WSN無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)及優(yōu)勢

WSN并不非常簡(jiǎn)單的理解為利用無(wú)線(xiàn)通信方式多個(gè)傳感器節點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)，它具有本身的特性及優(yōu)勢。

1、網(wǎng)絡(luò )規模大（節點(diǎn)數量多）

例如：對森林、草原進(jìn)行防火監控、野生動(dòng)物活動(dòng)情況監測、壞境監測往往要布置大量的無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)，布設范圍也遠遠超過(guò)一般的局域網(wǎng)范圍。

布置大量的無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)：

(1)提高整體監測的精 確度

(2)降低對單個(gè)節點(diǎn)的精 確要求

(3)大量冗余節點(diǎn)的存在使得系統有較強的容錯性。

2、 自組織網(wǎng)絡(luò )

與局部網(wǎng)的布設不同，無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)額位置布設前不能事先確定(飛機撒布、人員隨機布設)，節點(diǎn)之間的互相鄰居關(guān)系也不能事先確定。

要求無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)具有自組織能力，能夠自動(dòng)進(jìn)行配置管理。實(shí)現的方法是通過(guò)拓撲控制機制和網(wǎng)絡(luò )路由協(xié)議自動(dòng)形成能夠轉發(fā)數據的多跳無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統。

3、動(dòng)態(tài)性網(wǎng)絡(luò )

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構經(jīng)常改變。原因：

(1)被動(dòng)改變：傳感器節點(diǎn)電能耗盡；環(huán)境變化造成通信故障；傳感器節點(diǎn)本身出現故障。

(2)主動(dòng)改變：增加新節點(diǎn)；根據路由算法的優(yōu)化做出的改變。

4、可靠性強

(1)傳感器節點(diǎn)本身硬件結構可靠

布設時(shí)：可能通過(guò)飛機撒布，人員隨機撒布

工作時(shí)：風(fēng)吹、日曬、雨林、嚴寒、酷暑。

維護性 ：維護十分困難(幾乎不可能)。

(2)網(wǎng)絡(luò )結構可靠

自組織網(wǎng)、動(dòng)態(tài)性保證基本的信息傳輸正常。

(3)軟件可靠

(4)信息保密性強

 5、以數據為中心

在互聯(lián)網(wǎng)中終端、主機、路由器、服務(wù)器等設備都有自己的IP地址。想訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)中資源，必須先知道存放資源的服務(wù)器的IP地址。所以互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)以地址為中心的網(wǎng)絡(luò )。而無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是任務(wù)型網(wǎng)絡(luò )。

在WSN中，節點(diǎn)雖然也有編號。但是編號是否在整個(gè)WSN中統一取決于具體需要。另外節點(diǎn)編號與節點(diǎn)位置之間也沒(méi)有必然聯(lián)系。用戶(hù)使用WSN查詢(xún)事件時(shí)，將關(guān)心的事件報告給整個(gè)網(wǎng)絡(luò )而不是某個(gè)節點(diǎn)。許多時(shí)候只關(guān)心結果數據如何，而不關(guān)心是哪個(gè)節點(diǎn)發(fā)出的數據。

WSN采用微型傳感器節點(diǎn)采集信息，各節點(diǎn)間具有自組織和協(xié)同工作的能力，網(wǎng)絡(luò )內部采用無(wú)線(xiàn)多跳通信方式，與傳統的SN相比具有以下優(yōu)勢：

1、精 確高：實(shí)現單一的傳感器無(wú)法實(shí)現的密集空間采樣及近距離監測。

2、靈活性強：一經(jīng)部署無(wú)需人為干預。

3、可靠性高：可以避免單點(diǎn)失效問(wèn)題

4、性?xún)r(jià)比高：降低有線(xiàn)傳輸成本，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，傳感器成本低。

WSN應用領(lǐng)域

由于WSN的特殊性，其應用領(lǐng)域與普通網(wǎng)絡(luò )有著(zhù)顯著(zhù)地區別，主要包括以下幾類(lèi)：

（1）**應用

利用WSN可以快速部署、自行組織網(wǎng)絡(luò )、隱蔽性強、高容錯性的特點(diǎn)?？梢栽趹饒?chǎng)上廣泛應用。

包括：對敵軍兵力、**的監測、戰場(chǎng)實(shí)時(shí)監視、目標定位與鎖定、戰果評估等等。

（2）緊急和臨時(shí)場(chǎng)合

當遭受自然災難打擊后、固定的通信網(wǎng)絡(luò )設施可能被全部摧毀或無(wú)法正常工作，邊遠或偏僻野外地區、植被不能破壞的自然保護區，無(wú)法采用固定或預設的網(wǎng)絡(luò )設備通信。這些情況，都可以利用WSN的快速展開(kāi)和自組織特點(diǎn)來(lái)解決

（3）環(huán)境監測

比如：農田灌溉情況監控、土壤成分監測、環(huán)境污染情況監測、森林火災報警、水情監測、氣溫監測、關(guān)照時(shí)間數據的采集等許多場(chǎng)合。

（4）醫療護理

包括：患者生理數據采集、醫療器材的管理、藥品的發(fā)放以及關(guān)鍵人員的跟蹤、定位等等。

（5）智能家居

在家電和家居中嵌入WSN的傳感器節點(diǎn)，并與互聯(lián)網(wǎng)連接在一起?？梢蕴峁└孢m、方便、更具人性化的家居環(huán)境。

（6）工廠(chǎng)監控

比如：化工、石油、電力、機械加工、紡織印染等等行業(yè)采用WSN技術(shù)可以很方便的進(jìn)行監測。

WSN應用存在的問(wèn)題及研究熱點(diǎn)

在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的設計應用過(guò)程中，有多種基礎性技術(shù)是支撐傳感器網(wǎng)絡(luò )完成任務(wù)的關(guān)鍵，這些關(guān)鍵技術(shù)解決是保證網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)功能正常運行的前提。

（１）網(wǎng)絡(luò )協(xié)議

在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議研究中，MAC協(xié)議和路由協(xié)議是研究的重點(diǎn)。

常用的MAC協(xié)議有：IEEE802.15.4、S-MAC、及T-MAC協(xié)議等；路由協(xié)議有：SPIN、DO、GEM、LEACH等協(xié)議。

（２）時(shí)間同步

在WSN，傳感器節點(diǎn)通常需要相互合作，完成復雜的檢測和感知任務(wù)，這需要各節點(diǎn)保持時(shí)間上的一致性，方便處理與時(shí)間有關(guān)的操作；WSN的一些節能方案也通過(guò)時(shí)間同步來(lái)實(shí)現的。

目前，在WSN中應用比較成熟的時(shí)間同步協(xié)議有RBS（參考廣播同步）、Tiny/mini-Sync（微小/迷你同步）以及TPSN（Timing-sync協(xié)議的傳感器網(wǎng)絡(luò )）等三種。

（3）定位技術(shù)

在WSN中，傳感器節點(diǎn)獲得的檢測數據一般是與位置相關(guān)聯(lián)的，用戶(hù)感興趣的是收到的數據是從哪個(gè)位置送來(lái)的，在一些應用中，需要通過(guò)空間不同位置的傳感器協(xié)調實(shí)現測量功能。因此，WSN中的定位技術(shù)包括節點(diǎn)自身定位和目標定位兩種。

定位技術(shù)可以利用現有的GPS等定位技術(shù)，也可以根據WSN自身特點(diǎn)采用一些適用有效的定位算法，目前主要有DV2hop算法、位置分發(fā)算法、DV2distance算法等。

（4）數據融合

由于WSN的各種局限，在滿(mǎn)足用戶(hù)需求下，需求對監測數據進(jìn)行融合處理，以節省通信帶寬和能量，提高信息收集效率，從耗能角度看，各節點(diǎn)間的通信耗能遠高于計算處理耗能。

目前數據融合的方法很多，常用的有綜合平均法，卡爾曼濾波法、貝葉斯方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )法、統計決策理論、模糊邏輯法、產(chǎn)生式規則和D-S證據理論等。

（5）能量管理

WSN的節點(diǎn)的電池充電和更換困難。因此，在設計時(shí)，要致力于高效實(shí)用節點(diǎn)的能量，所以能量管理也是WSN研究的重要課題。

目前主要采用的能量管理策略有休眠機制、數據融合等，它們主要應用在計算機、存儲單元及通信單元部分。休眠機制可以通過(guò)相應的硬件芯片、網(wǎng)絡(luò )協(xié)議協(xié)調、動(dòng)態(tài)電源管理及動(dòng)態(tài)電壓調度等多種措施實(shí)現。

（6）**管理

WSN中，**管理主要體現在通信**和信息**兩個(gè)方面。通信**主要考慮節點(diǎn)的**、被動(dòng)抵御入侵、主動(dòng)反擊入侵，三方面問(wèn)題，信息**主要考慮數據的機密性、數據鑒別、數據的完整性和實(shí)效性等方面。

目前，WSN的**研究?jì)热葜饕ǎ篴）物理層的高效加密算法、擴頻抗干擾等。b）數據鏈路層的**MAC協(xié)議。c）網(wǎng)絡(luò )層的**路由協(xié)議。d）應用層的密鑰管理和**組播等，目前WSN中專(zhuān)用**協(xié)議有：SNEP（網(wǎng)絡(luò )**加密）和uTESLA（微型定時(shí)有效流容忍丟失認證協(xié)議）。