无线传感器网络热点的研究

　　随着微电子机械系统（ Micro Electro-MechanicalSystem， MEMS） 、低功耗无线电通信技术、嵌入式计算技术、微型传感器技术及集成电路技术的飞速发展和日益成熟， 使得由大量低成本、低功耗、小体积、短距离通信多功能的微型传感器通过无线链路自组织为无线传感器网络（ wireless sensor network， WSN） 成为现实。WSN 已经广泛应用于军事、交通、环境监测和预报、卫生保健、空间探索等各个领域， 在当前国际上备受关注， 涌现了许多研究热点领域。

　　1 无线传感器网络的节点结构

　　传感器节点的基本组成和功能包括如下几个单元： 传感单元、处理单元、无线通信单元和供电单元等，如图1 所示。此外， 其他可以选择的功能部分有定位系统、移动系统以及电源供电系统等。

　　传感器单元由传感器和数/ 模转换模块组成， 用于感知、获取监测区域内的信息， 并将其转换为数字信号; 处理单元由嵌入式系统构成， 包括处理器、存储器等， 负责控制和协调节点各部分的工作， 存储和处理自身采集的数据以及其他节点发来的数据; 无线通信单元由无线通信模块组成， 负责与其他传感器节点进行通信， 交换控制信息和收发采集数据; 供电单元通常采用微型电池， 为传感器节点提供正常工作所必需的能源。

　　2 无线传感器网络的特点

　　人们一度认为成熟的Ad-hoc网络机制和技术可以应用到无线传感器网络。但随着深入的研究发现， 无线传感器网络有的技术要求和应用目标明显不同于Ad-hoc 网络。Ad-ho c 网络致力于为用户提供高质量的数据传输服务， 是以传输数据为目的; 无线传感器网络将能源的高效使用作为首要设计目标， 是以数据为中心。无线传感器网络具有许多区别于Ad-hoc 网络的独有特征。

　　①规模大、密度高。无线传感器网络与Ad-ho c 网络不同， 通常密集部署在大片的监测区域， 为了获取更精确、完整的信息， 需要部署规模很大、密度很高的传感器节点， 以便通过大量冗余节点的协同工作来提高系统的工作质量。

　　②以数据为中心。在无线传感器网络中， 终端用户不会具体关心单个节点的监测数据， 通常只关心某个区域内某个监测指标的数值。

　　③可靠性差。与Ad-hoc 网络相比， 无线传感器网络节点出现故障的可能性要大得多。传感器节点是通过随机撒播的方式部署在指定的恶劣环境或无人区域， 在无人值守状态下工作， 网络维护变得十分困难。

　　④传感器节点的能力有限。传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力都是十分有限的。

　　⑤ 与应用相关。无线传感器网络是通过感知客观世界来获取外界的信息。由于不同的应用关心的信息不同， 使得无线传感器网络只能针对每一个具体的应用来开展设计工作， 不能像Internet 那样有统一的通信协议平台。由于应用的不同， 无线传感器网络对网络系统的要求也不同， 硬件平台、软件系统和通信协议都会有很大的差异。

　　⑥动态变化快。无线传感器网络一般都在比较恶劣的环境下工作， 不断变化的外界环境， 如突发事件、节点能量耗尽、无线通信链路断续等， 都会严重影响系统功能， 这就要求传感器节点调整自身的工作状态及网络的拓扑结构， 以适应环境的变化。

　　3 无线传感器网络的研究热点

　　无线传感器网络作为当今信息领域新的研究热点， 综合了传感技术、微电子技术、网络技术、无线通信技术、嵌入式技术、分布式计算处理技术等多种技术的交叉学科， 涉及的范围十分广泛， 因而相关的研究内容也十分丰富， 目前世界各国均对其各方面开展了研究。

　　同时， 无线传感器网络又有着工作环境较差、节点数目众多、节点能量不易补充等特点， 对它的研究又有着与一般网络不同的要求。从体系结构上分， 可分为基础层研究问题、网络层研究问题、数据管理与处理层研究问题、应用开发环境层研究问题、应用层研究问题。从功能上分， 可分为能量节省问题、传感器节点的定位问题、网络组织管理问题、网络传输问题、软硬件设计与制造问题、信号的协作处理问题、网络安全性问题等。

　　下面从功能的角度对各个热点分别给予介绍。

　　3.1 无线传感器网络的节点定位

　　无线传感器网络的节点通常是采用大炮发射、飞机撒播等随机布置的方法部署到监测区域中的， 因为无法预先确定节点部署后的位置， 只能在部署完成后采用一定的方法定位。目前使用最广泛的定位方法是采用全球定位系统GPS（ Global Posit ioning System） 。

由于数目众多， 在价格、功耗、适用范围及体积等方面的制约， 考虑到费用问题， 每个节点都带有定位系统是