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无线传感器网络技术及其研究进展 王汝传 提 要 提 要 概 要 概 要 概 要 概 要 概 要 平面结构（对等式结构）：所有节点的地位平等 根据传感器节点在使用中是否移动，可将无线传感器网络分为： 静态（非移动性）网络：节点布置在监测区域内，根据用户的要求，可对各种环境或物体参数进行测量 动态（移动性）网络：传感器节点一般处于移动状态中（如被安置在可移动的物体上） 目前大多数是静态网络。 无线传感器网络节点（三代） 自组织 网络的建立和节点间通信不依赖于固定的通信基础设施，而通过分布式网络协议实现组网，自动调整以适应节点的移动、加入和退出、剩余电量和无线传输范围的变化等。 节点能力有限 由于低成本、低能耗、体积小、野外部署等要求，传感器节点在供电、计算、存储、通信等方面的能力比较受限。 规模大 传感器网络可能包含多达上千个甚至上万个节点。 高冗余 为了保证网络的可用性和生存能力，传感器网络通常具有较高的节点和网络链路冗余，以及采集的数据冗余。 流量不均衡 传感器网络中流向处理中心的数据量往往远大于反方向的流量。数据流向处理中心并在处理中心集中，会出现离处理中心越近，节点负载越重的现象。 空间位置寻址 传感器网络节点不必具有全球惟一的标识，不必采用Internet的IP寻址。用户可不关心数据采集于哪一个节点，而关心数据所属的空间位置，因此可采取空间位置寻址方式。 拓扑易变化 传感器网络节点的功率控制、剩余电量下降，以及应用需要使有些节点可能进入休眠状态等因素，将引起网络工作节点在数目和分布上的变化，导致拓扑改变。 数据融合 传感器网络在数据传输过程中，通常要求中间节点能将来自多个传感器的相关数据进行融合，再传送给处理中心。 提 要 无线传感器网络协议 无线传感器网络自身的特点决定了它不能完全使用目前已经存在的一些标准协议，例如IEEE 802.11 已有研究在无线传感器网络使用TCP/IP相关协议（国家发改委下一代互联网示范工程项目“IPv6无线传感器网络节点”） 国外的研究工作者为无线传感器网络的各个层次都提出了一些解决方案，但是总的来说，到目前为止并没有形成较多被广泛认可的协议 无线传感器网络协议：物理层 物理层负责载波频率产生、信号的调制解调等工作 节点设计 利用可获得的元器件构建传感器节点，如围绕TinyOS 项目所设计的系列硬件平台； 采用MEMS 和集成电路技术，设计高度集成化传感器节点，如智能微尘、无线集成网络传感器(WINS) 无线传感器网络的载波媒体可能的选择包括红外线、激光和无线电波。 无线传感器网络协议：数据链路层 数据链路层负责媒体访问和错误控制 无线传感器网络协议：网络层 网络层协议主要负责路由发现和维护。 无线传感器网络路由协议按照最终形成的拓扑结构，可以划分为平面路由协议和分级路由协议。 平面路由协议 优点：节点地位平等，原则上不存在瓶颈问题。 缺点：可扩充性差，维护动态变化的路由需要大量的控制信息。 分级路由协议 优点：簇成员的功能比较简单，不需要维护复杂的路由信息，可扩充性好。 缺点：簇头节点可能会成为网络的瓶颈。 无线传感器网络协议：传输层 传输层负责将传感器网络的数据提供给外部网络。 传感器网络节点硬件条件的限制使传输层协议的开发存在一定的困难，每个节点难以如同Internet 上服务器那样存储很多的信息。 目前已经开发出的一些演示系统中，一般采用一个特殊的节点作为网关，其硬件配置和电源供给有别于普通节点，网关使用卫星、移动通信网络、Internet 或者其它的链路与外部网络通信。 无线传感器网络协议：参考标准 IEEE 802.15.4/ZigBee协议为低速率的无线个人局域网设计，由I