無線傳感器網絡匯總十篇

序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇無線傳感器網絡范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1006-0278（2013）03-171-01

一、無線傳感器網絡的定義

無線傳感器網絡（WSN，Wireless Sensor Networks）是由大量具有通信和計算能力的微型傳感器節(jié)點密集分布在監(jiān)控區(qū)域內部或附近，協作地監(jiān)控不同位置的物理或環(huán)境狀況，且能夠根據周圍環(huán)境自主完成指定任務的智能測控網絡系統(tǒng)。它綜合了傳感器、網絡通信、嵌入式計算、無線傳輸、分布式信息處理等領域技術，能夠通過大量微型傳感器協作地監(jiān)測、采集和處理網絡覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并把信息給用戶。

二、無線傳感器網絡的基本特征

與數字蜂窩移動通信系統(tǒng)（GSM）、藍牙（Bluetooth）、無線局域網（WLAN）等無線通信網絡不同，無線傳感器網絡是類似于傳統(tǒng)Ad-hoe網絡，沒有基站設備支持，自組織、自管理的多跳網絡。無線傳感器網絡是Ad-Hoe網絡應用在傳感器技術中的一種具有動態(tài)拓撲結構的組織網絡。

1.自組織的網絡：無線傳感器網絡通常具備自組織能力；

2.自管理的網絡：無線傳感器網絡通常具備自管理能力；

3.網絡規(guī)模大，分布密集：無線傳感器網絡中的節(jié)點數量多于傳統(tǒng)Ad-hoc網絡中的節(jié)點數量，并且分布密度大；

4.網絡節(jié)點易出錯：無線傳感器網絡中的節(jié)點較之傳統(tǒng)Ad-hoe網絡中的節(jié)點更容易出錯；

5.單個節(jié)點能力較弱：無線傳感器網絡的節(jié)點的計算能力、存儲能力十分有限，無法進行復雜的計算和數據存儲；

6.節(jié)點間廣播式通信：無線傳感器網絡節(jié)點主要采用廣播方式通信，而傳統(tǒng)Ad-hoe網絡大都采用點對點通信；

7.以數據為中心的網絡：與數據為中心的含義指無線傳感器網絡運行時，通常只關心整個任務的執(zhí)行情況，用戶在使用網絡查詢事件時，只關心是否獲得了所需的數據，不關心數據是由哪個節(jié)點發(fā)來。

三、無線傳感器網絡的發(fā)展

1998年，美國在先進國防研究項目局（DARPA）的一個研究項目中第一次提出無線自組織傳感器網絡的概念。

篇（2）

0.引言

隨著傳感器技術、微電子技術、嵌入式計算技術和通信技術等幾種技術的融合和匯聚，具有感知信息、數據處理、存儲和通信能力的微型傳感器被應用于國防軍事、工業(yè)生產、環(huán)境監(jiān)測等多個領域。無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks ,WSN)是由一組稠密布置的微型傳感器組成的無線自組織網絡，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋的地理區(qū)域內感知對象的信息，并給觀察者。相對于有線傳感器網絡而言，無線傳感器網絡具有成本低、應用靈活、部署快速等優(yōu)點，具有很大的應用空間。無線傳感器網絡已在軍事、安全、環(huán)境、工業(yè)、交通、健康和家居等領域，有著廣泛的應用。

1.無線傳感器網絡的體系結構及特點

1.1無線傳感器網絡的結構

無線傳感器網絡由大量集傳感與驅動控制、計算存儲、通信于一體的的嵌入式傳感器節(jié)點構成。這些傳感器節(jié)點通常包括傳感器節(jié)點、網絡協調器節(jié)點和應用管理器節(jié)點。應用時，傳感器節(jié)點分布在不同的角落，采集節(jié)點周邊的溫度、濕度、光強度、噪聲、壓力、速度等物理信息，各傳感器節(jié)點將采集到的信息發(fā)送給特定的對象。圖1為無線傳感器網絡的結構。

圖1 無線傳感器網絡結構

傳感器節(jié)點具有信息采集和處理的能力，是由傳感器模塊、數據處理模塊和無線通信模塊組成的微系統(tǒng)。傳感器模塊負責采集外界環(huán)境的物理信息并將物理信號轉換為數字信號；數據處理模塊對數字信號進行編碼等處理；無線通信模塊負責將信息傳送到網絡中。傳感器節(jié)點實質是以自組織的形式構成無線網絡。網絡協調器節(jié)點具有信息處理能力和網絡管理能力，實現傳感器節(jié)點與應用管理器節(jié)點之間信息的交換。應用管理器節(jié)點是用戶于傳感器網絡的接口。用戶通過應用管理器節(jié)點實現處理無線傳感器網絡采集到的信息和向無線傳感器網絡應用指令的交互。

1.2無線傳感器的特點

無線傳感器網絡能夠得到廣泛的應用，因其具有以下特點：

1.2.1節(jié)點規(guī)模大、節(jié)點體積小

無線傳感器網絡中傳感器節(jié)點密度高，數量巨大，可能達到幾百、幾千萬，甚至更多。體積小是無線傳感器網絡節(jié)點一個重要特點，也是實現大量部署的內在要求。

1.2.2自組織

無線傳感器網絡根據組網機制和網絡協議自動對網絡進行配置和管理，傳感器節(jié)點有自組織能力，能夠自動形成無線通信系統(tǒng)不需要固定的基礎設施作為網絡樞紐。

1.2.3能適應復雜環(huán)境

傳感器網絡主要分布在各種條件惡劣的環(huán)境，如軍事邊界或者一些人員難以進入地區(qū)。同時，節(jié)點容易受高山、建筑物、障礙物等地勢地貌以及風雨雷電等自然環(huán)境的影響。

1.2.4部署容易且成本低

只需要在目標區(qū)域進行隨機部署，不需要指定特定的位置。相對于有線網絡傳輸，無線網絡傳輸降低了各種成本。

1.2.5可靠性高

無線傳感器節(jié)點資源有限，其生命周期主要取決于電池。對無線傳感器節(jié)點進行維護、回收和替換的可能性很小。因此，無線傳感器網絡要具有信息傳輸的高度可靠性和對節(jié)點失效的高度容錯性。

2.無線傳感器網絡的應用

2.1軍事建設

無線傳感器網絡以其快速布署、自組織和容錯等特點，成為軍事通信控制系統(tǒng)的重要組成部分，可用于兵力、裝備彈藥和物資的監(jiān)控，陣地和敵情的偵查，戰(zhàn)場的監(jiān)視，生物化學攻擊的判斷、目標的指示，戰(zhàn)損的評估等。

2.2工農業(yè)生產

通過傳感器監(jiān)測設備的震動、和磨損情況，可以迅速得到設備的健康狀態(tài);通過在生產線上布署傳感器網絡，可以方便的實現在線質量控制。無線傳感器網絡為提高設備性能、提升產品質量、降低成本，提供了一種很好的技術方案。

我國是一個農業(yè)大國，深化現代技術在農業(yè)中的應用，對推進我國農業(yè)生產產業(yè)化和現代化進程具有重要作用。將無線傳感器網絡技術應用于現代農業(yè)，可實現農業(yè)信息采集以及遠程傳輸，為科學決策提供可靠依據。

2.3環(huán)境監(jiān)測

在環(huán)境科學研究中，無線傳感器網絡為大規(guī)模野外數據采集和氣候氣象監(jiān)測提供了便利，可用于跟蹤候鳥、小型動物和昆蟲的遷徙地球探測，林火和洪水監(jiān)測等。如美國Berkley等單位在美國緬因州的GreatDuck島對海燕棲息地的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測；肯尼亞MPala研究中心對大規(guī)模野生動物(野馬，斑馬等)的棲息地進行考察研究；挪威對冰河觀測以了解地球氣候的變化。

2.4安全監(jiān)控

通過在監(jiān)控藏所部署無線傳感器網絡，利用場所附近的聲音、震動、光、溫度等物理信息的變化，了解被監(jiān)控對象的狀態(tài)，來防止非法入侵、安全事故等。目前應用較多的是煤礦、電站、通信樞紐、行政中心等。如實時監(jiān)控煤礦井下環(huán)境來進行災害預警，實時監(jiān)控井下人員和設備的位置來對其進行資源調度，并為災后的輔助救援提供支持。

2.5智能交通

將無線傳感器網絡應用到智能交通系統(tǒng)，作為它的一個信息采集和通信子系統(tǒng)。這個子系統(tǒng)充分利用了無線傳感網絡覆蓋范圍廣、靈活性好和易于大規(guī)模部署等特點，來采集全路段的車輛和路面信息。相對于有線交通信息采集通信系統(tǒng)而言，大幅度地降低現有交通監(jiān)控網絡的成本。通過車載和道路傳感器的配合，駕駛者和交通控制人員可以實時地了解路況和交通信息。布置于道路上的速度識別傳感器，可以監(jiān)測交通流量等信息，為出行者提供信息服務，并且在發(fā)現違章時能及時報警和記錄。 （下轉第143頁）

（上接第131頁）2.6醫(yī)療健康

利用無線傳感器網絡節(jié)點體積小、易于植入和便于攜帶等特點，其可以用于醫(yī)院藥品控制、病人生命體征不間斷采集和監(jiān)測等領域。

2.7教育教學

無線傳感器網絡作為計算機最前沿技術之一，是泛在學習的技術支撐。無線傳感器網絡的網絡實時性、網絡自組性等為我們未來的學習方式以及教學開辟了新的思路。如乒乓球訓練田、足球裁判輔助系統(tǒng)等可以提高教學效果。

2.8家居生活

通過布置于房間內、家電中的無線傳感器網絡節(jié)點，實現自組織無線傳感器網絡系統(tǒng)，感知居室不同部分的溫度、濕度、光照、空氣成分等信息，從而對空調、門窗以及其他家電進行自動控制，同時可實現家電之間的交互和遠程控制，提供給人們舒適的居住環(huán)境。

3.結語

無線傳感器網絡融合了微機電、傳感器、嵌入式計算、網絡技術、無線通信和信息處理等技術，知識高度集成，創(chuàng)新度高，是在國際上前沿熱點研究領域之一，應用前景廣闊，對國家安全、社會進步、經濟發(fā)展意義重大。這種多學科交叉融合的研究給人們提出了不少新的挑戰(zhàn)，無線傳感器網絡技術的發(fā)展還有許多要攻克的難題。

【參考文獻】

［1］孟慶斌. 無線傳感器網絡應用研究[C]. 天津大學,2009.

［2］陳聞杰.無線傳感器網絡及其應用研究[C].復旦大學,2006.

篇（3）

隨著近距離、低功耗無線通信技術的發(fā)展，無線傳感器網絡（WirelessSensorNetwork，WSN）應運而生。WSN是由具有感知、計算和通信能力的微型傳感器以Adhoc方式構成的無線網絡，通過大量節(jié)點間的分工協作，實時監(jiān)測、感知和采集網絡分布區(qū)域內的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的數據，并對這些數據進行處理，獲得詳盡而準確的信息，最終傳送到需要這些信息的用戶。WSN可廣泛應用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監(jiān)測、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、反恐抗災乃至商業(yè)和家庭等諸多領域，正受到政府、軍隊、研究機構、商業(yè)界的廣泛關注和高度重視，具有十分廣闊的應用前景，是目前非?；钴S的一個領域。WSN是在移動AdHoc網絡的基礎上發(fā)展起來的，在自組織的組網方式和多跳通信等方面與移動Adhoc網絡具有相似性，但WSN在組網方式和具體應用上存在一些新的特點，主要表現為：與Adhoc網絡中節(jié)點的動態(tài)移動相比，WSN的節(jié)點位置相對固定，網絡拓撲會因節(jié)點能量耗盡而發(fā)生變化；由于節(jié)點體積較小，傳感器網絡具有許多資源上的限制，比如有限的電池功率和有限的網絡通信帶寬等；傳感器節(jié)點間更多的是一種協作而非競爭的關系，為了完成共同目標而相互協作；不同節(jié)點采集的數據間具有一定相關性，需要進行數據會聚以減小冗余信息的轉發(fā)，降低通信負荷；WSN中的應用多為多對一的情形，即存在一個Sink節(jié)點來收集數據并與外界通信等等。無線傳感器網絡是新一代的傳感器網絡，具有非常廣泛的應用前景，其發(fā)展和應用，將會給人類的生活和生產的各個領域帶來深遠影響。發(fā)達國家，非常重視無線傳感器網絡的研究和發(fā)展，如美國國防部和各軍事部門都對WSN給予了高度重視，在C4ISR的基礎上提出了C4KISR計劃，強調戰(zhàn)場情報的感知能力、信息的綜合能力和信息的利用能力，把WSN作為一個重要研究領域，設立了一系列的軍事傳感器網絡研究項目。美國自然科學基金委員會（NSF）2003年制定了WSN的研究計劃，投資3400萬美元，支持相關基礎理論的研究。在NSF的推動下，美國的加州大學伯克利分校、麻省理工學院、洛克維爾研究中心、加州大學洛杉磯分校等機構開始了WSN的基礎理論和關鍵技術的研究。英國、日本、意大利等國家的一些大學和研究機構也紛紛開展了該領域的研究工作。學術界的研究主要集中在傳感器網絡技術和通信協議的研究上，也開展了一些感知數據查詢處理技術的研究，取得了一些初步研究結果。

IEEE正在努力推進無線傳感器網絡的應用和發(fā)展，美國的《技術評論》雜志在論述未來新興十大技術時，更是將無線傳感器網絡列為第一項未來新興技術，《商業(yè)周刊》預測的未來四大新技術中，無線傳感器網絡也列入其中?？梢灶A計，無線傳感器網絡的廣泛是一種必然趨勢，它的出現將會給人類社會帶來極大的變革。

一、無線傳感器網絡的組成

一個完整的無線傳感器網絡的體系結構主要由傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、用戶節(jié)點三部

分組成。大量傳感器節(jié)點被放置在監(jiān)測區(qū)域（云圖包圍部分），假定傳感器節(jié)點A有監(jiān)測數據要上報到用戶節(jié)點，則通過自組織路由協議建立A，B，C，D之間的無線鏈路，D再通過與之連接的匯聚節(jié)點將數據經由衛(wèi)星、互聯網或移動通信網等傳輸網絡送達用戶節(jié)點。由于被監(jiān)測區(qū)域往往不方便建立固定設施及有線鏈路，因此傳感器節(jié)點之間的數據傳輸通常采取無線方式，而匯聚節(jié)點與用戶節(jié)點之間的傳輸既可采用有線方式，也可采用無線方式。

在無線傳感器網絡中，傳感器節(jié)點是整個網絡的基礎，它們擔負著感知數據、處理數據、存儲數據及傳輸數據的功能。

傳感器節(jié)點主要由傳感器、模數轉換模塊、計算模塊、存儲模塊、通信模塊、電源模塊幾部分組成，并在嵌人式軟件系統(tǒng)的支持下完成傳感器節(jié)點的各項功能。傳感器負責各種監(jiān)測數據的獲取，將感知對象轉變成電信號。模數轉換模塊將非數字監(jiān)測信號轉變成數字信號，方便后期處理。計算模塊和存儲模塊主要處理傳感器和模數轉換送來的監(jiān)測數據。通信模塊將計算模塊的處理結果通過無線方式傳輸到下一個節(jié)點。

二、無線傳感網的熱點研究問題

2.1 安全問題

2.1.1 安全路由

通常，在無線傳感器網絡中，大量的傳感器節(jié)點密集分布在一個區(qū)域里，消息可能需要經過若干節(jié)點才能到達目的地，而且傳感器網絡具有動態(tài)性和多跳結構，要求每個節(jié)點都應具有路由功能。由于每個節(jié)點都是潛在的路由節(jié)點，因此更易受到攻擊，使網絡不安全。網絡層路由協議為整個無線傳感器網絡提供了關鍵的路由服務，安全的路由算法會直接影響無線傳感器網絡的安全性和可用性。安全路由協議一般采用鏈路層加密和認證、多路徑路由、身份認證、雙向連接認證和認證廣播等機制，有效提高網絡抵御外部攻擊的能力，增強路由的安全性。

2.1.2 安全協議

在安全保障方面主要有密鑰管理和安全組播兩種方式。1）密鑰管理：無線傳感器網絡有諸多限制，例如節(jié)點能力限制，使其只能使用對稱密鑰和Hash技術；電源能力限制，應使其在無限傳感器網絡中盡量減少通信，因為通信的耗電將大于計算的耗電；傳感器網絡還應考慮匯聚等減少數據冗余的問題。在部署節(jié)點前，將密鑰預先配置在節(jié)點中，通常，預配置的密鑰方案通過預存的秘密信息計算會話密鑰，由于節(jié)點存儲和能量的限制，預配置密鑰管理方案必須考慮節(jié)省存儲空間和減少通信開銷。2）安全組播：無線傳感器網絡可能設置在敵對環(huán)境中，為了防止供給者向網絡注入偽造信息，需要在無線傳感器網絡中實現基于源端認證的安全組播。

2.2 能量問題

傳感器的節(jié)點分布眾多，并且需要進行監(jiān)測、數據處理等活動，而無線傳感器網絡中的節(jié)點一般用電池供電，可使用的電量非常有限，并且對于有成千上萬節(jié)點的無線傳感器網絡來說，更換電池非常困難，甚至是不可能的，但是卻要求無線傳感器網絡的生存時間長達數月甚至數年，因此，如何在不影響功能的前提下，盡可能節(jié)約無線傳感器網絡的電池能量成為無線傳感器網絡軟硬件設計中的核心問題?，F在已有一些解決方法，在大多數網絡應用中，由于傳感器節(jié)點監(jiān)測事件的偶發(fā)性，沒有必要讓所有單元均工作在正常狀態(tài)下，可采用休眠模式，能自適應的休眠和喚醒，進行突發(fā)工作，節(jié)省能量。還可將所有功耗單元有機組合，形成不同狀態(tài)，讓傳感器節(jié)點能根據需要在不同狀態(tài)間切換，這樣既可以滿足系統(tǒng)需要，又節(jié)省了能源。還可以動態(tài)調節(jié)電壓以節(jié)省能量，根據負載狀態(tài)動態(tài)調節(jié)供電電壓，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，節(jié)省能量?？傊?，在滿足系統(tǒng)要求的情況下，采用各種方法降低耗電量非常必要。

三、總結

本文總結了當前制約無線傳感器網絡實際應用的因素及目前的研究熱點。無線傳感網絡最終將成為聯系信息世界和客觀物理實際的接口，從而人類可以通過傳感器網絡獲得客觀物理世界的信息并采取相應措施。

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中圖分類號TP393 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）101-0192-01

無線傳感器網絡（無線傳感器網絡），為類移動特設網絡（MANET），是無線網絡組成的空間分布的大量的傳感器節(jié)點合作監(jiān)測身體或環(huán)境條件，如溫度，壓力，振動，聲音，運動或污染物。傳統(tǒng)的自組織網絡，一般來說，不可能更換或充電電池。因此，節(jié)約能源是一個關鍵因素研究。嚴重的硬件和能源限制排除使用開發(fā)的協議支持，這相對擁有更多的資源。嚴格要求，無線傳感器網絡協議是盡可能多的節(jié)能。

1傳輸功率控制

傳輸功率控制（臺電）技術提高網絡性能的幾個方面。首先，功率控制技術提高可靠性的一個環(huán)節(jié)。在檢測到鏈路可靠性低于某個閾值時，該協議增加發(fā)射功率，提高成功的概率的數據傳輸。其次，只有節(jié)點必須共享相同的空間將爭奪訪問中，減少了大量的碰撞中的網絡。這提高網絡利用率，降低了延遲時間和降低了概率的隱藏終端和暴露。最后，使用較高的傳輸功率，可以使用物理層調制和編碼方案與更高的比特/波特比，增加帶寬的存在工作量繁重，或減少它最大限度地節(jié)約能源。能源效率是最重要的一個問題，碰撞是第一個源能源浪費。當數據包傳輸在同一時間和碰撞，他們成為損壞，必須丟棄。后續(xù)重發(fā)消耗能量得到。另一個來源是空閑偵聽，它發(fā)生在電臺收聽到信道接收數據。許多協議總是聽通道激活時，假設完全斷電裝置將由用戶如果沒有數據發(fā)送。三分之一個來源是無意中聽到的，聽到不必要的交通可以是一個主導因素，能源浪費，當網絡負載較重時，節(jié)點密度高。最后，我們考慮的主要來源是控制包開銷。發(fā)送，接收，和聽力控制數據包消耗能量。已經發(fā)現，傳感器節(jié)點消耗很大比例的能源多余的遙感和空閑偵聽。研究人員提出將傳感器和/或無線傳感器節(jié)點睡眠（他們）以節(jié)約能源。任務調度時，該傳感器和/或收音機需要在睡眠/主動模式被稱為睡眠調度。傳感器睡覺會導致有趣的事件被錯過的網絡或可能導致較低的數據質量檢測。無線電睡覺可能導致通信時延的網絡。

2不同的算法介紹

基于位置的系統(tǒng)解決的問題是分配發(fā)送功率值獨立節(jié)點在無線傳感器網絡，該網絡連接。這些功率值對應的距離上可以進行交流，從而確定節(jié)點的數目與一種特定的節(jié)點可以直接溝通。在下面，五個不同位置的所有算法的介紹，分為三種類型根據規(guī)模節(jié)點的位置信息來分配功率值在無線傳感器網絡。1）non-tpc檔案（固定的傳輸功率）是最簡單的算法，這是分配一個任意選擇的傳輸功率水平，所有傳感器節(jié)點，就像它會做的生產時間的傳感器，沒有權力控制在所有；2）global-tpc金屬（對等傳輸功率）。對等傳輸功率（塑料）算法還指定一個均勻的所有節(jié)點，而選擇最小值，確保完全連接網絡這一特定情況下。找到最小傳輸功率；3）桌面排版（不同的傳輸功率）。球的解決方案與不同的傳輸功率（排版）算法創(chuàng)建一個網絡連接，但沒有設定所有的傳輸范圍相同的值。相反，它試圖找到一個最低的功率水平為每一個節(jié)點分別。該算法以下列方式：其中節(jié)點對尚未連接，選擇一個具有最小距離。發(fā)射功率設定這些節(jié)點的值足夠的連接，檢查連接所產生的網絡；4）local-tpc喉罩（局部平均算法）所有節(jié)點開始與相同的初始傳輸功率。每個節(jié)點定期廣播lifemsg。這些節(jié)點，然后計算數量的反應（noderesp）他們收到；5）林夢（當地鄰居算法）。地平均鄰居算法（低分子量）類似于喉罩除外，它增加了一些信息，它定義的lifeackmsg noderesp以不同的方式。除了地址從收到的lifeackmsg lifemsg，也包含它自己的計算。

實驗表明，在local-tpc解壽命優(yōu)于使用簡單的固定作業(yè)（non-tpc）和一系列對稱算法（塑料）利用全球知識。而出現局部算法不能夠超越全球，他們的表現通常在一兩個因素的一生。特別是，這些地方的算法實際上是可行的和可擴展的。

3比較

篇（5）

目前，傳感器網絡研究的一個重要方面是在能量嚴重受限的微型節(jié)點上如何實現簡單的環(huán)境數據采集、傳輸與處理。然而，隨著監(jiān)測環(huán)境的日趨復雜多變，迫切需要將信息量豐富的圖像、音頻、視頻等媒體引入到以傳感器網絡為基礎的環(huán)境監(jiān)測活動中來，實現細粒度、精準信息的環(huán)境監(jiān)測。由此，無線多媒體傳感器網絡應運而生。

一、無線多媒體傳感器網絡的特點

無線多媒體傳感器網絡(Wireless Multimedia Sensor Network, WMSN)是在傳統(tǒng)無線傳感器網絡(WSN)基礎上引入了音頻、視頻、圖像等多媒體信息感知功能的一種新型傳感器網絡，多媒體傳感器網絡除了具有其共性特點以外，還具有顯著的個性特點。具體表現為以下幾個方面：

（1）網絡能力增強。由于大數據量音頻、視頻、圖像等媒體的引入，多媒體傳感器節(jié)點及網絡能力都有顯著增強。為更好地滿足網絡中多媒體傳輸需求，網絡帶寬資源也相應增加。

（2）感知媒體豐富。音頻、視頻、圖像、等多種類型數據共存于多媒體傳感器網絡中。另外，媒體格式多樣，既包含單值信息，又包含流媒體信息。這些媒體信息共同服務于監(jiān)測任務，實現更為全面、準確的場景監(jiān)測。

（3）處理任務復雜。多媒體傳感器網絡采集的音頻、視頻、圖像信息豐富且格式復雜，我們可利用壓縮、識別、融合等多種處理以滿足多樣化應用需求。

二、無線多媒體傳感器網絡的研究現狀

由于WMSN巨大的應用價值，近年來，多媒體傳感器網絡技術的研究己引起了科研人員的密切關注，一些學者開展了多媒體傳感器網絡方面的探索性研究，在IEEE系列會議、ACM多媒體和傳感器網絡相關會議發(fā)表了一些重要的研究成果。從2003年起，ACM還專門組織國際視頻監(jiān)控與傳感器網絡研討會交流相關研究成果。美國加利福尼亞大學、卡耐基梅隆大學、馬薩諸塞大學、波特蘭州立大學等著名學府也開始了多媒體傳感器網絡方面的研究工作，紛紛成立了視頻傳感器網絡組并啟動了相應的科研計劃。

三、無線多媒體傳感器網絡關鍵技術

（1）節(jié)點系統(tǒng)。傳感器節(jié)點系統(tǒng)是構成無線多媒體傳感器網絡的基礎，目前已經設計或生產的無線傳感器網絡節(jié)點可分為兩類：一類是以通用微處理器為核心部件，類似嵌入式系統(tǒng)方式設計的節(jié)點；另一類則是采用FPGA，ASIC等專用器件設計的平臺。

（2）MAC協議。媒體訪問協議(MAC協議)的主要功能是在相互競爭的傳感器節(jié)點之間分配有限的無線信道資源，它決定著無線信道的使用方式和網絡性能，是關系到網絡運行成功的重要技術。

（3）路由協議。路由協議是WSNs研究的重點之一，其功能是在網絡中任意需要通信的兩點間建立并維護數據傳輸路徑。針對無線傳感器網絡節(jié)點資源嚴重受限，網絡拓撲結構變化頻繁，通信方式以數據為中心等特性，目前國內外研究人員已經設計了很多路由協議，其中較為常見的有SPIN，DD，CADR，LEACH，PEGASIS等。

四、無線多媒體傳感器網絡的研究熱點及其進展

在傳統(tǒng)有線網絡中由于網絡傳輸中的延遲、抖動、網絡擁塞及發(fā)送端的發(fā)送速度與接收端的接收速度不匹配等問題在無線多媒體傳感器網絡中同樣存在，因此在無線多媒體傳感器網絡中保證多媒體同步除了面臨傳統(tǒng)網絡中的問題，還存在一些新挑戰(zhàn)，分析如下：

（1）網絡帶寬問題。帶寬資源是網絡資源的一個重要方面。目前大多數無線多媒體傳感器網絡QoS路由協議都以最小可用帶寬作為QoS度量。然而，無線傳輸媒介屬于廣播媒介，一個節(jié)點的帶寬資源不僅要受到一跳鄰居節(jié)點和兩跳鄰居節(jié)點的影響，還要受到這些節(jié)點自身業(yè)務量變化的影響，而且多媒體傳感器網絡的帶寬又十分有限，因此如何合理利用有限帶寬是多媒體同步的關鍵問題。

（2）網絡延遲抖動更為劇烈的問題。在無線多媒體傳感器網絡中，節(jié)點使用無線媒介進行通信，無線信號傳輸面臨著路徑損耗、多徑衰落和干擾等環(huán)境因素的影響，從而導致網絡的延遲抖動更為劇烈多變，因此造成網絡的控制開銷大大增加，使得無線多媒體傳感器網絡中的多媒體同步比固定網絡中的同步要復雜得多，導致對網絡延遲抖動的處理更加困難。

（3）采集數據節(jié)點協同工作的問題。在無線多媒體傳感器網絡中，由于任務較為復雜，因此完成一項數據采集任務時，需要多個節(jié)點協同工作，但由于控制信息從匯聚節(jié)點發(fā)出，通過不同的路徑到達各個協同工作的目的節(jié)點，導致各個目的節(jié)點收到控制信息的時間不一致，從而不能協同工作，導致在數據采集編碼階段不同媒體流之間產生了不同步現象。

五、無線多媒體傳感器網絡應用

多媒體傳感器網絡在軍事、民用、商業(yè)中都具有非常廣闊的應用前景。具體的應用領域集中在：

（1）戰(zhàn)場偵查與監(jiān)控。多媒體傳感器網絡具有快速部署等特點，在戰(zhàn)場上布設大量的WSN，以收集和中繼信息，并對大量的原始數據進行過濾，然后把重要信息傳送到數據融合中心，大大提升指揮員對戰(zhàn)場態(tài)勢的感知水平。

（2）智能家居網絡。在智能家居無線網絡中最基本的單元是無線傳感器節(jié)點, 它的功能是負責傳感和對信息預處理, 響應監(jiān)控主機的指令發(fā)送數據，如監(jiān)測跟蹤孩子的活動軌跡等。

（3）環(huán)境監(jiān)測。WSN非常適合應用于野外環(huán)境，極大地方便了環(huán)境研究所需的原始數據的獲取。

（4）農業(yè)監(jiān)測。無線傳感器網絡具有的實時性監(jiān)測，無線通信特點，使其在農業(yè)生產上有很大發(fā)展前景。

參考文獻：

篇（6）

中圖分類號:TP393 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2010)03-552-03

Analysis of Wireless Sensor Networks and Routing Techniques

WANG Yan-qin1, PENG Gang2, LIU Yu1

(1. Institute of Computer and Control, Guilin Uniersity of Electronic Technology, Guilin 541004, China; 2. Educational Technology Center, Guilin Air Force Academy, Guilin 541003, China)

Abstract: Correlative knowledge of wireless sensor network is briefly introduced, including the architecture, the characteristics and the application fields. After key techniques of wireless sensor network are introduced, routing technique is analyzed emphatically, and then the problems and challenges of routing techniques are discussed.

Key words: wireless sensor network; key techniques; routing technique

隨著無線通信和計算技術的發(fā)展,傳感器不僅能感應和監(jiān)測環(huán)境,還可以處理收集到的數據,將其處理后以無線的方式傳送到基站。這些具有特殊功能的廉價的無線傳感器節(jié)點,通過無線鏈路構成靈活的多跳自組織網絡,這就是無線傳感器網絡(WSN, Wireless Sensor Network)。[1] 無線傳感器網絡被認為是21世紀最重要的技術之一,它將會對人類未來的生活方式產生巨大的影響。

1 無線傳感器網絡

1.1 無線傳感器網絡節(jié)點結構與體系結構

無線傳感器網絡由許多個功能相同或不同的無線傳感器節(jié)點組成的以數據為中心的無線自組網絡。每一個傳感器節(jié)點由感應模塊、數據處理和控制模塊、通信模塊和電源模塊等組成,如圖1。

無線傳感器網絡通常包括傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點(Sink Node)和管理節(jié)點。[2-3] 傳感器節(jié)點通常散布在被監(jiān)測區(qū)域中,可以通過無人飛行器、火箭等撒播,也可以通過人工布置的方式完成,自組織形式構成網絡。各節(jié)點收集數據,并將數據通過多跳中繼的方式路由至匯聚節(jié)點,最終借助長距離或臨時建立的Sink鏈路將整個區(qū)域內的數據傳送到遠程中心進行集中處理,體系結構如圖2。

1.2 無線傳感器網絡的特點

無線傳感器網絡一般是為了某個特定的需要而設計的,有著獨特的體系結構和應用背景,使它具有不同于傳統(tǒng)網絡的諸多特點。

1) 網絡自組織性 無線傳感器網絡可以在任何時刻、任何地點、不需要任何基礎網絡設施的支持下,由傳感器節(jié)點本身自組織形成網絡,包括網絡的運行、維護、管理等完全在網絡內部實現。

2) 網絡拓撲結構比較穩(wěn)定 一般網絡中的拓撲變化主要由節(jié)點的移動造成的,而無線傳感器網絡中的拓撲結構變化主要由于可移動節(jié)點的移動和節(jié)點能量的耗盡造成的。

3) 容錯性、功能局限性 對于無線傳感器網絡,節(jié)點數目多,安全性比較差,因此整個網絡具有容錯性;節(jié)點能量主要靠電池,但受到體積的限制,使得節(jié)點的計算能力、存儲空間等局限性表現非常突出。

4) 網絡分布式特性 基站節(jié)點與傳感器節(jié)點體現了使用集中式的控制結構,但各個傳感器節(jié)點之間,是一種無中心的分布式控制網絡。

5) 安全性問題嚴重 由于采用無限信道、有限電源、分布式控制等技術,網絡主機更加容易受到被動竊聽、主動入侵、拒絕服務、剝奪睡眠、偽造等形式的各種網絡攻擊,而且傳感器節(jié)點往往直接暴露在外面,安全性很差。

2 無線傳感器網絡的關鍵技術[4-5]

1) 節(jié)點定位 位置信息對于無線傳感器網絡應用至關重要,沒有位置信息的數據毫無意義。大多節(jié)點定位分為兩個階段:第一,測量未知節(jié)點到附近已知節(jié)點的距離;第二,通過這些參考距離,利用數學方法對未知節(jié)點的位置進行計算。

2) 時間同步 時間同步的基本思想是:節(jié)點以自己的時鐘記錄事件,隨后用第三方廣播的基準時間加以校正。這種同步機制應用在確定來自不同節(jié)點的監(jiān)測事件的先后關系時有足夠的精度。

3) 路由技術 在無線傳感器網絡的體系結構中,網絡層的路由技術是組網的基礎,是無線傳感器網絡通信層的核心技術,非常重要。路由技術負責將數據分組從源節(jié)點通過網絡發(fā)到目的節(jié)點,主要功能是尋找源節(jié)點和目的節(jié)點間的最優(yōu)化路徑,并將數據分組沿著優(yōu)化路徑正確轉發(fā)。

4) 數據管理和數據融合 數據融合是一種減少傳輸數據量,節(jié)省能量的策略,數據管理是為了針對無線傳感器網絡的物理資源受限的特點而采用的特定數據管理措施。二者都是面向具體應用的,只有面向具體應用需求設計具體的數據融合算法和數據管理策略才可以最大限度的提高效率、節(jié)省能量。

5) 網絡安全 安全技術可以保證無線傳感器網絡各層正常和正確的運行,對于其它方面,以至于整個網絡都有很重要的作用,其中對于保證數據新鮮性和有效性方面表現最為明顯。目前,無線傳感器網絡安全主要集中在密匙管理、身份認證和數據加密方法、安全路由協議和隱私問題。

3 無線傳感器網絡路由技術

3.1 路由技術分類

無線傳感器網絡中的路由技術分為平面型協議和層次型協議兩種,基本的思想是采用在節(jié)點和匯聚節(jié)點間建立連接。平面型協議中,所有節(jié)點的地位是平等的,原則上不存在瓶頸問題。其缺點是可擴充性差,維護動態(tài)變化的路由需要大量的控制信息。在層次型協議中,群成員的功能比較簡單,不需要維護負責的路由信息。大大減少了網絡中路由控制信息的數量,有很好的可擴充性,其缺點是群頭節(jié)點可能會成為網絡的瓶頸。

3.1.1 平面型路由

1) 泛洪(Flooding)是一種最早的路由技術,不要求維護網絡的拓撲結構,也不需要進行路由計算,接收到消息的節(jié)點以廣播形式轉發(fā)分組,轉發(fā)報文給所有鄰居節(jié)點。雖然實現簡單,但容易產生消息的內爆和重疊。

2) 信息協商傳感器協議(SPIN,sensor protocol for imformation via negotiation)是以數據為中心的一系列自適應路由協議。通過使用節(jié)點間的數據協商和資源自適應機制大大節(jié)省了能量,延長了網絡壽命,并通過協商機制來解決泛洪算法中的內爆和重疊問題。通過宣告有數據(ADV)、同意接收(REQ)兩種報文進行協商,并利用第三種數據報文(DATA)將協商好的所需要的數據發(fā)送給指定的節(jié)點。

SPIN的優(yōu)點是每個節(jié)點只需要知道它的單跳鄰居節(jié)點的信息,所以拓撲結構的改變對它的影響的局部的。但還存在一定的缺陷,它不能保證數據的發(fā)送,可能出現“數據盲點”。

3) 有序分配路由(SAR,sequential assignment routing)是1999年Katayoun Sohrabi等人在DARPA支持的一個研究中提出的一種主動型平面路由協議。 在選擇路徑時,SAR策略充分考慮了功耗和分組優(yōu)先權等特殊要求,采用局部路徑恢復和多路徑經備份策略,避免節(jié)點或鏈路失敗時進行路由重計算需要的過量計算開銷。

4) 定向擴散(directed diffusion)是一種典型的以數據為中心的路由協議,與已有的路由算法有截然不同的實現機制。通信是在相鄰節(jié)點中進行的,每個節(jié)點具有數據匯聚和緩存能力。定向擴散一般根據需求發(fā)出查詢請求,這就減少了數據發(fā)送的盲目性。從實際意義上說,能減少能量的消耗。

3.1.2 層次型路由

層次路由協議的基本原理就是根據某種規(guī)則把WSN節(jié)點劃分為多個子集,每個子集成為一個簇,具有一個簇頭。每個簇的簇頭節(jié)點負責全局路由,其他節(jié)點通過簇頭接收或發(fā)送數據。

1) 低能耗自適應分層簇結構(LEACH, low energy adaptive clustering hierarchy)是第1個基于聚簇的協議[6],該協議隨機循環(huán)地為每個簇選擇簇頭節(jié)點。每個簇頭收集本簇中所有節(jié)點的數據,聚集后傳送到匯聚節(jié)點。

LEACH以輪為工作時間單位,每一輪分為兩個階段:啟動階段和穩(wěn)定階段。在啟動階段,主要是傳送控制信息,建立節(jié)點群,并不發(fā)送實際的傳感數據。為了提高電源效率,穩(wěn)定階段應該比啟動階段有著更長的持續(xù)時間。在穩(wěn)定階段,傳感器節(jié)點以固定的速度采集數據,并向群頭節(jié)點發(fā)送,群頭在向網關發(fā)送數據之前,首先對這些信息進行一定程度的融合。在穩(wěn)定階段經過一定的時間后,網絡重新進入啟動階段,進行下一輪的群頭選擇。

2) 敏感門限高效能耗傳感器網絡協議(TEEN, threshold sensitive energy efficient sensor network protocols)與上面介紹的LEACH算法相似,通過抑制不必要的通信來實現節(jié)省能量。[7]

TEEN通過各簇頭向整個網絡下發(fā)兩個閾值:硬閾值和軟閾值。當檢測值超過了硬門限,它被立刻發(fā)送出去;如果當前檢測值與上一次之差超過了軟門限,也被立刻發(fā)送出去。采用這樣的方法,可以監(jiān)視一些突發(fā)事件和熱點地區(qū),減小網絡內信息包數量。

3.2 路由技術面臨的問題和挑戰(zhàn)

無線傳感器網絡路由技術設計的基本特點可以概括為:能量低、規(guī)模大、移動性強、拓撲易變化、使用數據融合技術和通信的不對稱,因此無線傳感器網絡路由技術的設計要滿足以下路由機制要求。

1) 能量高效成為路由技術最重要的優(yōu)化目標

低能量包括兩方面的含義,首先是節(jié)點能量儲備低,其次是指能源一般不能補充。傳感器網絡節(jié)點通常是一次部署,獨立工作,所以可維護性很低。相對于傳感器節(jié)點的儲能,無線通信部件的功耗很高,通信功耗占了節(jié)點總功耗的絕大不部分。因此,研究低能耗的路由協議極為迫切。

2) 使用數據融合技術

在無線傳感器網絡中,感知節(jié)點沒有必要將數據以端到端的形式傳送給匯聚節(jié)點或網關節(jié)點。為了減少流量和耗能,傳輸過程中的轉發(fā)節(jié)點經常將不同的入口報文融合成數目更少的出口報文轉發(fā)給下一跳,這就是數據融合的基本含義。采用數據融合技術意味著路由協議需要做出相應的調整。

3) 通信不對稱,流量分布不均勻

無線傳感器網絡是一個數據采集網絡,絕大部分流量是由各個傳感器流向匯聚節(jié)點,因此,流量分布極不均勻。體現在源節(jié)點和目的節(jié)點不對稱,源節(jié)點眾多而目的節(jié)點單一;傳輸方向不對稱,以匯聚節(jié)點為目的的數據流遠遠超過以它為源節(jié)點的控制流。

4 無線傳感器網絡的應用領域

由于無線傳感器網絡具有配置靈活和組網方便等優(yōu)勢,在軍事、環(huán)境保護、家庭和醫(yī)療護理、災難拯救等方面都顯示了廣闊的應用前景,并將逐漸深入到人類生活的各個領域。

1) 軍事 快速布置和自組織等特性使得無線傳感器網絡非常適合用于戰(zhàn)場環(huán)境,不僅可以實時監(jiān)控我軍兵力、裝備和物質等信息,也可以將大量的傳感器節(jié)點部署在敵方戰(zhàn)場上,跟蹤敵人的軍事行動。

2) 環(huán)境保護 隨著社會各界對環(huán)境問題的關注程度越來越高,需要采集的環(huán)境數據也日趨增多,無線傳感器網絡的出現可以避免傳統(tǒng)數據收集方式給環(huán)境帶來的侵入式破壞。比如,跟蹤候鳥和昆蟲的遷移、研究環(huán)境變化對農作物的影響、監(jiān)測海洋、大氣和土壤的成分等。

3) 家庭和醫(yī)療護理 在醫(yī)療研究及護理領域,無線傳感器網絡也起來很大的作用。病人可以隨身攜帶若干體積微小的傳感器節(jié)點,可以對病人的心跳速率、血壓等進行實時檢測,若發(fā)現異?？梢员M快搶救。同時還可以用于醫(yī)院的藥品管理,將傳感器節(jié)點按藥品種類分別放置,計算機系統(tǒng)即可幫助辨認所開藥品,從而減少病人用錯藥的可能性。

4) 災難拯救 在發(fā)生了地震水災、強力暴風雨或遭受其他災難后,固定的通信網絡設施可能被全部摧毀或無法正常工作,對于搶險救災場合來說,就需要無線傳感器網絡這種不依賴于任何固定網絡設施、能快速布設的自組織網絡技術。

無線傳感器網絡還被應用于其它一些領域,比如一些危險的工業(yè)環(huán)境如井礦、核電廠和交通領域中作為車輛監(jiān)控等;此外還可以應用于空間探索,借助于航天器在外星體撒播傳感器節(jié)點,可以對星球表面進行長時間的監(jiān)測。

5 結論

無線傳感器網絡,是一種全新的信息獲取和處理技術,具有信息采集處理和傳輸等功能。本文對無線傳感器網絡做了簡要的概述,并對作為組網基礎的路由技術做了初步的介紹。無線傳感器網絡作為無線傳感器的應用,盡管目前仍處于初步應用階段,網絡安全研究方面還面臨著許多不確定的因素,但已經展示出了非凡的應用價值。相信在不久的將來,會對人們的生產生活起到不可估量的作用。

參考文獻:

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[3] 康啟濤,陶滔.無線傳感器網絡綜述[J].應用安全,2008,2.

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篇（7）

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）07-0033-01

隨著無線技術、微機電系統(tǒng)和低功耗高集成數字設備技術的成熟，無線傳感器節(jié)點得到飛速發(fā)展，其低成本、低功耗、小體積、分布式和自組織的特點帶來了信息感知的一場變革。由節(jié)點配合各類型傳感器組成的無線傳感網絡（WSN）是一種新興網絡，被廣泛應用于生活的方方面面。

1 無線傳感器網絡的介紹

無線傳感器網絡由部署在監(jiān)測區(qū)域內大量靜止或移動的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網絡的網絡系統(tǒng)，其目的是協作感知、采集和處理網絡覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并將已經采集和處理好的信息傳送到控制中心。

無線傳感器網絡利用傳感器感知所在周邊環(huán)境的相關參數，探測獲取觀察者感興趣的信息，如溫度、濕度、光強度、噪聲、土壤成分、移動物體的速度、大小、方向等。

2 無線傳感器網絡的先進性

無線傳感器節(jié)點與傳統(tǒng)的有線傳感器相比有諸多的先進性，主要表現為：

（1）無線傳感器節(jié)點在分布式處理大量采集信息的基礎上有較高的精確度。

（2）無線傳感器節(jié)點具有獨立的能量、計算能力、存儲能力。

（3）無線傳感器節(jié)點具有數據處理和數據轉發(fā)的雙重功能。

（4）無線傳感器網絡具有極強的靈活性和適應性。

無線傳感器節(jié)點網絡是一個動態(tài)的網絡，無線傳感器節(jié)點采用無線通信，因此節(jié)點根據需要可以隨處移動，此外，部分節(jié)點損壞或電源耗盡并不影響無線傳感器網絡整體的工作效率。所以，無線傳感器網絡具有極強的靈活性和適應性。

3 無線傳感器網絡的實際應用

無線傳感器網絡的應用前景非常廣闊，其節(jié)點技術作為新興的、典型的具有交叉學科性的軍民兩用戰(zhàn)略技術，被廣泛地應用在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、智能家居、交通管理、環(huán)境監(jiān)測、生物工程、災難預警等領域。由于當前技術條件的限制，其應用主要集中在以下幾個領域：

3.1 國防軍事領域

在軍事作戰(zhàn)中，通過飛機空投等方式，將大量微型的無線傳感器節(jié)點任意散布在預定檢測區(qū)域，這些節(jié)點可以監(jiān)測周圍環(huán)境的變化，以及對方發(fā)射炮彈等武器的微觀數據，由此確定戰(zhàn)場的實時狀態(tài)。此外，由于無線傳感器網絡具有可快速部署、分布隨機、可自組織、適應惡劣環(huán)境、隱蔽性強和高容錯等特點，它能實現對敵軍和裝備的監(jiān)控、目標的定位、戰(zhàn)場的實時監(jiān)視、戰(zhàn)場評估等功能，可以有效降低傳統(tǒng)的靠偵查兵收集情報所造成的犧牲。同時，當部分傳感器失效后，無線傳感網絡作為整體仍能完成觀察任務。因此，傳感器網絡在探測和獲取敵軍情報、有效監(jiān)控戰(zhàn)場上的實時狀態(tài)方面引起了廣泛的關注。

3.2 醫(yī)學領域

無線傳感器網絡在醫(yī)學領域方面也日漸發(fā)揮作用。利用節(jié)點監(jiān)測病人的各項生理參數、居住環(huán)境及藥物使用等方面的信息，這對病人監(jiān)護、藥品管理和及早發(fā)現病情都有巨大的幫助。例如，將無線溫濕度傳感器節(jié)點佩戴在病人或易發(fā)病人身上，就可以對其體溫、呼吸等各項健康指標進行實時監(jiān)測，醫(yī)生可以從醫(yī)院里遠程了解測試人群的健康狀況；另外，無線CMOS傳感器節(jié)點也可以作為隔離病房的監(jiān)控設備，減少醫(yī)生護士進病房的次數，有效降低醫(yī)療人員在一些重大傳染病中的被感染率。

3.3 環(huán)境監(jiān)控

無線傳感器節(jié)點為惡劣環(huán)境的數據獲取提供了方便，對人類不宜到達的區(qū)域的長期監(jiān)測帶來了極大的便利。利用無線傳感器節(jié)點系統(tǒng)可以跟蹤候鳥和昆蟲的遷移，研究生物棲息地的環(huán)境；監(jiān)測平原、森林、海洋等的溫濕度變化；提供遭受化學污染的位置并檢定出化學污染的種類，避免工作人員冒險進入受污染區(qū)域；研究環(huán)境變化對農作物的影響，在精細農業(yè)中，來監(jiān)測農作物中的害蟲、土壤的酸堿度和施肥狀況等。

4 無線傳感器網絡的關鍵技術

對無線傳感器節(jié)點技術的研究雖然處在一個高速發(fā)展的階段，但由于無線傳感器節(jié)點技術涉及了多學科交叉的研究領域，因此還有許多關鍵性的技術仍需要進一步的研究。

4.1 能量管理

無線傳感器節(jié)點體積微小，通常能攜帶的電源能量極其有限，而通過更換電源的方式來補充能量是不現實的。因此，如何降低節(jié)點能量的消耗和如何延長能量的持續(xù)時間成了無線傳感器網絡技術的重大挑戰(zhàn)。

4.2 數據融合

數據融合技術是把多類信息進行綜合研究比較，以獲得更準確的最終數據的過程。在無線傳感器網絡中，通過利用節(jié)點的計算和存儲能力處理數據的融合，去除冗余信息，便可以在數據收集匯聚的過程中最大程度的減少數據運輸量，提高信息的精度和穩(wěn)定度，從而達到節(jié)省能量的目的。

4.3 無線傳感器網絡安全技術和抗干擾技術

與普通的網絡一樣，無線傳感器網絡也存在著種種缺陷，面臨著信息安全領域的巨大挑戰(zhàn)。在環(huán)境惡劣情況下，如何保證節(jié)點可靠地完成執(zhí)行的任務，如何利用較少的能量和較小的計算量來完成數據加密、密鑰管理、身份認證等，成為無線傳感器網絡技術面臨的又一挑戰(zhàn)。

5 結語

無線傳感器網絡技術作為一種新興的科技，雖然對它的研究仍然處在初級階段，可無線傳感器技術的初步應用所帶來的成果確是顯而易見的，可以預測，無線傳感器技術的應用必將促進無線傳感器技術自身的發(fā)展，甚至將會掀起一場新的科學技術革命。

參考文獻

[1]李忱，杜軍，金芳.無線傳感器網絡及其應用[J].儀器儀表用戶，2006，13（3）：112-118.

篇（8）

中圖分類號tp212文獻標識碼a文章編號 1007-5739(2010)01-0016-02

隨著微機電技術、無線通信技術和數字信息處理技術的發(fā)展,低成本、低功耗、多功能、小尺寸的傳感節(jié)點變成現實,此類節(jié)點包含有傳感、數據處理和通信功能,傳感節(jié)點可以在短距離內進行通信。與傳統(tǒng)傳感器不同的是,此類傳感器依賴于大量傳感節(jié)點的協同工作,傳感器網絡是對傳統(tǒng)傳感器的一大革新[1]。傳感器網絡被美國的《商業(yè)周刊》評為影響21世紀的21個方面[2],被美國麻省理工學院《技術評論》評為即將改變世界的十大技術[3]。

1無線傳感器網絡的發(fā)展

無線傳感器網絡的構想最初由美國軍方提出,美國國防部高級研究所計劃署于1978年開始資助卡耐基-梅隆大學進行分布式傳感器網絡的研究,這被看成是無線傳感器網絡的雛形。此后,類似的項目在全美高校間廣泛展開,著名的有uc berkeley的smart dust項目、ucla的wins項目以及多所機構聯合攻關的sensit計劃[4]等。在這些項目取得進展的同時,其應用也從軍用轉向民用。在森林火災、洪水監(jiān)測等環(huán)境應用中,在人體生理數據監(jiān)測、藥品管理等醫(yī)療應用中,在家庭環(huán)境的智能化應用及商務應用中都已形成。

2無線傳感器網絡的組成

2.1無線傳感器網絡的節(jié)點結構

無線傳感器的網絡節(jié)點由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊四部分組成(見圖1)[5]。傳感器模塊負責監(jiān)測區(qū)域內信息的采集和數據轉換;處理器模塊負責控制整個傳感器節(jié)點的操作,存儲和處理本身采集的數據以及其他節(jié)點發(fā)來的數據;無線通信模塊負責與其他傳感器節(jié)點進行無線通信,交換控制消息和收發(fā)采集數據;能量供應模塊為傳感器節(jié)點提供運行所需的能量。

2.2無線傳感器網絡的網絡結構

傳感器網絡是由大量的傳感節(jié)點組成,傳感節(jié)點部署在檢測區(qū)域的附件傳感器網絡結構如圖2所示,傳感器網絡系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點和管理節(jié)點。大量傳感器節(jié)點隨機部署在監(jiān)測區(qū)域內部或附近,能夠通過自組織方式構成網絡。傳感器節(jié)點監(jiān)測的數據沿著其他傳感器節(jié)點逐跳地進行傳輸,在傳輸過程中監(jiān)測數據可能被多個節(jié)點處理,經過多跳后路由到匯聚節(jié)點,最后通過互聯網或衛(wèi)星到達管理節(jié)點。用戶通過管理節(jié)點對傳感器網絡進行配置和管理,監(jiān)測任務以及收集監(jiān)測數據。

3無線傳感器網絡的特點

傳感器網絡是集成了監(jiān)測、控制以及無線通信的網絡系統(tǒng),節(jié)點數目更為龐大(上千甚至上萬),節(jié)點分布更為密集;由于環(huán)境影響和能量耗盡,節(jié)點更容易出現故障;環(huán)境干擾和節(jié)點故障易造成網絡拓撲結構的變化;另外,傳感器節(jié)點具有的能量、處理能力、存儲能力和通信能力等都十分有限。傳統(tǒng)無線網絡的首要設計目標是提供高服務質量和高效帶寬利用,其次才考慮節(jié)約能源;而傳感器網絡的首要設計目標是能源的高效使用,這也是傳感器網絡和傳統(tǒng)網絡最重要的區(qū)別之一[6]。因為無線傳感器網絡的節(jié)點數量巨大,每個傳感節(jié)點的尺寸和成本的的限制,而且還處在隨時變化的環(huán)境中,這就使它有著不同于普通傳感器網絡的獨特“個性”。

3.1無中心和自組網特性

在無線傳感器網絡中,所有節(jié)點的地位都是平等的,沒有預先指定的中心,各節(jié)點通過分布式算法來相互協調,在無人值守的情況下,節(jié)點就能自動組織起一個測量網絡。而正因為沒有中心,網絡便不會因為單個節(jié)點的脫離而受到損害。

3.2網絡拓撲的動態(tài)變化性

網絡中的節(jié)點是處于不斷變化的環(huán)境中,它的狀態(tài)也在相應地發(fā)生變化,加之無線通信信道的不穩(wěn)定性,網絡拓撲因此也在不斷地調整變化,而這種變化方式是無人能準確預測出來的。

3.3傳輸能力的有限性

無線傳感器網絡通過無線電波進行數據傳輸,雖然省去了布線的煩惱,但是相對于有線網絡,低帶寬則成為它的天生缺陷。同時,信號之間還存在相互干擾,信號自身也在不斷地衰減。

3.4能量的限制

為了測量真實世界的具體值,各個節(jié)點會密集地分布于待測區(qū)域內,人工補充能量的方法已經不再適用。每個節(jié)點都要儲備可供長期使用的能量,或者從自身以外汲取能量(如太陽能)。

3.5安全性的問題

無線信道、有限的能量,分布式控制都使得無線傳感器網絡更容易受到攻擊。被動竊聽、主動入侵、拒絕服務則是這些攻擊的常見方式。因此,安全性在網絡的設計中至關重要。

4無線傳感器網絡的關鍵技術

4.1物理層技術

無線傳感器網絡是一個開放系統(tǒng)互聯,按照國際標準化組織(iso)的規(guī)定,為數據流傳輸所需的物理連接的建立、維護和釋放提供的機械的、電氣的、功能和規(guī)程性的模塊就叫做物理層。從這個定義可以看出,物理層需要承擔為數據終端提供數據傳輸通路、傳輸數據和完成管理工作的職責。具體到無線傳感器網絡就是介質的選擇、頻段的選擇、調制技術以及擴頻技術[7]。由于是無線網絡,傳輸介質自然要選電磁波。不過,源信號要依靠電磁波傳輸必須通過調制技術變成高頻信號,當抵達接受端時,又通過解調技術還原成原始信號。

在物理層面上,無線傳感器網絡遵從的主要是ieee 802.15.4標準。依照此標準,其物理層主要進行如下工作:激活和去活無線收發(fā)器,檢測當前信道的能量,發(fā)送指示,信道頻率的選擇,數據發(fā)送與接收。ieee 802.15.4標準規(guī)劃了幾個工作頻段。其中,2.4ghz頻段的物理層可提供250kb/s的數據傳輸率,適用于高吞吐量、低延時或低作業(yè)周期的場合;工作在869/915mhz頻段的物理層則能提供20kb/s的數據傳輸率,適用于低速率、高靈敏度和大覆蓋面積的場合。依據ieee 802.15.4標準的協議被稱為zigee,其傳輸帶寬雖然不及wi-fi和blue tooth,但是能耗較低,非常適合無線傳感器網絡[8]。圖3為各無線協議工作的頻段。

4.2mac層協議

信號的傳輸要靠信道,因此信道也就成為了一種寶貴的資源。如何合理有效地分配信道,是數據鏈路層中的mac子層要解決的問題。

無線傳感器網絡經常使用的有3種mac協議,即傳感器協議(s-mac)、分布式能量意識協議(de-mac)和協調設備協議[9]。s-mac協議通過調配節(jié)點的休眠方式來有效地分配信道;de-mac則采用周期性監(jiān)聽和休眠機制,避免空閑監(jiān)聽和串音,其目的是減少能耗和增加網絡的生存周期;md協議則能為大規(guī)模、低占空比運行的節(jié)點提供不需要高精度時鐘的可靠通信?？傮w來說,無線傳感器網絡的mac協議在分配信道的同時還要保證系統(tǒng)的能耗最低。

4.3路由協議

在具備底層傳輸協議的保障后,信息如何快速地從源傳輸到目的地是由路由協議來解決的。路由要實現2個基本功能,即確定最佳路徑和通過網絡傳輸信息。數據傳輸的途徑存于路由表,由路由算法初始化并負責維護[8]。無線傳感器網絡與普通的網絡不同,它具有能量受限、通信方式以數 據為中心、相鄰節(jié)點的數據具有相似性、拓撲結構也在不斷變化等特點。與此對應,常規(guī)網絡的路由并不一定能適應無線傳感器網絡。

4.4能量管理

能耗是無線傳感器網絡所面臨的最大問題,因為節(jié)點長期處于無人值守的狀況下,有效的能耗策略必不可少。目前最常使用的策略是休眠機制,即在節(jié)點空閑時,使其處于休眠狀態(tài),此時其能耗降到最低。但是休眠的節(jié)點在轉回正常狀態(tài)的時候,往往會消耗大量的能量,因此尋找合理的狀態(tài)轉換策略是確保休眠機制成功的關鍵[10]。數據融合是另一項節(jié)能技術。多個鄰近節(jié)點經常會采集同樣的信息,發(fā)送這些冗余信息就給系統(tǒng)增加了不必要的負擔。因此,通過本地計算和篩選,確保發(fā)送出最有效的信息就是數據融合的任務。其他能量管理策略還有沖突避免和糾錯以及多跳短距離通信等。

4.5軟件支持

tinyos是uc berkeley針對其無線傳感器網絡節(jié)點開發(fā)的操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)意義上的操作系統(tǒng),它更像一個編程構架,在此構架下,搭配一組必要的組件,就能方便地編譯出面向特定應用的操作系統(tǒng)。tinyos由眾多組件組成,包括了主組件、應用組件、執(zhí)行組件、傳感組件、通信組件和硬件抽象組件。每一個組件在其內部都封裝了命令處理程序和事件處理程序,它們通過接口聲明所調用的命令和將要觸發(fā)的事件。調度器則負責根據任務的輕重緩急來安排系統(tǒng)的工作。crossbow公司生產的mica傳感器平臺上就使用了tinyos系統(tǒng)[11]。實踐證明,其基本應用只占用很少的系統(tǒng)資源,能圓滿的完成數據采集、處理和通信組網以及數據傳輸等任務。

篇（9）

1 引言

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network，簡稱WSN）技術是隨著經濟和社會發(fā)展而誕生的產物，是本世紀最具有影響力和改變人類未來生活方式的高技術領域四大支柱產業(yè)之一。所謂無線傳感器網絡是指大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網絡，目的是協作地采集、處理和傳輸網絡覆蓋地域內感知對象的監(jiān)測信息，并報告給用戶。

無線傳感器網絡在應用中，遇到一個難題，就是應用環(huán)境會發(fā)生移動，例如應用在泥石流運動規(guī)律的監(jiān)測上或火山灰的監(jiān)測上。這種環(huán)境下，無線傳感器網絡節(jié)點將隨著監(jiān)測體的移動而移動。這種環(huán)境中部署的網絡，就需要改變傳統(tǒng)的無線傳感器網絡的模式，而形成一種非自主性移動無線傳感器網絡（Non-Autonomous Mobile Wireless SensorNetwork）。

2 國內外研究狀況

近年來，有研究者提出了一種應用于泥石流的非自主移動傳感器網絡的設計，他們把傳感器放置在會發(fā)生泥石流中的區(qū)域中，當泥石流發(fā)生時，這些傳感器及其構成的往網絡，會隨土塊、沙礫等一起滾動，并存儲記錄的數據。等待泥石流結束后再將傳感器回收，然后下載存儲的數據。但由于其沒有足夠的空間存放泥石流產生時需要采集的大量數據，也不能實時將數據進行匯報，所以只能用于環(huán)境受控的實驗中。

另有文獻報道一種用于山體滑坡預防系統(tǒng)的傳感網絡，該系統(tǒng)由分層的傳感節(jié)點組成，上層的傳感節(jié)點作為聚集器與基站進行通信，整個監(jiān)控過程不僅實時取樣數據、可用于為專業(yè)人員提供歷史預測數據，而且當山體滑坡事件到來時還能進行事件預測。

另外，也有面向濕地水環(huán)境遠程實際監(jiān)控的非自主移動無線傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)應用于濕地監(jiān)測主要實現的功能是：傳感器節(jié)點負責收集水環(huán)境參數，包括水溫、PH值、溶解氧等，通過基站傳輸數據到遠程終端數據中心，以做到實時處理與分析，數據中心的工作人員可以全天候監(jiān)測濕地天氣。此外，該系統(tǒng)還能對突發(fā)事件如環(huán)境污染以及水環(huán)境參數的急劇變化作出預警，各類參數可以作為防治污染的數據支持和決策依據。

3 支撐非自主性移動無線傳感器網絡的傳感節(jié)點

考慮到非自主移動傳感器網絡的移動性會對節(jié)點設備帶來很多碰撞和摩擦，一般傳感器節(jié)點并不能勝任這種環(huán)境的部署。目前已經研發(fā)出一些特殊的移動無線傳感器節(jié)點，讓傳感器隨著泥石流一起運動，在移動過程中測量移動體內部重要數據，如流速、孔隙壓力、振幅、振動頻率等。測量到的數據可即時發(fā)送回接收器，這樣，就可以監(jiān)視泥石流的內部參數和報告實時數據了。

這種特殊的無線傳感器節(jié)點，可設計為一個封裝在耐磨塑料外殼中的可移動無線傳感器節(jié)點，其外殼應可以抵御一定力量的碰撞、重量較輕、可以飄浮在水面上或能被泥石流攜帶移動，是一個低功耗的無線傳感器節(jié)點。傳感器中應集成有無線收發(fā)器，能夠實時報告其經緯度信息。為避免傳感器收集到的自身移動軌跡信息丟失，傳感器節(jié)點內也可以配置一定容量的可寫存儲空間以保存位置信息。在一般情況下，可移動無線傳感器在待機模式下運行、僅偶爾與接收器進行溝通，以便于節(jié)約能源。

當有泥石流發(fā)生并逼近時，只要任一無線傳感器檢測到有泥石流產生的低頻振動，就將發(fā)送一個警告信息給接收器。接收器則決定是否要喚醒所有的無線傳感器。如果接收器喚醒了所有的無線傳感器，傳感器就進入激活狀態(tài)，將把所有收集到的原始數據都發(fā)送給接收器，并與后臺計算機之間聯絡進行計算。

4 NAMWSN傳感器移動模型

在移動無線網絡中，經常需要合適的移動模型來進行網絡路由的部署研究。隨著越來越多的科學研究需要對流動液體中無線傳感器節(jié)點進行部署，跟隨流動液體進行非自主性移動的移動模型研究也越來越受到關注。

對于非自主性移動無線傳感網絡來說，如果預先得到傳感器漂流的軌跡，按照軌跡來部署接收器，可以增加無線傳感器與接收器通信的機會和時間。可以嘗試通過構建傳感器的移動模型的方法來得到傳感器移動軌跡。

構建非自主移動傳感器網絡移動模型的主要方法是，利用基于跟蹤的方法，以在真實環(huán)境中收集的信息為基礎來建立移動模型。首先使用GPS收集傳感器節(jié)點的移動軌跡，然后將這些軌跡轉變?yōu)閰涤成鋱D，最后構建移動模型。

首先，用一個特殊的無線GPS傳感器取代傳統(tǒng)的固定傳感器，無線GPS傳感器可以隨著水流移動。將多個無線GPS傳感器投入水流中，它們可以隨著水流非自主性地移動，并且記錄下自身移動的軌跡。在河流的下游收集隨著水流移動到此的傳感器，并得到它們的移動軌跡。這個步驟可以重復多次，來收集多條軌跡信息。每條軌跡都將包含一系列的速度和方向的參數點。

然后，將收集到的GPS傳感器的運動軌跡數據進行處理，去掉不合理的數據，例如，有些GPS傳感器損壞無法發(fā)送回完整的軌跡信息、或者還有些GPS可能被障礙物困在河流中無法繼續(xù)移動造成GPS信息始終維持某固定值而不改變等。將合理的、完整的GPS傳感器運動軌跡數據進行處理，可以用于構建一個水流的參數映射圖。這個參數映射圖是二維的，可以展示一些重要參數，例如在河流的不同位置水流的速度和方向等。

最后，通過建立的水流的參數映射圖，可以構建出以其為基礎的傳感器移動模型，移動模型模擬了水流、泥石流等可能的運動軌跡，從而可以得到非接收器自主移動傳感器網絡的優(yōu)化部署位置。

這里的移動模型是一個可以及時生成水流、泥石流等在時間和空間維度的運動描述的函數。這個移動模型基于實際的水流或泥石流的運動軌跡生成，其運動可以用虛擬軌跡來描述，具體是通過算法隨機方式產生每一個點的運動軌跡。

移動模型的軌跡生成算法流程如下。

（1）初始化。從起始位置任意抽取一起始點；

（2）取得當前點p'k處的速度和方向參數Vx，y和Dx，y值

（3）通過Vx，y和Dx，y得到該點的移動軌跡Movement，并得到下一點p'k+1；

（4）判斷p'k+1是否屬于有效區(qū)域，如果是繼續(xù)（5），如果不是，轉回p'k，生成一個彈跳軌跡p'k+1，再重復（4）；

（5）判斷p'k+1是否已經到達目的地，如果不是，返回（2），如果是，接著（6）；

（6）輸出最后生成的軌跡。

移動模型軌跡生成函數可以生成一條從起始位置開始的虛擬運動軌跡。

起始點可以從起始位置（投放GPS傳感器位置）隨機選取，虛擬運動軌跡中的每一點均是逐點遞歸生成的。若當前點為p'k，則p'k在下一秒鐘的移動軌跡可以利用速度和方向參數值Vx，y、Dx，y得到，如公式1所示，通過移動軌跡movement，可以來到下一軌跡點p'k+1。

movement=Vx，y×Dx，y 公式l

判斷軌跡點p'k+1是否是在有效區(qū)域內，有效區(qū)域指已經去除了有障礙、無水流通過等的部分區(qū)域。若p'k+1不屬于有效區(qū)域內，則要返回p'k，生成一個彈跳軌跡。彈跳軌跡是在水流碰到障礙物或者堤岸時發(fā)生的，返回p'k時后，判斷其所在位置四周軌跡點數量，取其中軌跡點數量最多的點，視其為彈跳目的地，得到位于期間的軌跡點p'k+1。

接著判斷軌跡點p'k+1是否已經到達目的地（回收GPS傳感器位置），若未到達目的地，則繼續(xù)重復上述算法步驟，直到p'k+1到達目的地為止。

利用移動模型的軌跡生成算法，基于實際泥石流的運動軌跡，可以得到預測的虛擬泥石流運動軌跡，這樣就可以得到最佳的接收器部署位置，提高和優(yōu)化無線傳感器網絡的連通性和感應區(qū)域。

5 結語

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前言

地震監(jiān)測主要是利用有線或是無線的方式來將收集到的地震震動信號傳送到監(jiān)控中心，但由于有線網絡自身的局限性，會對監(jiān)測效果帶來不利影響，在這種情況下，無線傳感器網絡應運而生，以其獨特的自組織及自愈合的特點在地震監(jiān)測中進行有效應用，而且能夠適合各類復雜的監(jiān)測環(huán)境，因此需要加大對基于無線傳感器網絡的地震監(jiān)測系統(tǒng)的設計進行研究，以便于有效的提高地震的預警水平，確保地震救助效率的提升。

1無線傳感器網絡和地震監(jiān)測概述

無線傳感器網絡是一種集各種先進技術于一體的信息技術，其不僅是普適計算機的雛形，同時也是人類感官的有效延伸。其以數據傳輸和交換機作為中心，作為一種自組織和分布式的網絡，傳感網絡中大量傳感器節(jié)點為其提供數據，即使在十分惡劣的環(huán)境下，也能夠做到實時監(jiān)測、協同感知和信息采集，并將監(jiān)測數據進行發(fā)送。這也使無線傳感器網絡在諸多領域都有著廣泛的應用，將其在地震監(jiān)測中進行應用，其能夠對地震預防和救援提供更加真實、可靠的信息依據。由許多隨機分布的傳感器節(jié)點構成的無線傳感網絡共同組成了無線傳感器網絡體系結構。傳感器節(jié)點采用自組織方式，能夠實時監(jiān)測對象，進行信息的采集，并采用無線方式來發(fā)送數據。無線傳感器網絡對感知信息的感知、采集、處理和傳送是其最基本的功能，傳感器網絡以感知數據作為其核心所在，由傳感器、感知對象和觀測者三要素共同構成無線傳感網絡。一直以來地震監(jiān)測中采用的都是無線或有線來對監(jiān)測信息進行傳送，雖然有線網絡具有較好的穩(wěn)定性，但在一些惡劣環(huán)境下有線網絡極易受到破壞，無法及時將監(jiān)測到的信息傳送到監(jiān)測中心。因此利用無線傳感器網絡，其能夠適應各種復雜多變的環(huán)境，在任何情況下都能夠及時將監(jiān)測信息向監(jiān)控中心進行反饋，對地震災難的預警和救助具有非常重要的意義。

2基于地震監(jiān)測的無線傳感器網絡系統(tǒng)的設計

2.1系統(tǒng)的硬件設計

2.1.1傳感器節(jié)點設計在傳感器節(jié)點設計過程中，需要明確無線傳感器節(jié)點的構成要素，通常情況下由數據采集、數據處理、數據傳輸和電源共同構成，而無線傳感器網絡的節(jié)點則包括采集模塊、存儲模塊、通信模塊及能量供應模塊等幾部分，在實際工作中，在監(jiān)測區(qū)域內利用數據采集模塊來對采集信息和轉換數據，整個傳感器的節(jié)點控制操作則由處理器模塊負責，同時還要對節(jié)點自身傳送過來的數據和由其他節(jié)點傳送過來的數據進行處理和存儲。而與其他傳感器節(jié)點或是基站的無線通信、交流和交換控制信息、接收和轉發(fā)采集來的數據等則由無線通信模塊負責。而傳感器節(jié)點正常工作所需要的能量則主要由能量供應模塊提供，以此來確保系統(tǒng)的正常運行。2.1.2GPRS網關設計在無線傳感器網絡系統(tǒng)中，各個無線監(jiān)測電路發(fā)來的數據和狀態(tài)信息由GPRS網關負責接收，并經過一定的處理后由GPRS網絡向監(jiān)測站進行發(fā)送，同時GPRS網絡還能夠接收控制指令，并將其向各個無線監(jiān)測節(jié)點轉發(fā)。無線轉發(fā)站的運行則由3.6V的高能電池為其提供電能支持，同時還具有太陽能自動充電功能，為其長期工作提供了充足的保證。2.1.3無線傳感器網絡的構建無線傳感器網絡中的無線接收模塊采用的無線射頻收發(fā)器，其具備較為多樣化，不僅支持幀處理，還具有突發(fā)傳輸、數據緩沖、數據加密、空閑頻道檢測、連接質量指示等多種功能，能夠有效的降低主控制器的負載。其中信號的接收和轉換由傳感器采集模塊完成，所需要工作的能量由電源模塊供應。傳感器節(jié)點作為網絡的基本單元，其主要承擔著計算、存儲、通信、傳感和執(zhí)行等任務。同時由微功耗處理器模塊、無線收發(fā)模塊、數據采集模塊、電源等部分共同構成無線傳感器節(jié)點的硬件部分。

2.2系統(tǒng)軟件設計思路

2.2.1無線傳感網絡網關節(jié)點主要承擔著對網絡節(jié)點管理、對網絡節(jié)點傳輸數據進行集中及信息傳輸網絡構建等任務，在具體無線傳感網絡構建過程中，需要由網關節(jié)點將自身幀編號和網絡地址的信標幀向全網傳送，同時以此地址列表作為構建路由表的基礎。并對其中各幀的編號進行記錄，從而有效的避免出現多次發(fā)送的現象。還要繼續(xù)將已經修改的信標幀向周圍發(fā)送，各傳感器節(jié)點收到信標幀后，會選擇信號最強的節(jié)點回發(fā)至終端節(jié)點，并對路由器節(jié)點將自身當作終端路由器節(jié)點進行確認，開始建立網絡。2.2.2路由在對數據進行傳送過程中，需要由源節(jié)點廣播一個路由分組，并由路由器攜帶目的節(jié)點依次由領近節(jié)點進行廣播，而且在廣播開始之前還需要進行該節(jié)點到源節(jié)點路由的建立，將目的節(jié)點依次廣播至周圍節(jié)點時，路由分組到達某個具有網關的路由信息節(jié)點及網關節(jié)點時，則路由分組的廣播就會停止。并在該過程中建立一個反向路由，實現網點節(jié)點到源節(jié)點的反向傳輸，而且該節(jié)點還會順著反向路由傳輸一個路由分組，當路由分組抵達源節(jié)點后，則整個過程結束。2.2.3傳感器工作流程在傳感器工作過程中，傳感器的數據需要由傳感器節(jié)點來讀取，并將讀取到的數值與設定的閾值進行比較。根據比較的情況來采取適宜的數據監(jiān)測措施，這樣可以有效的避免無用數據的采集，提高傳感器網絡系統(tǒng)的續(xù)航能力。但在實際工作中，需要有效的對系統(tǒng)數據的傳輸量進行控制，這樣可以確保地震監(jiān)測的及時預報。因此需要根據監(jiān)測的傳感器值的情況，適宜的情況下采用多跳路由來轉化數據，從而將數據快速傳送到遠程監(jiān)控中心，確保地震監(jiān)測的及時性和實時性。

3結束語

將無線傳感器網絡在地震監(jiān)測中進行有效應用，有效的提高了我國地震監(jiān)測的效率，因此需要加大對無線傳感器網絡的研究力度，不斷對其進行創(chuàng)新，有效的提高其自身的穩(wěn)定性和實用性，提高地震監(jiān)測的質量，有效的保障我國人民群眾的生命和財產安全。

參考文獻

[1]鄭鋒凱.無線傳感器網絡在地震區(qū)山地災害監(jiān)測中的應用研究[D].太原：太原理工大學，2010.