无线传感器网络以感知为目的,特征是通过传感器等方式获取物理世界的各种信息,结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互,采用智能计算技术对信息进行分析处理,从而提升对物质世界的感知能力,实现智能化的决策和控制。中间节点不但要转发数据,还要进行与具体应用相关的数据处理、融合和缓存。
无线传感器网络的主要特点如下。
(一)大规模网络
为了全面获取信息,同时因为检测区域可能较大,通常会部署大量无线传感器节点在检测区域,甚至有上万的传感器组成一个网络。由于每个节点会尽可能做到低功耗,通过对多个节点采集的大量信息进行综合分析,能够在降低单个节点需求的情况下提高监测的精确度。节点密度高,冗余度大,也使得系统的容错性能比较强。
(二)动态性网络
由于实际应用需要,无线传感器网络的节点可以随处移动。一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障,退出网络运行,也可能会随时加入新的无线传感器节点。这样,在无线传感器网络中的节点个数就动态地增加或减少,加之无线信道间的相互干扰、天气和地形等因素的影响,无线传感器网络的拓扑结构会即时动态地变化。因此,就要求无线传感器网络能够动态地适应这种变化。
(三)通信能力有限
每个无线传感器节点的通信覆盖范围大多只有几十到几百米,而且通信容易受到地势地貌以及自然环境的影响,因此,传感器可能会脱离网络离线工作。
由于网络中节点通信距离有限,节点只能与它的邻居节点直接通信。如果用户希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信,则需要通过中间节点转发。无线传感器网络的多跳路由是由普通节点协作完成的,而不是由专门的路由设备来完成。这样,每个节点既可以是信息的发起源,也可以充当其他节点所发起信息的转发者。
(四)计算和存储能力受限
传感器节点趋向于微型,要求成本低、功耗小,这些限制必然导致其携带的处理器能力比较弱,存储器容量比较小。由于传感器节点数量巨大、价格低廉,而且外部环境复杂,所以传感器节点通过更换电池的方式来补充能源是不现实的。如何高效使用能源来使节点寿命最大化,这是无线传感器网络首先需要解决的问题。(www.xing528.com)
传感器节点消耗能量的模块包括传感器模块、处理器模块和无线通信模块。一般而言,绝大部分能量都消耗在无线通信模块上。
无线通信模块具有发送、接收、空闲和睡眠四种状态,它处于睡眠状态时会关闭通信模块,处于空闲状态会一直监听无线信道的使用情况。无线通信模块处于发送状态时,其能量消耗最大;处于空闲状态和接收状态时,其能量消耗相差不大,都略少于发送状态的能量消耗;处于睡眠状态时,能量消耗少。为了提高网络通信效率,需要减少不必要的转发和接收,其在不需要通信时应尽快使无线通信模块进入睡眠状态。
(五)以数据为中心的网络
无线传感器网络以实际任务为目的。一般情况下,在传感器网络中,人们关心的是某个区域的某个观测指标的值,而不会关心这个值是由哪些节点获取的。例如,在应用于目标追踪的传感器网络中,目标可能出现在任何地方,用户只会关心目标出现的位置和时间,并不关心哪个节点监测到了该目标。
也就是说,用户使用传感器网络查询事件时,并不是具体地去找某个节点,而是直接给管理网络下达指令,由管理网络在获得该事件的相关信息后再汇报给用户。这是一种以数据本身作为查询或者传输线索的思想。总而言之,无线传感器网络是一个以数据为中心的网络。
(六)应用相关的网络
传感器用来感知客观世界,获取世界的信息。客观世界的信息量无穷无尽,因此根据具体应用方向不同,传感器也要能获取不同的物理量。
不同的应用背景对传感器网络的要求不同,其硬件平台、软件系统和网络协议必然会存在巨大差异。所以,传感器网络与Internet不同,它没有统一的通信协议平台。
对于不同的传感器网络应用虽然存在一些共性问题,但在开发传感器网络应用中,人们更关心传感器网络的差异。由于内部和外部环境复杂,且传感器数量巨大,人工维护每个节点并不现实,因此,无线传感器的安全性和网络的通信保密性十分重要,要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测数据。
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