更深的发展,而且无线传感器技术还与嵌入式系统技术、现代网络以及无线通信技术进行结合,所以无线传感器本身也是一个炙手可热的研究领域。
传感器技术
无线传感器网络结构介绍
无线传感器网络系统通常包括汇聚节点(Sinknode)、传感器节点(Sensornode)与管理节点。
大量传感器节点随机部署在监测区域附近或者内部,传感器节点检测的数据沿着其他的传感器节点逐条地进行传输,在传输的过程中检测数据可能会被多个节点进行处理,经过跳后路由到汇聚的节点,然后通过卫星或者互联网传输到达管理节点,而用户通过对节点的管理对传感器网络进行管理、发布监测数据和管理。
传感器整体部署
无线传感器网络特点介绍
规模大
为了能够获取精确信息,在监测区域通常部署大量传感器节点,一般情况下会达到上万个甚至更多,传感器网络的大规模性主要包括了两个方面的含义:一方面是传感器节点的部署非常密集,在面积狭小的空间内密集的部署了大量的传感器节点。另一方面,是传感器节点分布在区域很大的范围内,比如在原始的大森林中采用传感器网络进行森林防火的安全环境监测,这种在区域宽广的范围内需要部署大量的传感器节点。
可靠性
无线传感器节点非常适合部署在自然环境恶劣或者人类不宜居住的区域,这些节点可能工作在环境较恶劣的地方,遭受风吹、雨淋、日晒,还甚至遭到人或者动物的破坏,而这些传感器节点往往采用随机进行部署,部署的方式是利用飞机散播,或炮弹发射到指定的区域进行部署,所以这些节点要非常坚固,不容易被损坏,可靠性很强。
自组织
在传感器网络应用中,通常情况下传感器节点会被放置在没有基础结构的地方,其实传感器节点的相隔距离、精确位置不能预先确定。你可以想象,通过飞机散播或者炮弹发射大量传感器节点到面积广阔的森林、山谷之中,这样就必须要求传感器节点本身具有自组织的能力,能够进行自我管理和配置,通过网络协议和拓扑控制机制自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。
动态性
传感器网络的拓扑结构有可能会因为下列因素而发生改变:①环境的变化可能会造成无线通信链路带宽产生变化,有时甚至会时断时通;②电力资源出现故障或耗尽导致的传感器节点故障或者失效;③传感器网络的感知对象、传感器与观察者这三要素都可能具有移动性;④有新节点加入,通常这种情况就必须要求传感器网络系统要能适应这种变化,具有动态系统可重构性。
无线传感器网络有哪些安全问题
安全路由
一般在无线传感器网络中,大量的传感器节点都密集分布在一个区域内,信息传输可能要经过很多节点才能到达目的地,而且传感器网络具有多跳结构和动态性,因此,需要去每个节点都应具备路由功能,
由于每个节点都是潜在的路由节点,因此更易受到攻击,这样就可能使网络不怎么安全,安全的路由算法会直接影响无线传感器的可用性和安全性,安全路由协议一般是采用认证和链路层加密,身份认证、多路径路由、双向连接认证和认证广播等机制,非常有效的提高了网络抵御外部攻击的能力,从而增强路由的安全性。
2. 无线传感器网络的特点及关键技术
无线传感器网络的特点及关键技术
无线传感器网络被普遍认为是二十一世纪最重要的技术之一,是目前计算机网络、无线通信和微电子技术等领域的研究热点。下面我为大家搜索整理了关于无线传感器网络的特点及关键技术,欢迎参考阅读!
一、无线传感器网络的特点
与其他类型的无线网络相比,传感器网络有着鲜明的特征。其主要特点可以归纳如下:
(一)传感器节点能量有限。当前传感器通常由内置的电池提供能量,由于体积受限,因而其携带的能量非常有限。如何使传感器节点有限的能量得到高效的利用,延长网络生存周期,这是传感器网络面临的首要挑战。
(二)通信能力有限。无线通信消耗的能量与通信距离的关系为E=kdn。其中,参数n的取值为2≤n≤4,n的取值与许多因素有关。但是不管n具体的取值,n的取值范围一旦确定,就表明,无线通信的能耗是随着距离的增加而更加急剧地增加的。因此,在满足网络连通性的要求下,应尽量采用多跳通信,减少单跳通信的距离。通常,传感器节点的通信范围在100m内。
(三)计算、存储和有限。一方面为了满足部署的要求,传感器节点往往体积小;另一方面出于成本控制的目的`,节点的价格低廉。这些因素限制了节点的硬件资源,从而影响到它的计算、存储和通信能力。
(四)节点数量多,密度高,覆盖面积广。为了能够全面准确的监测目标,往往会将成千上万的传感器节点部署在地理面积很大的区域内,而且节点密度会比较大,甚至在一些小范围内采用密集部署的方式。这样的部署方式,可以让网络获得全面的数据,提高信息的可靠性和准确性。
(五)自组织。传感器网络部署的区域往往没有基础设施,需要依靠传感器节点协同工作,以自组织的方式进行网络的配置和管理。
(六)拓扑结构动态变化。传感器网络的拓扑结构通常是动态变化的,例如部分节点故障或电量耗尽退出网络,有新的节点被部署并加入网络,为节约能量节点在工作和休眠状态间进行切换,周围环境的改变造成了无线通信链路的变化,以及传感器节点的移动等都会导致传感器网络拓扑结构发生变化。
(七)感知数据量巨大。传感器网络节点部署范围大、数量多,且网络中的每个传感器通常都产生较大的流式数据并具有实时性,因此网络中往往存在数量巨大的实时数据流。受传感器节点计算、存储和带宽等资源的限制,需要有效的分布式数据流管理、查询、分析和挖掘方法来对这些数据流进行处理。
(八)以数据为中心。对于传感器网络的用户而言,他们感兴趣的是获取关于特定监测目标的真实可靠的数据。在使用传感器网络时,用户直接使用其关注的事件作为任务提交给网络,而不是去访问具有某个或某些地址标识的节点。传感器网络中的查询、感知、传输都是以数据为中心展开的。
(九)传感器节点容易失效。由于传感器网络应用环境的特殊性以及能量等资源受限的原因,传感器节点失效(如电池能量耗尽等)的概率远大于传统无线网络节点。因此,需要研究如何提高数据的生存能力、增强网络的健壮性和容错性以保证部分传感器节点的损坏不会影响到全局任务的完成。此外,对于部署在事故和自然灾害易发区域的无线传感器网络,还需要进一步研究当事故和灾害导致大部分传感器节点失效时如何最大限度地将网络中的数据保存下来,以提供给灾害救援和事故原因分析等使用。
二、关键技术
无线传感器网络作为当今信息领域的研究热点,设计多学科交叉的研究领域,有非常多的关键技术有待研究和发现,下面列举若干。
(一)网络拓扑控制。通过拓扑控制自动生成良好的拓扑结构,能够提高路由协议和MAC协议的效率,可为数据融合、时间同步和目标定位等多方面奠定基础,有利于节省能量,延长网络生存周期。所以拓扑控制是无线传感器网络研究的核心技术之一。目前,拓扑控制主要研究的问题是在满足网络连通度的前提下,通过功率控制或骨干网节点的选择,剔除节点之间不必要的通信链路,生成一个高效的数据转发网络拓扑结构。
(二)介质访问控制(MAC)协议。在无线传感器网络中,MAC协议决定无线信道的使用方式,在传感器节点之间分配有限的无线通信资源,用来构建传感器网络系统的底层基础结构。MAC协议处于传感器网络协议的底层部分,对传感器网络的性能有较大影响,是保证无线传感器网络高效通信的关键网络协议之一。传感器网络的强大功能是由众多节点协作实现的。多点通信在局部范围需要MAC协议协调其间的无线信道分配,在整个网络范围内需要路由协议选择通信路径。
在设计MAC协议时,需要着重考虑以下几个方面:
(1)节省能量。传感器网络的节点一般是以干电池、纽扣电池等提供能量,能量有限。
(2)可扩展性。无线传感器网络的拓扑结构具有动态性。所以MAC协议也应具有可扩展性,以适应这种动态变化的拓扑结构。
(3)网络效率。网络效率包括网络的公平性、实时性、网络吞吐量以及带宽利用率等。
(三)路由协议。传感器网络路由协议的主要任务是在传感器节点和Sink节点之间建立路由以可靠地传递数据。由于传感器网络与具体应用之间存在较高的相关性,要设计一种通用的、能满足各种应用需求的路由协议是困难的,因而人们研究并提出了许多路由方案。
(四)定位技术。位置信息是传感器节点采集数据中不可或缺的一部分,没有位置信息的监测消息可能毫无意义。节点定位是确定传感器的每个节点的相对位置或绝对位置。节点定位分为集中定位方式和分布定位方式。定位机制也必须要满足自组织性,鲁棒性,能量高效和分布式计算等要求。
(五)数据融合。传感器网络为了有效的节省能量,可以在传感器节点收集数据的过程中,利用本地计算和存储能力将数据进行融合,取出冗余信息,从而达到节省能量的目的。
(六)安全技术。安全问题是无线传感器网络的重要问题。由于采用的是无线传输信道,网络存在偷听、恶意路由、消息篡改等安全问题。同时,网络的有限能量和有限处理、存储能力两个特点使安全问题的解决更加复杂化了。
;3. 无线传感器网络路由协议有哪些基本分类简述spin路由算法特点
(1)能量优先
传统路由协议在选择最优路径时,很少考虑节点的能量消耗问题。而无线传感器网络中节点的能量有限,延长整个网络的生存期成为传感器网络路由协议设计的重要目标,因此需要考虑节点的能量消耗以及网络能量均衡使用的问题。
(2)基于局部拓扑信息
无线传感器网络为了节省通信能量,通常采用多跳的通信模式,而节点有限的存储资源和计算资源,使得节点不能存储大量的路由信息,不能进行太复杂的路由计算。在节点只能获取局部拓扑信息和资源有限的情况下,如何实现简单高效的路由机制是无线传感器网络的一个基本问题。
(3)以数据为中心
传统的路由协议通常以地址作为节点的标识和路由的依据,而无线传感器网络中大量节点随机部署,所关注的是监测区域的感知数据,而不是具体哪个节点获取的信息,不依赖于全网唯一的标识。传感器网络通常包含多个传感器节点到少数汇聚节点的数据流,按照对感知数据的需求、数据通信模式和流向等,以数据为中心形成消息的转发路径。
(4)应用相关
传感器网络的应用环境千差万别,数据通信模式不同,没有一个路由机制适合所有的应用,这是传感器网络应用相关性的一个体现。设计者需要针对每一个具体应用的需求,设计与之适应的特定路由机制。
针对传感器网络路由机制的上述特点,在根据具体应用设计路由机制时,传感器网络需满足一定的路由机制。
4. 无线传感器网络的定位算法的发展历史
这个问题问的太难了...这可以写一片硕士论文了。没有人会研究那么广的。只能说先是静态的定位,然后AD HOC网络也需要定位,那就出现了动态的。
目前来说,WSN的定位还是主要研究静态网络的定位。其方法从传统意义来讲分为:基于测距的定位算法和非基于测距的定位算法。以我推断,应该是基于测距的定位方法出现在先。
具体分类及方法接受你可以参照《location,localization,and localizability》第一作者:刘云浩。该文章出自英文版的《计算机科学与技术》希望能帮助你。
5. 无线传感器网络的覆盖控制算法有哪几类
通常无线传感器网络的节点在目标区域的部署有大规模、高密度的特点,这就导致网络中大量节点的覆盖区域相互交叠。这种覆盖冗余性会导致采集、传输数据的冗余以及信道的干扰,浪费了有限的能量资源。使用合适的覆盖控制算法和节点调度算法在保证一定覆盖性的前提下使一些节点的传感模块策略性的休眠,对延长网络生存时间有重要意义!
6. 典型的无线传感器网络节点有哪些
无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络,其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息,并报告给用户。
它的英文是Wireless
Sensor
Network,
简称WSN。
大量的传感器节点将探测数据,通过汇聚节点经其它网络发送给了用户。
在这个定义中,传感器网络实现了数据采集、处理和传输的三种功能,而这正对应着现代信息技术的三大基础技术,即传感器技术、计算机技术和通信技术。
典型的无线传感器网络一般包括三个节点:传感器节点(Sensor
node)、汇聚节点(Sink
node)和任务管理节点。
详细内容可以去飞瑞敖论坛查找。