无线传感器网络的研究现状和发展.pdf

无线传感器网络的研究现状及发展 郭午平 (北 京邮电大 学，计算 机科学与 技术学院 ， 100083) 摘要 ：本文简要介绍了无线传感器网络的网络结构 、节 点组成，分 析了无线传感器网络的 特 点及其与现有网络 的区别 。进 而介绍现 有无线传 感器网络 中的 MA C 层技术 、路 由技术 、 节 点技术和跨层设计 等关键技 术。最后展 望无线传 感器网络 的应用和发展并指 出关键技 术 的进步将起 到决定性 的促进作用。 关键词 : 无 线传感器 网络 节点 MAC 层 路 由协议 关 键技术 跨 层设计 主题 : 前瞻 性网络技 术 一、 概述 1. 背景 信息的获 取是实现 信息化的 前提 ，获 取 物理环境 信息的一 种重要工 具就是传 感器 。传 感 器等信息 获取技术 和传送技 术的进步 ，为传感器 网络的发展和应用 奠定了基 础。近 年来， 随着无线技 术、MEMS技 术的发展 ，传 感 器 网络技术取 得了巨大 的进步 。无 线传感器 网络由 于 其快速展 开、抗毁性 强、监测精 度高、覆盖 区域大等特点而产 生了广阔 的应用前景 ，由 此 成为当前 信息领域 的研究热点。 2. 网络结构 无线传感 器网络的 体系结构 如图1所示 ，整 个传感 器网络由 传感器节 点群 、网关 （sink 节点）、互 联网及移动通信网络、远程监控 中心组成。抛撒在感兴趣区域的传感器节点以 自组织方式 构成网络 ，采 集数据 之后以多 跳中继方 式将数据 传回 sink节 点 ，由sink节 点将 收集到的数 据通过互 联网或移 动通信网 络传送到 远程监控 中心进行处理。在 这个过程 中 ， 传 感器节点 既充当感知节点 ，又 充当转发 数据的路 由器。整 个 传感器网 络是一个 以数据 为 中心的网络 ，网关节点融合的 数据相当 于来自一 个分布式 的数据库 。 sink 互联网及移动 通信网络 传感器节点 检测区域 远程监控中心 图1 无线传 感器网络 体系结构 图 3. 节点 传 感器网络 的基本组成单位是 节点，它 一般由四 个模块组 成：传感 模块、数 据处理模 块 、通信模块及电源 ，如图2所 示。节点 都具有传 感、信号 处理和无 线通信功 能。根据应 用 的需要 ，节 点的体积和质量都 应比较小 ，比如要小 到足以使 它悬浮在 空中进行 数据采 集 。 因此 ，节 点的 电源模块采用只能 携带有限 能量的电池来实现 。同时，更 换节点电 池的 成 本 比重新布放 节点还要 高，这就决 定了无线传感器在 使用过程 中不太可能更换电池，因而 节 能成为无线 传感器网 络设计的 核心，在进 行节点设 计时应尽 量采用寿 命较长的 电池及低 功 耗 器件。 存储器 传感器 AD转换器 无线收发器 微处理器 数据采集模块 数据通信模块 数据处理模块