① 什么是无线传感器网络
无线传感器的无线传输功能,常见的无线传输网络有RFID、ZigBee、红外、蓝牙、GPRS、4G、2G、Wi-Fi、NB-IoT。
与传统有线网络相比,无线传感器网络技术具有很明显的优势特点,主要的要求有: 低能耗、低成本、通用性、网络拓扑、安全、实时性、以数据为中心等。
② 简述无线传感网发展历史的阶段划分和各阶段的技术特点
无线传感器
无线传感器的组成模块封装在一个外壳内,在工作时它将由电池或振动发电机提供电源,构成无线传感器网络节点。它可以采集设备的数字信号通过无线传感器网络传输到监控中心的无线网关,直接送入计算机,进行分析处理。如果需要,无线传感器也可以实时传输采集的整个时间历程信号。
发展历程
早在上世纪70年代,就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形,我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的的不断发展和进步,传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力,并通过与传感控制器的相联,组成了有信息综合和处理能力的传感器网络,这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始,现场总线技术开始应用于传感器网络,人们用其组建智能化传感器网络,大量多功能传感器被运用,并使用无线技术连接CONTROLENGINEERING China版权所有,无线传感器网络逐渐形成。
无线传感器网络是新一代的传感器网络,具有非常广泛的应用前景,其发展和应用,将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。发达国家如美国,非常重视无线传感器网络的发展CONTROLENGINEERING China版权所有,IEEE正在努力推进无线传感器网络的应用和发展,波士顿大学(BostonUnversity)还于最近创办了传感器网络协会(Sensor Network Consortium),期望能促进传感器联网技术开发。除了波士顿大学,该协会还包括BP、霍尼韦尔(Honeywell)、Inetco Systems、Invensys、L-3Communications、Millennial Net、Radianse、Sensicast Systems及Textron Systems。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时,更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术,《商业周刊》预测的未来四大新技术中,无线传感器网络也列入其中。可以预计,无线传感器网络的广泛是一种必然趋势,它的出现将会给人类社会带来极大的变革。
应用现状
虽然无线传感器网络的大规模商业应用CONTROLENGINEERING China版权所有,由于技术等方面的制约还有待时日,但是最近几年,随着计算成本的下降以及微处理器体积越来越小,已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。目前无线传感器网络的应用主要集中在以下领域:
1 环境的监测和保护
随着人们对于环境问题的关注程度越来越高,需要采集的环境数据也越来越多,无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利,并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。比如,英特尔研究实验室研究人员曾经将32个小型传感器连进互联网,以读出缅因州"大鸭岛"上的气候,用来评价一种海燕巢的条件。无线传感器网络还可以跟踪候鸟和昆虫的迁移,研究环境变化对农作物的影响,监测海洋、大气和土壤的成分等。此外,它也可以应用在精细农业中控制工程网版权所有,来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。
③ 为什么无线传感器节点性能提升十分缓慢,没有像摩尔定律的速度发展
WSN(wirelesssensornetworks)是无线传感器网络,是由大量的具有感知能力的传感器节点,通过自组织方式构成的无线网络。传感器监控不同位置的物理或环境状况(比如温度、声音、振动、压力、运动或污染物)。无线传感器网络的发展最初起源于战场监测等军事应用。而现今无线传感器网络被应用于很多民用领域,如环境与生态监测、健康监护、家居自动化以及交通控制等。
一个典型的无线传感器网络的系统架构包括分布式无线传感器节点(群)、接收发送器汇聚节点、互联网或通信卫星和任务管理节点等,如下图所示。大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近,能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输,在传输过程中监测数据可能被多个节点处理,经过多跳后路由到汇聚节点,最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理,发布监测任务以及收集监测数据。
无线传感器网络中主要包含两类节点:
传感器节点:具有感知和通信功能的节点,在传感器网络中负责监控目标区域并获取数据,以及完成与其他传感器节点的通信,能够对数据进行简单的处理。
Sink节点:又称为基站节点,负责汇总由传感器节点发送过来的数据,并作进一步数据融合以及其他操作,最终把处理好的数据上传至互联网
汇聚节点
汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对较强,它是连接传感器网络与Intemet等外
部网络的网关,实现两种协议间的转换,同时向传感器节点发布来自管理节点的监测任务,并把WSN收集到的数据转发到外部网络上。汇聚节点既可以是一个具有增强功能的传感器节点,有足够的能量供给和更多的、Flash和SRAM中的所有信息传输到计算机中,通过汇编软件,可很方便地把获取的信息转换成汇编文件格式,从而分析出传感节点所存储的程序代码、路由协议及密钥等机密信息,同时还可以修改程序代码,并加载到传感节点中。
管理节点
管理节点用于动态地管理整个无线传感器网络:传感器网络的所有者通过管理节点访问无线传感器网络的资源。
无线传感器网络的拓扑结构
三种常见拓扑结构
星型拓扑:具有组网简单、成本低;但网络覆盖范围小,一旦sink节点发生故障,所有与sink节点连接的传感器节点与网络中心的通信都将中断。星形拓扑结构组网时,电池的使用寿命较长。
网状拓扑:具有组网可靠性高、覆盖范围大的优点,但电池使用寿命短、管理复杂
树状拓扑:具有星形和网状拓扑的一些特点,既保证了网络覆盖范围大,同时又不至于电池使用寿命过短,更加灵活、高效。
无线传感器网络的特点
1.自组织性;2.以数据为中心;3.应用相关性;4.动态性;5.网络规模大;6.可靠性
无线传感器网络(WSN)被认为是影响人类未来生活的重要技术之一,这一新兴技术为人们提供了一种全新的获取信息、处理信息的途径。由于WSN本身的特点,使得它与现有的传统网络技术之间存在较大的区别,给人们提出了很多新的挑战。
④ 无线传感器网络
无线传感器网络:是一种分布式传感网络,它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。无线传感器网络中的传感器通过无线方式通信,因此网络设置老宽早灵活,设备位置可以随时更改,还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个多巧卜跳自组织网络。
无线传感器网络的发展得益于微机电系统、片上系统侍雀、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展。无线传感器网络广泛应用于军事、智能交通、环境监控、医疗卫生等多个领域。
⑤ 无线网络传感器的历史发展
无线网络传感器 其巨大的商业军事应用价值,吸引了世界上许多国家的关注。Intel、微软等IT业巨头开始了无线网络传感器方面的研究工作。日本、德国、英国、意大利等科技发达国家也对无线网络传感器表现出了极大的兴趣,纷纷展开了该领域的研究工作。我国在传感器网络方面的研究工作还很少,目前,国内一些高等院校与研究机构已积极开展无线传感器网络的相关研究工作,主要有清华大学、中科院软件所、浙江大学、哈尔滨工业大学、中科院自动化所、中国人民大学等。目前国内研究热点主要集中在穿戴式计算、上下文感知环境、智能教室等领域,在支持普适计算的操作系统或软件架构系统的研究尚不多见。