無線傳感網絡淺析

陳圳

（中南大學信息科學與工程學院 湖南長沙 410000）

無線傳感網絡淺析

陳圳

（中南大學信息科學與工程學院 湖南長沙 410000）

無線傳感器網絡是一種分布式傳感網絡，它可以感知外部世界。其傳感器通過無線方式通信，因此網絡設置靈活，設備位置靈活多變，可以跟互聯網進行有線或無線方式的連接。通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網絡。本文介紹了無線傳感網絡的特點和結構形式，并對傳感網絡目前的研究熱點作了介紹。

無線傳感網絡；自組織；動態；協同

1 引言

無線傳感器網絡是一種分布式傳感網絡，它可以感知外部世界。無線傳感網絡廣泛應用于生物棲息地監控、森林防火、環境監測、交通、救災、軍事、個人監護等等場合，特別是在軍事上。無線傳感網絡雖已經取得很大成果，但現有的系統中還存在不少問題，理論也還不完善，問題還沒有完全解決。本文將對無線傳感網絡的特點、節點組成、網絡組成和研究熱點進行簡要分析。

2 無線傳感網絡特點

無線傳感網絡是無線網、數據網的結合，其核心圍繞通信，具有以下特點：

2.1 規模大

無線傳感網絡為了確保其檢測信息的可靠，通常需要大量部署傳感器節點，可能有成千上萬個。傳感器網絡的規模：①數量上多；②分布地理區域內可以很密集，這些分布式的處理節點可以提高檢測精確度，減少盲區，因而系統容錯更強。

2.2 自組織

無線傳感網絡節點過多，有的或通過飛機播撒，或隨意放置，因而事先難以確定其位置、臨接關系。通常要求節點之間可以自組織，能夠自己進行配置，自己管理，控制拓撲，自動形成多跳無線網絡。

2.3 動態性

由于無線傳感網絡具有第二條自組織的性質，也就允許其拓撲動態變化，而動態變化也是無線傳感網絡的一個普遍特點。由于環境改變、電能、通信鏈路等等，為了保證其網絡的聯通，拓撲就要根據實際情況實時地優化調整。

2.4 以數據為中心

無線傳感網絡是一種任務網絡。用戶關心傳感器網絡收集的事件，而不關心網絡的結構，這種以數據為查詢、傳輸的線索的特點，即為一數據位中心，區別于計算機通信網，以地址為中心。因此，設計上，無線傳感網絡最耗電的環節一般是通信過程，受制于能源的有限，無線傳感網絡要在保證數據的同時，盡可能減少通信量。

2.5 協作執行

通常無線傳感網絡需要協作地收集、處理、存儲、傳輸。傳感器間的節點在實現遠距通信的時候，可以多跳中繼轉發，可以多個節點協作發射。這種協作方式可以有效克服其處理、存儲能力不足。便于去完成復雜的任務。

3 無線傳感網絡組成

3.1 節點構成

一般上，無線傳感網絡的節點由處理器、無線電接收裝置、傳感器、AD轉換接口、能源供應系統組成。處理器通常是嵌入式系統構成。如有需求，再進行擴展。

3.2 網絡構成

無線傳感網絡的傳感器節點一般用飛機播撒、人工布置。其大部分是在感知對象內部，或者附近。節點之間通過自組織，構成無線傳感網絡。節點可以對任意地點信息在任意時刻去采集、處理、分析，并且通過多跳中繼回傳給Sink節點，Sink節點的發射能力較強，電能充足，由它將數據傳送到遠程控制中心。因此，一個典型的傳感器網絡的體系結構包括傳感器節點、Sink節點、互聯網和擁護交互界面。

4 無線傳感網絡研究熱點

4.1 網絡自組織

由于應用環境受限，無線傳感網絡需要自行部署。節點被放置后，就要進入自啟階段，發送信號，互相聯通，并與其它節點協同工作。其拓撲通常是三類，基于簇的分層結構、基于網的平面結構、基于鏈的線性結構。各有利弊，用于不同情境。如果能合理地分配任務，必然能有效地延長整個網絡的壽命。

4.2 時間同步

在分布式無線傳感網絡里，大量節點協作共同完成一項檢測任務。時間同步是協同所必須的。傳統的網絡中時間同步是通過服務器的時鐘為基準，去調整客戶端的時鐘。無線傳感網絡受到能源限制，在時間同步上應盡量減小開銷，通常設計為需要時同步，其次節點數量多，拓撲動態變化，時間同步需要能夠適應。

4.3 自適應技術

無線傳感網絡基于應用，不同應用場合要求的服務也不一樣，因此，無線傳感網絡的要有自適應能力，能夠自行根據環境調整，去提供能夠保證任務的質量，同時又能控制功率。這種調度是一種動態的，需要較好的算法，而目前大多數的無線傳感網絡設計上還不能夠靈活地去調整，有一定局限性。

4.4 能源管理

傳統的無限網絡在MAC協議上以性能與可靠為核心，側重吞吐量、帶寬利用率、公平性、較少的延時。而無線傳感網絡首要考慮的不是質量，而是節能，通常CSMA是自組織的無線傳感網絡常用的多址方式，主要是因為它易于實現，能提高大型網絡的信道復用率。而帶有應答握手信號的循環冗余校驗這樣的通用的錯誤檢測可以靈活地結合數據鏈路層與網絡層，以滿足性能要求，達到期望的功耗水平。

5 總結

無線傳感網絡具有廣闊的前景，它有傳統網絡無法比擬的許多優勢也因此廣泛應用于生物棲息地監控、森林防火、環境監測、交通、救災、軍事、個人監護等等場合，特別是在軍事上。無線傳感網絡雖已經取得很大成果，但現有的系統中還存在不少問題，理論也還不完善，問題還沒有完全解決。這仍屬于新興的研究領域值得繼續研究完善。

[1]劉敏鈺，吳 泳，伍衛國.無線傳感網絡（WSN）研究[J].微電子學與計算機，2005，22（7）：58～61.

TN929.5

A

1004-7344（2016）17-0223-01

2016-5-20

陳圳（1996-），男，福建人，中南大學通信工程2013級本科生。