传感器网络的寿命问题.doc

传感器网络的寿命问题 随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始在世界范围内出现。由这些微型传感器构成的传感器网络引起了人们的极大关注。这种传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。例如，传感器网络可以向正在准备进行登陆作战的部队指挥官报告敌方岸滩的详实特征信息，如丛林地带的地面坚硬度、干湿度等，为制定作战方案提供可靠的信息。传感器网络可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量详实而可靠的信息。因此，这种网络系统可以被广泛地应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域。传感器网络是信息感知和采集的一场革命。传感器网络作为一个全新的研究领域，在基础理论和工程技术两个层面向科技工作者提出了大量的挑战性研究课题。 由于传感器网络的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注。 美国自然科学基金委员会2003年制定了传感器网络研究计划，投资34 000 000美元，支持相关基础理论的研究。美国国防部和各军事部门都对传感器网络给予了高度重视，在 C4ISR 的基础上提出了 C4KISR 计划，强调战场情报的感知能力、信息的综合能力和信息的利用能力，把传感器网络作为一个重要研究领域，设立了一系列的军事传感器网络研究项目。美国英特尔公司、美国微软公司等信息工业界巨头也开始了传感器网络方面的工作，纷纷设立或启动相应的行动计划。日本、英国、意大利、巴西等国家也对传感器网络表现出了极大的兴趣，纷纷展开了该领域的研究工作。 传感器网络的研究起步于 20 世纪 90 年代末期。从 2000 年起，国际上开始出现一些有关传感器网络研究结果的报道。但是，这些研究成果处于起步阶段，距离实际需求还相差甚远。我国在传感器网络方面的研究工作还很少。目前，我国学者已经开始了该领域的研究工作，但传感器网络的研究任重而道远。 传感器网络是由一组传感器以Ad Hoc方式（由一组具有路由和转发功能的移动节点组成的一个多跳临时性自治系统，一个无中心的无线网络）构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。 从上述定义可以看到，传感器、感知对象和观察者是传感器网络的3个基本要素；有线或无线网络是传感器之间、传感器与观察者之间的通信方式，用于在传感器与观察者之间建立通信路径；协作地感知、采集、处理、发布感知信息是传感器网络的基本功能。一组功能有限的传感器协作地完成大的感知任务是传感器网络的重要特点。传感器网络中的部分或全部节点可以移动。传感器网络的拓扑结构也会随着节点的移动而不断地动态变化。节点间以 Ad Hoc 方式进行通信，每个节点都可以充当路由器的角色，并且每个节点都具备动态有哪些信誉好的足球投注网站、定位和恢复连接的能力。下面，我们详细地来讨论传感器、感知对象和观察者。 传感器由电源、感知部件、嵌入式处理器、存储器、通信部件和软件这几部分构成，如图 1 所示。电源为传感器提供正常工作所必需的能源。感知部件用于感知、获取外界的信息，并将其转换为数字信号。处理部件负责协调节点各部分的工作，如对感知部件获取的信息进行必要的处理、保存，控制感知部件和电源的工作模式等。通信部件负责与其他传感器或观察者的通信。软件则为传感器提供必要的软件支持，如嵌入式操作系统、嵌入式数据库系统等。 观察者是传感器网络的用户，是感知信息的接受和应用者。观察者可以是人，也可以是计算机或其他设备。例如，军队指挥官可以是传感器网络的观察者；一个由飞机携带的移动计算机也可以是传感器网络的观察者。一个传感器网络可以有多个观察者。一个观察者也可以是多个传感器网络的用户。观察者可以主动地查询或收集传感器网络的感知信息，也可以被动地接收传感器网络发布的信息。观察者将对感知信息进行观察、分析、挖掘、制定决策，或对感知对象采取相应的行动。 感知对象是观察者感兴趣的监测目标，也是传感器网络的感知对象，如坦克、军队、动物、有害气体等。感知对象一般通过表示物理现象、化学现象或其他现象的数字量来表征，如温度、湿度等。一个传感器网络可以感知网络分布区域内的多个对象。一个对象也可以被多个传感器网络所感知。 图 2 给出了一个典型的传感器网络的结构。这个网络由传感器节点、接收发送器(sink)、Internet 或通信卫星、任务管理节点等部分构成 。传感器节点散布在指定的感知区域内，每个节点都可以收集数据，并通过“多跳”路由方式把数据传送到Sink。Sink也可以用同样的方式将信息发送给各