無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)的研究

　　隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)(MicroElectro-MechanicalSystem,MEMS)、低功耗無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、微型傳感器技術(shù)及集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟，使得由大量低成本、低功耗、小體積、短距離通信多功能的微型傳感器通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路自組織為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(wirelesssensornetwork,WSN)成為現(xiàn)實(shí)。WSN已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事、交通、環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)、衛(wèi)生保健、空間探索等各個(gè)領(lǐng)域，在當(dāng)前國(guó)際上備受關(guān)注，涌現(xiàn)了許多研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。

　　1無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

　　傳感器節(jié)點(diǎn)的基本組成和功能包括如下幾個(gè)單元：傳感單元、處理單元、無(wú)線(xiàn)通信單元和供電單元等，如圖1所示。此外，其他可以選擇的功能部分有定位系統(tǒng)、移動(dòng)系統(tǒng)以及電源供電系統(tǒng)等。

　　傳感器單元由傳感器和數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊組成，用于感知、獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的信息，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào);處理單元由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，包括處理器、存儲(chǔ)器等，負(fù)責(zé)控制和協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)各部分的工作，存儲(chǔ)和處理自身采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù);無(wú)線(xiàn)通信單元由無(wú)線(xiàn)通信模塊組成，負(fù)責(zé)與其他傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù);供電單元通常采用微型電池，為傳感器節(jié)點(diǎn)提供正常工作所必需的能源。

　　2無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

　　人們一度認(rèn)為成熟的Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)機(jī)制和技術(shù)可以應(yīng)用到無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)。但隨著深入的研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)有的技術(shù)要求和應(yīng)用目標(biāo)明顯不同于Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)。Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)致力于為用戶(hù)提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，是以傳輸數(shù)據(jù)為目的;無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)將能源的高效使用作為首要設(shè)計(jì)目標(biāo)，是以數(shù)據(jù)為中心。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)具有許多區(qū)別于Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)有特征。

　　①規(guī)模大、密度高。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)與Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)不同，通常密集部署在大片的監(jiān)測(cè)區(qū)域，為了獲取更精確、完整的信息，需要部署規(guī)模很大、密度很高的傳感器節(jié)點(diǎn)，以便通過(guò)大量冗余節(jié)點(diǎn)的協(xié)同工作來(lái)提高系統(tǒng)的工作質(zhì)量。

　　②以數(shù)據(jù)為中心。在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，終端用戶(hù)不會(huì)具體關(guān)心單個(gè)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通常只關(guān)心某個(gè)區(qū)域內(nèi)某個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的數(shù)值。

　　③可靠性差。與Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障的可能性要大得多。傳感器節(jié)點(diǎn)是通過(guò)隨機(jī)撒播的方式部署在指定的惡劣環(huán)境或無(wú)人區(qū)域，在無(wú)人值守狀態(tài)下工作，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)變得十分困難。

　　④傳感器節(jié)點(diǎn)的能力有限。傳感器節(jié)點(diǎn)具有的能量、處理能力、存儲(chǔ)能力和通信能力都是十分有限的。

　　⑤與應(yīng)用相關(guān)。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)感知客觀世界來(lái)獲取外界的信息。由于不同的應(yīng)用關(guān)心的信息不同，使得無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)只能針對(duì)每一個(gè)具體的應(yīng)用來(lái)開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，不能像Internet那樣有統(tǒng)一的通信協(xié)議平臺(tái)。由于應(yīng)用的不同，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求也不同，硬件平臺(tái)、軟件系統(tǒng)和通信協(xié)議都會(huì)有很大的差異。

　　⑥動(dòng)態(tài)變化快。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)一般都在比較惡劣的環(huán)境下工作，不斷變化的外界環(huán)境，如突發(fā)事件、節(jié)點(diǎn)能量耗盡、無(wú)線(xiàn)通信鏈路斷續(xù)等，都會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)功能，這就要求傳感器節(jié)點(diǎn)調(diào)整自身的工作狀態(tài)及網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以適應(yīng)環(huán)境的變化。

　　3無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)作為當(dāng)今信息領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)，綜合了傳感技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、分布式計(jì)算處理技術(shù)等多種技術(shù)的交叉學(xué)科，涉及的范圍十分廣泛，因而相關(guān)的研究?jī)?nèi)容也十分豐富，目前世界各國(guó)均對(duì)其各方面開(kāi)展了研究。

　　同時(shí)，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)又有著工作環(huán)境較差、節(jié)點(diǎn)數(shù)目眾多、節(jié)點(diǎn)能量不易補(bǔ)充等特點(diǎn)，對(duì)它的研究又有著與一般網(wǎng)絡(luò)不同的要求。從體系結(jié)構(gòu)上分，可分為基礎(chǔ)層研究問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)層研究問(wèn)題、數(shù)據(jù)管理與處理層研究問(wèn)題、應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境層研究問(wèn)題、應(yīng)用層研究問(wèn)題。從功能上分，可分為能量節(jié)省問(wèn)題、傳感器節(jié)點(diǎn)的定位問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)組織管理問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)傳輸問(wèn)題、軟硬件設(shè)計(jì)與制造問(wèn)題、信號(hào)的協(xié)作處理問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)安全性問(wèn)題等。