无线传感器网络概述

无线传感器网络概述（通用12篇）

无线传感器网络概述 篇1

摘要：集中传感器、计算机以及通信技术的无线传感器网络技术由于其良好的性能以及广阔的运用空间,得到了广大学者的关注和研究。基于此介绍了无线传感器网络的基本概念、属性,讨论了无线传感器网络的关键技术,并就使用领域进行了阐述。

关键词：传感器,无线传感器网络

0 引言

无线传感网络(WSNs)是一组传感器以Adhoc方式组成的有线或者无线网络,其目的是协作地感知、收集和处理传感器网络所覆盖的地理区域中感知对象的信息,并传递给观察者[1]。无线传感器网络集中了传感器、计算机和无线通信技术,由于广泛的应用前景,受到越来越多的关注和研究。传感器网络由许多密集的传感器节点组成,这些节点能够独立完成感知信息的接收、处理和通信功能。其中,感知信息包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等。传感器网络广泛应用于军事、基础设施安全监控、医疗、环境监测、交通流量监控等领域,备受关注。

1 无线传感器网络属性

无线传感器网络以传感器为基础,传感器之间以Adhoc方式进行组网,每个传感器作为一个节点,实现感知信息的接收、处理和通信功能。图1为无线传感器网络示意图。针对传感器的特点,可以看出无线传感器网络具有如下属性:

(1)使用受到能量限制。传感器在使用过程中,需要提供相应的能量。目前,提供传感器能量的办法就是使用电池。由于电池的能量有限,导致无线传感器网络也会受到能量的限制。

(2)规模大,感知区域广。由于受到体积大小的限制,单个传感器本身感知的区域较小。为了准确获得感知区域的真实信息,需要大规模的使用传感器,从而扩大无线传感器网络感知的区域。

(3)相似度高。由于传感器在感知区域比较密集,周围的信息相差不大,从而导致传感器感知到的信息相似度会非常的高。

针对Adhoc组网特点,可以看出无线传感器网络具有如下属性:

(1)网络拓扑变化频繁。网络拓扑结构是由各个传感器相联构成,传感器由于能量耗尽便会失去效能,从而导致网络拓扑结构会随之发生变化。

(2)无中心自组网。无线传感器网络中没有中心节点,各相邻传感器之间进行信息的交换,从而形成无中心网络。

2 无线传感器网络关键技术

由于无线传感器网络自身的一些属性,在使用过程中暴露出一些问题,如传感器受到能量限制,如何节能来延长传感器使用寿命。又如,无线传感器以Adhoc组网,采用何种路由协议,等等。这些问题引起了学者的关注和研究,就进一步提高无线传感器网络的使用范围,对无线传感器网络的技术提出了更高的要求。

(1)节能策略。无线传感器网络工作在人无法接近的恶劣或者相对危险的远程环境中,延长传感器的使用寿命至关重要。采取有效的节能策略,延长传感器的使用时间,是制约无线传感器网络推广应用的核心问题。MihailL.Sichitiu提出了一种确定的、基于调度能量保持策略,时间同步传感器在需要时再唤醒,这种策略适合大规模传感器网络。延长传感器寿命的方法还有就是提高电池的容量,或者采用太阳能来提供能量,但是由于受到传感器大小以及成本的限制,在实际生产和应用过程中得到了限制。

(2)路由协议。无线传感器网络拓扑变化频繁,以Ad hoc方式无中心自组网,采用何种协议来实现节点间的信息传输,成为无线传感器网络正常工作的前提。这就需要研究网络的大小、链路和节点数目等问题。通过提供充足的路由,并由相应的算法实现正确的路由,才能保证无线传感器网络的生存性和适应环境性。G.Wang等为移动传感器网络提出了一种分布式自配置协议。斯坦福大学Q.Fang等为了将困境节点中被困的数据包解救出来,提出了一种困境节点边界路由分布式算法。

(3)安全技术。传感器网络为一个开放式网络结构,传感器节点工作在敌方环境当中,防止敌方切入网络实施破坏或者诱敌等活动,就需要考虑到无线传感器网络的安全问题。传感器网络的安全和认证机制的研究就显得尤为重要。特别是,在运用到军事领域,安全的要求就更高。W.Lou等提出了可靠数据传输安全协议来增强移动Adhoc网络中数据的保密性。同时,还可以采用将网络进行分簇,每个簇有一个簇头,各个节点通过簇头进行安全认证。

(4)信号处理[2]。无线传感器网络的数据具有很大的相似性,如何进行信号处理,得到可靠的数据,提高传感器节点的使用效率,是无线传感器网络运用的一个重要问题。目前提出的协同信号处理技术可以有效地解决此问题。当一个节点收到来自其他节点的信息数据时,需要将这些信息进行融合处理,通过一定的策略算法,选出最有用的信息。W.Zhang等提出了基于最优树重配置算法,包括基于最小能量消耗的安全配置和减少配置开销的基于拦截的重配置,从而保证节点间的协同工作。

3 无线传感器网络的应用

随着对无线传感器网络关键技术研究的不断深入,其自身优势得到不断扩大,潜在的军事、工业和民用价值得到了进一步挖掘,在各个领域得到了广泛的运用。主要表现在:

(1)军事领域。无线传感器网络可以布放在前方阵地,随时收集战场态势,为指挥决策提供科学依据。同时,可以随时跟踪敌方的军事动向,做到对战场对手了如指掌。传感器网络还可以为火控和制导系统提供准确的目标定位信息,准确探测生物和化学战的爆炸中心,避免核反应部队暴露在核辐射环境中,运用非常广泛。

(2)民用领域。无线传感器网络运用在医疗、动物饲养等行业和产业中,通过安装传感器可以追踪病人的行为,监视动物的生活行为以及周围的生活环境,使人可以解脱出来。

(3)环境监测。无线传感器网络可以监控大气、沙漠、海洋以及人类居住的环境,及时感知状态变化,为环保部门制定科学的环境保护措施提供科学、翔实的依据。

无线传感器网络技术还运用在基础设备安全监控、交通流量监控等方面,为国防和国民经济的发展做出了大量的贡献。

4 结论

无线传感器网络的应用和推广,带动了计算机、通信和传感器技术的飞速发展。随着对无线传感器网络关键技术的不断研究,其应用的领域不断得到拓展,广泛应用于军事、民用等领域,推动了军事和国民经济的发展。

参考文献

[1]Tilak S,Abu-Ghazaleh N B,Heinzelman W.A Taxono-my of Wireless Micro-sensor Network Models[J].MobileComputing and Communications Review,2002:1(2):1-8.

[2]Feng Zhao,Leonidas J Guibas.Wireless Sensor Net-works:An Information Processing Approach[M].MorganKaufmann Publishers,2004.

无线传感器网络概述 篇2

本次实验我们进行的是无线传感器网络综合实验。在实验中，我们小组成员学习了无线传输的基本原理，合作完成实验系统的安装、调试与数据分析，在这一过程中我受益良多。

无线传感器网络系统是基于ZigBee技术。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

现在无线传感网络技术广泛用于很多方面，如农业物联网、工业自动化以及智能家居等。无线传感的使用使传感器和自动化技术得到了空前的发展，并给人们的生活带来了很大的便利。

我们平时的实验课更多注重对理论的验证，但是没有创新性和自主研发性，虽然这次的实验我们大部分也是照着实验说明书进行连接、烧录程序、演示等，但是此次的实验增加了我对电子设计的浓厚兴趣。只要有兴趣，我相信化兴趣为动力，我肯定能更加努力加强电子专业的学习，努力提高专业素养。

当然实验中还有注重团队的协作，我们分工明确，合作愉快，因此更快、更好地完成了实验。现在的项目工程，凭一己之力几乎不可能完成，所以企业也十分注重员工的团队意识，我们想要进入好的企业，对这块不能等闲视之，必须加以重视。

无线传感器网络故障检测研究 篇3

关键词：无线传感器；资源受限；故障管理；故障检测

无线传感器网络是通过具备数据处理和无线通信能力的传感器节点通过自组织方式而形成的无线网络。无线传感技术与基站或路由器等基础通信设施不同，其是通过特定的分布式协议自组织起来的网络。基于无线传感技术，其能够对各种环境或检测对象的信息进行实时奸恶、感知和采集，并且能够对所收集的信息进行处理直接传送至用户端，能够为用户提供全面的、可靠性较高的详实可靠的信息。由于无线传感器网络能够被适用于大多数恶劣以及特殊的环境条件下，其已经被广泛的应用于国防军事、环境监测、箭筒管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域。

随着无线传感器技术的不断发展，以及其应用范围的不断拓宽，其经常被应用于一些极端恶劣的环境条件下，以收集外部环境的数据。由于传感器节点的电源、存储和计算能力有限，并且应用环境恶劣，使得传感器节点比传统网络的节点更易于失效。在这些情况下维持高质量的服务，并尽可能地降低能源消耗是很有挑战性的，有效的故障管理对于达成这些目标是有极大帮助的。因此，对无线传感器网络故障进行管理是非常重要的。一般来说无线传感器网络故障的管理包括三个阶段：网络故障的检测、网络故障的诊断以及网络系统的恢复等。

本文由于篇幅以及研究经历有限，将重点研究无线床干起网络故障管理中的网络故障检测部分。无线传感器网络故障检测按照故障检测的执行主体所处位置的不同，可以将无线传感器网络故障检测方法分为集中式方法和分布式方法。

一、集中式的无线传感器网络故障检测方法

集中式方法是无线传感器网络故障诊断中较为常见的一种方法。一般来说，负责对网络进行监控、对失败或可疑节点进行追踪的店是处于物理上或逻辑上的中心位置节点。中心位置的节点在无线传感网络系统中所负责的事务较多。因此，无线传感器网络在运营过程中，通常是不让中间位置的节点不受到能量的限制。进而能够保证其执行大范围的故障管理任务。集中式方法的接受如集中式方法的结构如主要采用周期轮询的方式来对节点进行管理：中心节点通常采用周期性主动探测的方式发布一些探测包，来获取节点的状态信息，对获得的信息进行分析，从而确定节点是否失效。

采用集中式网络管理，所有的网络设备都由一个管理者进行管理。当信息流量不大的时候，集中式网络管理简单且有效，在失效节点定位方面具有高效和准确的优点，所以它非常适用十小型的局域网络。在集中式网络管理结构下，管理者作为“客户”要完成复杂的网络管理任务，同时还必须与多个作为“服务器”的代理交换信息。这种结构存在着较大的缺陷，主要表现为：

1）所有的分析和计算任务都集中在中心节点站，造成网络管理的瓶颈，中心节点负载过重。由于其余节点的信息收集后都是发往中心节点，因此中心节点很可能变成一个专门用于数据传输的节点以满足故障检测和管理的需要。随之而来的问题就是中心节点所在的区域会有大量的流量往来，导致该区域的节点能量消耗急剧增加，越是靠近中心节点的越是这样。

2）中心节点站一旦失效，整个网管系统就崩溃了，这样导致整个系统的可靠性偏低。

3）集中式结构导致大量的原始数据在网络上传输，带来了大量额外的通信量，占用大量的通信带宽，并导致网管系统工作效率降低。

4）用于监测网络并收集数据的代理是预先定义好且功能固定的，一旦要扩展新的功能时十分不便，这样会造成系统的可扩展性较差。

5）远端节点与管理中心之间的距离较远，且传感器网络中采用多跳通信，因此这两者之间的信息交互时延过长。

二、分布式方法

分布式方法支持局部决策的概念，能够平滑地将故障管理分散到网络中去。目标是让节点在与中心节点通信前，能够给出一定层次的决策。在这种思想下，传感器节点能做的决策越多，越少的信息将被传输给中心节点，从而减少通信量。其算法流程如右表1。分布式的方法通常分为以下几种：

1）节点自检测方法。节点自检测的方法依赖于节点自身所包含的功能进行故障检测，并将检测结果发送给管理节点。文献[4]中介绍了一种节点自检测的方法，通过软件和硬件的接口检测物理节点的失效。硬件接口包含了几个灵活的电路用于检测节点的方位和碰撞。软件接口包含了几个软件部件，用于采样传感器节点的读取行为。由于故障的检测由节点本身完成，这种方法的优点是不需要部署额外的软件或硬件节点用于故障检测。

2）邻居协作的方法。顾名思义，邻居协作的基本思想就是：在节点发出故障告警之前，将节点获得的故障信息与邻居（一跳通信范围内）获得的故障信息进行比较，得到确认的情况下才将故障信息发往管理节点。在大多数的情况下，中心节点并不知道网络中的任何失效信息，除非那些已经用节点协作方式确认的故障。这样的设计减少了网络的通信信息，从而保留了节点的能量。

3）基于分簇的方法。基于分簇的方法将整个网络分成不同的簇，从而将故障管理也分散到各自的区域内完成。簇内采用散播的方式来定位失败节点，簇头节点与一跳范围内的邻居以某种规则交换信息。通过分析收集到的信息，根据预先定义的失败检测规则可以最终确定失败节点。接着，如果发现了一个故障节点，该区域所在的节点将会把信息传播给所有的簇。

三、结束语

如今，无线传感器网络应用范围正在逐步扩大，而且多数学者认为，无线传感器网络是物联网平台实现的基础性架构。因此对于无线床干起网络的研究对实践工作具有一定的指导意义，本文主要针对无线传感器网络故障的方法进行了分类描述分析，对于指导无线传感器网络故障研究工作具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]宋和平，胡成全，樊东霞，何丽莉，曹英晖.基于簇的无线传感器网络密钥管理方案[J].吉林大学学报（信息科学版）.2011（03）

[2]孙凌逸，黄先祥，蔡伟，夏梅尼.基于神经网络的无线传感器网络数据融合算法[J].传感技术学报.2011（01）

[3]申山宏，黄日茂，李昌华.无线传感器网络节点故障相关性分析[J].电脑知识与技术.2010（36）

无线传感器网络概述 篇4

1 无线传感器网络概述

1.1 简介

无线传感器网络作为一种面向任务分布式的无线自组织网络系统, 由大量的传感器节点与区域内或区域周围的汇聚节点构成。尽管这些传感器节点体积很小, 但融合了传感器技术、嵌入式计算技术、微电子技术和无线通信技术等多种技术, 并可以通过无线通信和自组织方式形成网络系统, 感知网络覆盖范围内的多种信息, 再将所得到的信息资料发送传递到各汇聚节点。

与此同时, 无线传感器网络也能够以汇聚节点为网管, 利用现有的基础设施网络 (如互联网、移动通信网和卫星网等) , 将所获得的信息传给远程控制的监测中心或用户。如图1所示, 传感器节点、观察者与监测对象就构成了无线传感器网络的三个基本要素。

无线传感器网络有网络规模较大、自组织性、动态性、节点能力有限和以数据为中心等特点, 这些特点均不同于移动通信网、无线局域网等传统的无线网络。

1.2 无线路由传感器的的应用

无线传感器网络的研究应用开始于20世纪90年代末, 最早是美国为军事目的研发。从2l世纪开始, 随着各种信息技术的发展, 体积小、成本低和功耗小的传感器节点已经出现, 这为无线传感器网络拓宽其应用领域打下基础。无线传感器网络已作为一个新型的研究领域, 在很多国家的军事领域、工业界和学术界引起了极大的兴趣。

1.2.1 环境保护

无线传感器网络使户外研究者能够随机收集原始数据, 如, 观察环境变化对不同农作物的影响, 监测空气、海洋和土壤的成分变化等。无线传感器网络还能监测降水量、河水水位变化以及土壤的水分变化, 并根据这些信息预测山洪暴发的几率大小。

1.2.2 医疗卫生

无线传感器网络利用其自身的优点 (如低成本、简便、迅速、实时无创的收集患者的生理参数等) , 使其在医疗研究、医院病房或者家庭日常监护等方面中有较大的发展潜力, 这也是目前研究的热点。

1.2.3 军事领域

无线传感网络最早应用于军事, 因其成本低、分布随机, 所以更加适合恶劣的战场, 监控敌军部署, 武器、装备调运等等。无线传感网络还可侦察和探测核、生物与化学攻击。

1.2.4 工业监控

无线传感器网络能够监测工业生产过程、设备的生产状态, 这样可以保证生产顺利和产品质量, 降低设备维护费用, 提高生产效率。

1.2.5 交通领域

智能交通的核心部分是交通传感网其应用主要体现在监视交通枢纽和高速公路的交通状况, 统计过往车辆数和车辆出现的频率等资料, 为决策者提供交通运行信息。

随着信息技术的发展和研究的加深, 无线传感器网络将会渗透到我们生产、生活的各个领域, 给我们带来更多的方便。

2 无线传感器网络的关键技术

2.1 节点电子集成技术

无线传感器节点集成系统集感知、处理和通信功能于一体, 它需要达到成本低、损耗小、体积小的要求。同时无线传感器节点的这些特点也是无线传感器网络能够广泛应用的必需条件。

2.2 数据融合技术

对从其它节点传过来的数据, 传感器节点能够利用进行数据融合 (DataAggregation) 来去掉多余信息, 减少传输的数据量, 从而达到节省能量的目的。

2.3 无线通信技术

无线通信技术是无线传感器节点之间正常通信的基本保障。无线传感器网络要求无线通信技术距离短、低功耗, 所以无线传感器网络选择无线通信技术时须考虑通信距离、功耗、频率和传输速率等因素。

2.4 时钟同步技术

在无线传感器网络中, 每个节点都带有本地时钟, 但时钟本身的偏差和外界因素的干扰会造成各个传感器节点的本地时钟出现偏差。因此, 为了保证传感器节点协调工作必须使各个本地时钟保持同步。最常见的无线传感器网络时钟同步协议有:Fast-Factor协议、参考广播同步 (Reference Broadcast Synchronization, RBS) 、时间传播协议 (Time-Diffusion Protocol, TDP) 等。

2.5 网络安全技术

无线传感器网络数据传输过程中需保证数据的保密性和安全性, 这就需要完善的安全机制。常见的安全机制有:物理层加密算法、网络层安全路由协议、数据链路层抗DDOS攻击的协议以及应用层的密钥体系等。SPNS (Security Protocols for Sensor Network) 在机密性、完整性和可认证等方面均有较好的保证, 是现阶段比较典型常见的无线传感器网络安全机制。

3 无线传感器网络路由协议

路由协议是无线传感器网络研究中的核心技术, 其基本功能是寻找源节点和目的节点之间的优化路径, 使数据分组能够沿着优化路径正确转发。路由协议须降低各节点的能耗和整个网络的能耗, 并均衡整个网络的能耗负载, 以延长网络的生命周期。

3.1 路由协议的分类

无线传感器网络路由协议与其具体应用相关性强, 因此针对应用背景提出了各种特色的路由协议。按逻辑结构分, 路由协议可分为平面路由协议和分层路由协议;按是否考虑服务质量分可分为QoS路由协议和非QoS路由协议;按路由建立的时机可分为主动路由协议和按需路由协议;按路径的多少可分为单路径路由协议和多路径路由协议;按目的节点的个数可分为单播路由协议和多播路由协议按通信模式的不同可分为时钟驱动型、事件驱动型和查询驱动型路由协议;。

其中最经典的路由协议分类是按照网络的逻辑结构分类, 该分类沿用了MANET中的路由协议分类。

3.2 无线传感器网络路由协议的设计标准

为使无线传感器网络具有坚固性、稳定性等特点, 路由协议设计时, 必须注重考虑以下要求:

3.2.1 降低能耗

无线传感器网络中节点的能量供给往往以电池为主, 但由于这些节点的位置比较特殊, 电池更换困难, 所以路由协议必须考虑传感器节点的能耗。

3.2.2 设计简单

由于无线传感器网络中的节点能量有限, 不能提供可持续的存储和计算能力, 能量耗尽后, 这些节点将不能正常工作, 这会对路由选择产生很大的影响。因此在路由设计时, 设计简单, 的路由协议可以避免能量的过多消耗。

3.2.3 数据融合技术

无线传感器网络中节点的数量较多、分布密度较大, 极易造成数据信息的多余。因此, 在设计路由协议时, 须使用数据融合技术, 过滤多余信息, 降低数据通信量, 以达到减少能量消耗的目的。

3.2.4 可扩展性

在无线传感器网络中, 节点是随意散列的, 监测范围和节点密度变化时, 网络规模也会随之变化, 这样会造成节点失效, 且节点的移动和新节点的加入都会使网络拓扑结构发生变化, 这就需要在设计路由协议时考虑网络结构的动态变化。

3.2.5 安全性:

无线传感器网络在许多领域均有广泛应用, 有些应用 (比如军事应用) 要求有较高的安全性, 为了避免潜在的攻击路由协议应尽可能保证所监测数据的安全性。

4 总结

我们对无线传感器网络及路由协议的相关基础知识做了介绍, 包括无线传感器网络的体系结构、应用, 及其无线传感器网络中的关键技术。同时对无线传感器网络的路由协议进行了简单介绍, 阐述了其设计标准, 这将有助于推动无线传感器网络的发展, 为无线传感器网络路由协议的设计提供一定的借鉴和参考。

摘要：无线传感器网络是一种新兴的信息获取技术, 在军事、医疗、环境监测、深空探测等领域都具有极为广阔的应用前景。无线传感器网络路由协议对网络性能有较大的影响, 并且由于无线传感器网络的许多特性, 使路由协议的设计更加复杂。本文在介绍无线传感器网络的基本结构、应用领域的基础上, 分类阐述了无线传感器网络路由协议的分类和设计标准, 为进一步研究工作打下基础。

关键词：无线传感器网络,路由协议,分类,设计标准

参考文献

[1]Ian F.Akyildiz, Weilian Su, Yogesh and Sankarasubramaniam.A Survey on Sensor Networks[J].IEEE Communications M a g a z i n e.2002, A u g u s t, 40 (8) :102-114

[2]Li JZ, Li JB, Shi SF.Concepts, Issues and advance of sensor networks and data management of sensor networks[J], Joural of Software.2003, 14 (10) :1717-1727

[3]孙利民, 李建中, 陈渝等.无线传感器网络[M].清华大学出版社, 北京, 2005.4-23.

无线传感器网络多目标跟踪的介绍 篇5

无线传感器网络目标跟踪一直作为研究的热点，之前的研究多是单目标的跟踪，通过传感器网络的多个或全部节点协作跟踪同一个目标。

Mechitov K 等利用二元检测 ( binary-detect 协作跟踪的思想，通过目标是否处于传感器侦测距离之内或者之外，根据多个传感器的协作确定目标的位置，这种方法需要节点间的时钟同步，并要求节点知道自身的位置信息； Zhao F 等利用信息驱动 ( information-driven 协作跟踪的思想，利用传感器节点侦测到信息和接收的其他节点的侦测信息判断目标可能的运动轨迹，唤醒合适的传感器节点在下一时刻参与跟踪活动，由于有合适的预测机制，可有效的减少节点间的通讯，从而节省节点有限的能量资源和通讯资源； Zhang W S 等在解决无线传感器网络单目标跟踪时提出了传送树 ( convei tree 跟踪算法，这种算法是一种分布式算法，而之前的大多数跟踪算法为集中式的传送树是一种由移动目标附近的节点组成的动态树型结构，并且会随着目标的移动动态地添加或者删除一些节点，保证对目标进行高效跟踪的同时减少节点间的通信开销。

当前的目标跟踪算法主要是针对不同环境下的单目标跟踪，如何以较低的能量代价高效地融合有效的信息，增大丈量精度和延长网络生存期，并解决多目标跟踪，成为目前研究无线传感器网络目标跟踪的热点。研究无线传感器网络多目标跟踪时需要考虑能量有限；跟踪算法的分布式以延长网络寿命；传感器的量测可能是多个目标的合成量测，这些给传统的多目标跟踪算法带来了挑战。

Jaewon Shin 采用分布式的多尺度框架，用转移矩阵的思想，优化解决多目标识别的计算量问题，该算法通过局部节点信息更新给出全局的目标信息，该算法框架在解决无线传感器网络多目标跟踪时有一定的可行性； Lei Chen 等也提出了采用分布式数据关联的算法解决无线传感器网络多目标跟踪； Mauric Chu 采用贝叶斯估计的方法，解决多目标跟踪的数据关联问题，并采用分布式的算法实现了无线传感器网络多目标跟踪，

无线传感器网络多目标跟踪

线传感器网络跟踪是传感器网络的主要用途之一，也是一个难点和关键问题，同时具有很多商业和军事应用的基本要素，如交通监控、机构平安和战场状况获取等。利用无线传感器网络中的节点协同跟踪，无线传感器网络技术应用的一个很重要的方面。

最早的无线传感器网络系统跟踪实验是美国 DA RPA Defens Advanc Research Project Agenci SensIT 项目中一些跟踪方法实现。现在许多跟踪应用方案依然处于研究阶段。由于传感器节点存在很多硬件资源的限制，还经常遭受外界环境的影响，无线链路易受到干扰，网络拓扑结构动态变化，而传感器网络的活动目标跟踪应用具有很强的实时性要求，因此，许多传统的跟踪算法并不适用于传感器网络。活动目标跟踪在雷达领域研究多年，效果很多经典的活动目标跟踪是单传感器跟踪系统，发展了如最近邻法 ( NN 集合论描述法、广义相关法、经典分配法、多假设法、概率数据关联 ( PDA 法、联合数据互联 ( JPDA 法、交互多模型 ( IMM 法等数据互联算法。

车辆无线传感器网络与智能交通 篇6

据有关部门预测,按现在汽车销售增长速度,到2020年,中国道路上行驶的汽车数量将增加到1.3亿辆。道路面积增长赶不上汽车数量的增长速度。2007年年底出版的城市蓝皮书《中国城市发展报告NO.1》指出,目前中国城市交通面临极大挑战,其中大城市的交通拥堵和环境污染问题日益突出。

智能交通系统作为能够有效缓解城市交通问题的手段之一,成为近十几年来国内外各级政府和交通专家关注的热门话题。

在汽车内安装传感器设备,使汽车能够感知行驶途中的各种信息,大量的车辆传感器节点通过车上以及道路基础设施上安装的无线通信设备,构成无线车辆传感器网络,称为Vehicular Sensor Networks(VSNs)。

车辆传感器网络可以提高车辆行驶的安全性和行驶过程的便利性,为智能交通系统做出巨大贡献。比如通过车辆间通信实现主动事故告警、事故隐患提示;帮助驾驶员减少碰撞;在交叉路口、高速路入口等关键地点进行引导和疏通;在公路上行驶时,人们可以通过无线通信系统了解路段的情况,根据是否发生事故或堵车情况及时调整行驶路线;车辆间可以共享天气信息、加油站和餐馆地点等信息;交通系统也可以根据所获得的车流量和路况信息及时地调整红绿灯时间,使交通系统达到更优效率。

2009年9月24日,通用汽车公司在上海展示了车辆传感器网络的应用之汽车对话技术V2V系统。这是一种基于全球定位系统GPS及无线技术的全方位物体定位传感器,可以使得汽车拥有“第六感”。该系统提供自动安全功能,例如更换车道预警、盲点探测、急停、前撞警告(自动刹车)和路口碰撞预警。根据通用汽车专家介绍,这项先进的技术将可以最终实现车辆完全无碰撞地行驶,其未来的应用将能够大幅降低汽车碰撞事故的发生,从而使更多的驾驶者或行人避免在车祸中受伤或失去生命。

车辆传感器网络与普通传感器网络的区别是:车辆传感器节点的能量和体积不受限制。汽车上可以方便地安装处理能力强的单元、无线通信设备、GPS、以及化学传感器、相机/摄像机,振动/声音传感器等。图2是一个车辆传感器结构图。

通过车载传感器设备,车辆节点能够感知两大类的信息:车辆内和车辆外的信息。车辆内的信息包括车辆运行的内在状态、汽车的位置、速度等;车辆外的信息主要是环境信息,包括温度、湿度、大气指数,以及行驶路途中的信息包括交通流量、路面状况等。除了传感器设备外,驾驶员其实也是一种高智能的“传感器”,通过对所见所闻,能感知复杂事件,如检测交通事故、行车危险等重要的事件。每个车辆传感器节点感知不同区域、不同时刻的数据,这些感知数据能为大量的应用提供宝贵的数据支持。

近年来,车辆传感器网络已经引起世界各国研究机构和科研人员的密切关注。在2003年ITU-T 的汽车通信标准化会议上,各国专家提出的车辆无线通信技术有望在2010年将交通事故带来的损失降低50%。2003年,美国联邦通信委员会专门为车辆间通信划分了一个专用频段。2004年～2009年,MobiCom专门召开了6次专题研讨会讨论车辆间无线通信技术。

众多的研究机构也开始了实际车辆运行环境下无线通信的测试平台的研究。美国的马萨诸塞大学建立了UMass DieselNet,系统由40辆公交车组成,每辆公交车上配备一套HaCom Open Brick嵌入式计算机,采用577Mhz的CPU,256M内存,40G硬盘,运行Linux操作系统。GPS接收终端提供实时的定位服务。每辆公交车上有3种无线通信设备,分布式Wi-Fi AP、Wi-Fi网卡和MaxStream XTend 900 MHz的无线电。DieselNet是混合型的网络,除了公交车节点外,网络中还包括安装在路边的Throwboxes,用于提高网络的连通性。

欧盟IST设立了若干个采用移动自组网技术解决车辆之间通信问题的项目,包括 CarTALK2000等。德国已经完成了基于Ad hoc 网络的车载通信系统Fleet Net项目, Fleetnet项目由6家公司和3个大学共同发起,2000年9月启动。试验床由10辆小汽车和路边的基站组成,车辆装备有摄像头、导航系统和液晶接触式显示屏。嵌入式计算机通过控制器局部网(CAN)总线与车内的电子设备实现连接。FleetNet利用车辆间多跳无线通信,研究实现多种免费的应用服务,包括紧急事件通知、障碍物警告、交通拥堵监测和因特网接入等。目前德国已经启动了后续项目NOW(Network On Wheels)。

国内对车辆传感器网络的研究也在积极地开展,同济大学2007年获863资助项目“基于移动中继技术的车辆通信网络的研究”,上海交通大学2006年获得上海市重大项目“无线传感器网络关键技术攻关及其在道路交通中的应用示范研究”。在国务院2006年2月9日发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006━2020年)》文件指导和推动下,借助“十一五”期间国家“973”、“863”、国家基金将重点资助传感器网络技术发展的有利时机下,在“物联网”概念迅速普及的情况下,针对车辆无线传感器网络的研究将会更加深入,车辆无线传感器网络也将为我们的交通系统和日常生活带来巨大的效率。

无线自组网和无线传感器网络研究 篇7

Ad Hoc网络是一种移动通信和计算机网络相结合的自组织网络, 网络中的节点由移动主机构成。Ad Ho网络最初应用于军事领域, 是20世纪70年代美国国防部高级研究计划局 (DARPA) 资助研究的采用分组无线网 (PRNET) 进行数据通信项目中产生的一种新型网络构架技术[1]。无线传感器网络是Ad Hoc网络应用在传感器技术中的一种具有动态拓扑结构的组织网络它是由大量散布在某区域的微小传感器节点组成, 这些节点可以通过飞机撒播、人工布置或者火箭弹射的方式完成。与蜂窝移动通信系统、蓝牙技术、无线局域网等无线通信网络相比, 无线传感器网络和传统Ad Hoc网络都没有基站设备支持, 所有节点分布式运行能够向相邻节点发送和接收数据, 具有发现和维护到其他节点路由的功能, 是自创造、自组织和自管理的多跳网络。

无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络, 其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息, 并报告给用户。它的英文是Wireles Sensor Network, 简称WSN。大量的传感器节点将探测数据, 通过汇聚节点经其它网络发送给了用户。传感器网络实现了数据采集、处理和传输的三种功能, 而这正对应着现代信息技术的三大基础技术, 即传感器技术、计算机技术和通信技术。

1、无线自组网

1.1 无线自组网概述

Ad hoc网是一种多跳的、无中心的、自组织无线网络, 又称为多跳网 (Multi-hop Network) 、无基础设施网 (Infrastructure less Network) 或自组织网 (Self organizing Network) 。整个网络没有固定的基础设施, 每个节点都是移动的, 并且都能以任意方式动态地保持与其它节点的联系。在这种网络中, 由于终端无线覆盖取值范围的有限性, 两个无法直接进行通信的用户终端可以借助其它节点进行分组转发。每一个节点同时是一个路由器, 它们能完成发现以及维持到其它节点路由的功能。

Ad Hoc网络是一种没有有线基础设施支持的移动网络, 网络中的节点均由移动主机构成。Ad Hoc网络最初应用于军事领域, 它的研究起源于战场环境下分组无线网数据通信项目, 该项目由DARPA资助, 其后, 又在1983年和1994年进行了抗毁可适应网络SURAN (Survivable Adaptive Network) 和全球移动信息系统Glo Mo (Global Information System) 项目的研究。由于无线通信和终端技术的不断发展, Ad Hoc网络在民用环境下也得到了发展, 如需要在没有有线基础设施的地区进行临时通信时, 可以很方便地通过搭建Ad Hoc网络实现。

1.2 无线自组网的特点

Ad Hoc网络作为一种新的组网方式, 具有以下特点:

1.2.1 网络的独立性

Ad Hoc网络相对常规通信网络而言, 最大的区别就是可以在任何时刻、任何地点不需要硬件基础网络设施的支持, 快速构建起一个移动通信网络。它的建立不依赖于现有的网络通信设施, 具有一定的独立性。Ad Hoc网络的这种特点很适合灾难救助、偏远地区通信等应用。

1.2.2 动态变化的网络拓扑结构

在Ad Hoc网络中, 移动主机可以在网中随意移动。主机的移动会导致主机之间的链路增加或消失, 主机之间的关系不断发生变化。在自组网中, 主机可能同时还是路由器, 因此, 移动会使网络拓扑结构不断发生变化, 而且变化的方式和速度都是不可预测的。对于常规网络而言, 网络拓扑结构则相对较为稳定。

1.2.3 有限的无线通信带宽

在Ad Hoc网络中没有有线基础设施的支持, 因此, 主机之间的通信均通过无线传输来完成。由于无线信道本身的物理特性, 它提供的网络带宽相对有线信道要低得多。除此以外, 考虑到竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、噪音干扰等多种因素, 移动终端可得到的实际带宽远远小于理论中的最大带宽值。

无线自组网络还具有有限的主机能源、网络的分布式特性、生存周期短、有限的物理安全等特点。

1.3 无线自组网应用领域

Ad Hoc网络的应用范围很广, 总体上来说, 它可以用于以下场合:a) 没有有线通信设施的地方, 如没有建立硬件通信设施或有线通信设施遭受破坏。b) 需要分布式特性的网络通信环境。c) 现有有线通信设施不足, 需要临时快速建立一个通信网络的环境。d) 作为生存性较强的后备网络。

Ad Hoc网络技术的研究最初是为了满足军事应用的需要, 军队通信系统需要具有抗毁性、自组性和机动性。具有较强的自组性, 很适合战场的恶劣通信环境。Ad Hoc网络建立简单、具有很高的机动性。目前, 一些发达国家为作战人员配备了尖端的个人通信系统, 在恶劣的战场环境中, 很难通过有线通信机制或移动IP机制来完成通信任务, 但可以通过Ad Hoc网络来实现。因此, 研究Ad Hoc网络对军队通信系统的发展具有重要的应用价值和长远意义。

Ad Hoc网络的研究在民用和商业领域也受到了重视。在民用领域, Ad Hoc网络可以用于灾难救助。在发生洪水、地震后, 有线通信设施很可能因遭受破坏而无法正常通信, 通过Ad Hoc网络可以快速地建立应急通信网络, 保证救援工作的顺利进行, 完成紧急通信需求任务。Ad Hoc网络可以用于偏远或不发达地区通信。

Ad Hoc网络在研究领域也很受关注, 近几年的网络国际会议基本都有Ad Hoc网络专题, 随着移动技术的不断发展和人们日益增长的自由通信需求, Ad Hoc网络会受到更多的关注, 得到更快速的发展和普及。

2、无线传感器网络

2.1 无线传感器网络的体系结构

典型的无线传感器网络系统主要由传感器节点、接收发送器、互联网或通信卫星、任务管理节点等组成。图1为一个无线传感器网络的体系结构图。

传感器节点是一种微型嵌入式设备, 由部署在感知对象附近大量的廉价微型传感器模块组成, 可以借助于节点中内置的各式传感器来测量所在周边环境中的各种信号, 从而探测其相关的各种物理量, 也可以通过人工放置、飞机撒播或炮弹发射等方式, 将传感器节点散布在监控区域内, 以采集检测区域内的相关信息, 并发送到汇聚节点。各模块通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络系统, 从而把传感器节点采集到的数据沿着其他节点逐跳传输到汇聚节点。

汇聚节点也称数据中心或基站, 它的处理能力、存储能力和通信能力相对较强, 通过连接传感器网络与互联网等外部网络, 可实现两种协议通信协议之间的转换, 同时发布管理节点的检测任务, 并将搜集到的数据转发到外部网络上。

管理节点通过对整个系统的配置和管理, 可实现对系统中各节点检测任务的发布和检测数据的收集与处理。管理节点也可以将数据传输给传感器节点, 实现网络的再配置以及重新发布检测任务。

2.2 无线传感器网络的特点

无线传感器网络除了具有Ad Hoc网络的移动性、断接性、电源能力局限性等共同特征以外, 还具有很多其他鲜明的特点。

2.2.1 大规模网络

为了获取精确信息, 在监测区域通常部署大量传感器节点, 传感器节点数量可能达到成千上万, 甚至更多。通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比;通过分布式处理大量采集的信息能够提高监测的精确度, 降低对单个节点传感器的精度要求;大量冗余节点的存在, 使得系统具有很强的容错性能;大量节点能够增大覆盖的监测区域, 减少洞穴或者盲区。

2.2.2 自组织网络

在无线传感器网络应用中, 通常情况下传感器节点被放置在没有基础设各的地方。传感器节点的位置不能预先精确设定。节点之间的相互邻居关系也不能预先知道, 如通过飞机撒播大量传感器节点到面积广阔的原始森林中, 或随意放置到人不可到达或危险的区域。这样就要求传感器节点具有自组织的能力, 能够自动进行配置和管理, 通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。在无线传感器网络使用过程中, 部分传感器节点由于能量耗尽或环境因素造成失效, 也有一些传感器节点为了弥补失效节点、增加监测精度而补充到网络中, 这样在无线传感器网络中的节点个数就动态的增加或减少, 从而使网络的拓扑结构随之动态变化。无线传感器网络的自组织性要能够适应这种网络拓扑结构的动态变化。

2.2.3 多跳路由

网络中节点通信距离有限, 一般在几十到几百米范围内, 节点只能与它的邻居直接通信。如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信, 则需要通过中间节点进行路由。匿定网络的多跳路由使用网关和路由器来实现, 而无线传感器网络中的多跳路由是由普通网络节点完成的, 没有专门的路由设备。这样每个节点既可以是信息的发起者, 也可以是信息的转发者。

2.2.4 动态性网络

无线传感器网络是一个动态的网络, 节点可以随处移动;一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障, 退出网络运行;一个节点也可能由于工作的需要而被添加到网络中。无线传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变: (1) 环境因素或电能耗尽造成的传感器节点出现故障或失效。环境条件变化可能造成无线通信链路的带宽变化, 甚至时断时通。 (2) 无线传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性。 (3) 新节点的加入。 (4) 可靠的网络。

2.2.5 以数据为中心的网络

传感器网络是一个任务型的网络, 脱离传感器网络谈论传感器节点没有任何意义。传感器网络中的节点采用编号标识, 节点编号是否需要全网唯一取决于网络通信协议的设计。由于传感器节点随机部署, 构成的传感器与节点编号之间的关系是完全动态的, 表现为节点编号与节点位置没有必然联系。用户使用传感器网络查询事件时, 直接将所关心的事件通告给网络, 而不是通告给某个确定编号的节点。网络在获得指定事件的信息后汇报给用户。这种以数据本身作为查询或者传输线索的思想更接近于自然语言交流的习惯。所以通常说传感器是一个以数据为中心的网络。

2.2.6 应用相关的网络

传感器用来感知客观物理世界, 获取物理世界的信息量。客观世界的物理量多种多样, 不可穷尽。不同的传感器应用关心不同的物理量, 因此对传感器的应用系统也有多种多样的要求。

不同的应用背景对传感器网络的要求不同, 其硬件平台、软件系统和网络协议必然会有很大差异。所以传感器网络不能像Internet一样, 有统一的通信协议平台。对于不同的传感器网络应用虽然存在一些共性问题, 但在开发传感器更高效的目标系统。针对每一个具体应用来研究传感器网络技术, 这是传感器网络设计不同于传统网络的显著特征。

无线传感器网络特别适合部署在恶劣环境或人类不宜到达的区域, 传感器节点可能工作在露天环境中, 遭受太阳的暴晒或者风吹雨淋, 甚至遭到无关人员或动物的破坏。由于监测区域环境的限制以及传感器节点数量巨大, 人工不能“照顾”每个传感器节点, 网络的维护十分困难甚至不可维护。无线传感器网络的通信保密性和安全性也十分必要, 要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测数据。因此, 无线传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和容错性。

3、无线自组网与无线传感器网络比较

无线传感器网络与传统无线自组网有着一些不同特点:1、无线传感器网络的节点数量较多, 并且分布密度较大;2、无线传感器网络中的节点与无线自组网中的节点相比更容易出错;3、无线传感器网络中节点的计算、存储能力和电力有限;4、传统无线自组网主要采用点对点通信, 而无线传感器网络节点主要采用广播方式通信;5;无线传感器网络中的节点数量非常大, 因此网中节点一般没有全球唯一的标识。

摘要：在目前的无线网络技术中, 最重要的研究是无线自组网 (ad hoc) , 最有发展前景的是无线传感器网络 (Wireless Sensor Network, WSN) 。无线自组网是一种自组织、对等式、多跳的无线移动网络, 在分组无线网的基础上发展起来。无线传感器网络将无线自组网技术与传感器技术相结合, 实现协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息并发送给观察者。

关键词：无线自组网,无线传感器

参考文献

[1]雷冠军.无线传感器网络中安全性问题的研究[J].价值工程, 2012, (3)

[2]司海飞, 杨忠, 王珺.无线传感器网络研究现状与应用[J].机电工程, 2011, (1) .

[3]胡曦明, 董淑福, 王晓东, 韩仲祥.无线传感器网络的军事应用模式研究进展[J].传感器与微系统, 2011, (3) .

[4]刘涛.无线传感器网络安全的优化研究[J].计算机仿真, 2011, (7) .

[5]侯雷.无线传感器网络及相关问题研究[J].计算机安全, 2010, (7) .

[6]黄全乐.Ad Hoc网络的发展及其在军事通信中的应用[J].国防技术基础, 2006, (12) .

[7]袁柱, 高论.Ad Hoc的研究与实现[J].重庆工学院学报 (自然科学版) , 2007, (3) .

[8]王春霞.Ad hoc网络技术研究[J].菏泽学院学报, 2007, (2) .

无线传感器网络概述 篇8

1.1 研究背景及现状

无线传感器网络 (Wireless Sensor Network, WSN) [1]是集信息采集、信息处理、信息传输于一体的综合性学科。无线传感器网络可广泛应用于布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域, 如受到污染、环境被破坏或敌对区域和一些临时场合, 如发生自然灾害、固定通信网络被破坏等场所。它不需要固定网络支持, 具有快速展开、抗毁性强等特点, 可广泛应用于军事、工业、交通、环保等领域。无线传感器网络是当前国际上备受关注的、由多学科高度交叉的新兴前沿热点研究领域, 是信息感知和采集的一场革命, 被认为是21世纪最重要的技术之一, 它将会对人类未来的生活方式产生深远影响。2003年2月份的美国《技术评论》 (Technology Review) 杂志评出对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术, 传感器网络被列为第一;美国商业周刊认为, 传感器网络是全球未来四大高技术产业之一;美国《今日防务》杂志更认为无线传感器网络的应用和发展将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革;2004年《IEEE Spectrum》杂志发表一期专集:传感器的国度, 论述了无线传感器网络的发展和可能的广泛应用;近几年来在美国国防部高级规划署、美国自然科学基金委员会和其它军事部门的资助下, 美国科学家正在对无线传感器网络所涉及的各个方面进行深入研究。可以预见, 无线传感器网络的发展和广泛应用, 将对人类的社会生活和产业变革带来极大的影响和产生巨大的推动。

1.2 概念

传感器 (Sensor) , 是指能够把外部物理信号转化为电信号的装置。传感器可以接有线, 也可以接无线。

传感器网 (Sensor Netorks) 通常强调是无线传感器网络 (Wireless Sensor N e t w o r k, W S N) 。传感器信息一般被认为是低速率、短距离、低功耗, 因此组网上有特殊性, 主要特征是无中心的自组织网络。

无线传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期。从2000年起, 无线传感器网络便引起了学术界、军界和工业界的极大关注。国际上开始出现一些有关无线传感器网络研究结果的报道。美国自然科学基金委员会于2003年制定了无线传感器网络研究计划, 投资3400万美元, 支持相关基础理论的研究。

无线传感器网络应用潜力巨大.可以广泛应用于军事、环境监测、智能家居[2]、健康护理[2,3,4]、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型工业园区的安全监测等领域[5]。

无线传感器网可以看成是“传感器模块+无线组网模块”共同构成的一个网络。无线传感器仅仅感知到信号, 并不强调对物体的标识和测控。无线传感网的感知更让人觉得是一个单向信息采集的网络。例如可以让温度传感器感知到森林的温度, 但并不一定需要标识哪根树木。

无线传感器网络和无线个域网 (W P A N) 、无线体域网 (W B A N) 以及其他特殊无线网络同属于常说的短程无线互联的范畴, 国际上也分属于不同的标准化组织。我国新成立的无线传感网标准组也是从802.15.4无线个域网标准组中分拆出来的。

2、无线传感器网络应用实例——医院病人无线呼叫系统

2.1 概述

传感器网络在医疗卫生和健康护理等方面具有广阔的应用前景。因此, 国内外很多机构包括国际著名的行业巨头已开始面向医疗领域对传感器网络进行研究以及产品研发。这已充分预示着传感器网络技术和产品在医疗健康领域的应用不久将成为现实。目前国内外已有多家机构在研究传感器网络在医疗行业的应用, 并已研发出相应的初级产品[3]。

病床状况事关病人的生命安全, 如何实现稳定快速地了解病床的状况是摆在人们面前一个必须解决的问题。某公司开发的医院病区无线呼叫、报警系统是采用无线单片机技术设计的低成本无线网络实用系统。

该系统采用无线双向网络通讯, 可以极低的成本, 实现医院病床液滴, 液位报警功能和病员紧急呼唤等功能;该系统由每层楼的一台主机 (PC机) 和若干在无线路由器组成的无线网络系统, 病员的无线分机组成;是一套包括双向寻呼, 微型无线传感器, 报警监控全部功能的多功能微型无线系统。

2.2 系统组成与功能

病床无线系统设备主要包括:主机、微型无线终端机、无线终端。

主机:

主机 (终端) 放置于监控室或护士值班室, 运行无线监控软件, 通过分布在全楼层的各个无线网络路由器, 24小时适时自动连续监控病员的呼叫信息。通过主控机的界面医务人员可以监测到医院各个床位的情况。

微型无线终端机:

每个病床 (员) 配备, 体积仅为85×50×20毫米, 采用图形液晶显示器, 4行×14汉字显示系统, 菜单显示, 方便病人直观地选择所要呼叫的内容, 以便医务人员及时采取措施, 节省时间。采用低功耗微处理器和低功耗无线设计技术, 电池工作可以100~200天不用更换电池。

无线终端:

考虑到医务人员可能需要不断地走动, 这套系统还可以为离开监控室的值班护士配置可随身携带的无线终端, 其基本的功能和设计与放置在病员床位上的微型终端相同。

2.3 工作原理

病床无线系统采用公司独立开发的双向无线通讯技术, 无线通讯不受医院空间设计的限制, 无线通讯的距离能覆盖整个病员区。

这套技术的基本设计主要可以用于病人呼叫主控制室要求提供紧急的医疗救助、日常的医疗服务等多种功能。由于该公司设计的无线呼叫系统是采用软件的编程完成, 可以根据具体的要求不断地添加或更新此套系统。

分机和主机可以433mhz/915MHZ/2.4ghz的无线频道进行无线网络连接, 实现病人/病床和值班护士间的无线网络联系。

2.4 主要技术指标

高性能单片式无线收发芯片, 内置高性能增强型51单片机 (4 clock) , 内带4路ADC 12bit高速采样, 单片机全速运行功耗1m A@4M。工作在1.9~3.6V低电压工作, 待机功耗2uA, 全部高频元件集成;最大发射功率+10dBm, 高抗干扰GFSK调制, 速率100kbps, 独特的载波监测输出, 避免无线通信碰撞;地址匹配输出, 易于点对多点无线通信设计;就绪输出, 便于节能设计, 满足低功耗设计。

2.5 主要优点

1) 可靠的双向无线通讯, 保证值班护士对病房进行自动化连续监控;

2) 采用无线单片机的设计, 大大降低系统设计成本;

3) 采用无线网络通讯拓扑, 大大加强通讯距离和通讯可靠性。

3、结束语

随着技术的发展, 无线传感器网络将逐渐被实际应用于医疗领域。本文给出的实例将成为无线传感器网络在医疗行业应用的典型, 具有很好的代表性。

无线传感器网络在医疗领域中潜在的应用还有很多, 未来的发展方向是在家中、医院实现全面传感器网络覆盖。实现无处不在感知, 使得每个人时刻处于健康监测网络的呵护中, 使得全人类的健康水平大幅度地提高。

参考文献

[1]任丰原, 黄海宁, 林闯.无线传感器网络[J].软件学报.2003, 14 (7) :1282-1291

[2]A Mainwaring, Polastre, R Szewczyk, et al.Wireless Sensor Networks for Habitat Monitoring[A].In:D Culler Proceedings of First ACM International Workshop on Wireless Sensor Networks&Applications.USA:ACM press, 2002.88-97.

[3]邹焱飚, 谢存稽.基于家庭的远程健康监护系统进展[J].计算机工程与应用.2005, 41 (10) :30-34

[4]Bashshur RL, Telemedicine and Health Care[J].Telemedicine Journal and e-Health.2002, 8 (1) :5-12

初识无线传感器网络 篇9

人类进入21世纪以后, 无线传感器的网络时代得到迅速发展, 主要是微电子机械系统、计算机、通信以及自动控制和人工智能等学科更是发展迅猛。其中, 无线传感器网络[1] (Wireless Sensor Networks, 简称为WSNs) 指的是在一组被部署在监测区域内的传感器节点, 通过无线感知器的节点所进行通信的一个自组织的网络系统, 主要是通过协作的感知、采集并处理网络覆盖区域中感知对象的信息, 并且发给观察者。而传感器网络的三个主要要素分别是传感器、感知对象和观察者。

无线传感器网络被认为是21世纪最重要的技术之一, 它将会对人类未来的生活方式产生巨大影响。麻省理工学院的《技术评论》杂志 (Technology Review) [2]评出了对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术, 无线传感器网络即位于这十种新技术之首。如果说因特网构成了逻辑上的信息世界, 改变了人与人之间的沟通方式, 无线传感器网络就是将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起, 改变人与自然的交互方式。未来的人们将可以通过遍布四周的无线传感器网络直接感知世界, 从而极大地扩展网络的功能和人类认识世界的能力。近年来随着无线通信、微处理器、MEMS (Micro Electro Mechanical System) 等技术的发展, 使得无线传感器网络的应用由军事扩展到工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多重要领域, 巨大的潜在的实用价值, 已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视[3]。

1 无线传感器的应用领域

无线传感器网络作为一种新型的应用性网络, 是因为有着独特的特点以及重要的途径, 以此存在着重要的理论意义和实际意义。由于传感器网络有着巨大的应用前景, 就被称为影响21世纪技术发展的重要因素之一, 也是一种完善的潜在传感器的应用, 主要从以下几个区域进行讨论:军事侦察、环境监测、医疗、建筑物监测等等。随着传感器的技术以及无线通信技术和计算技术的不断自我完善和发展, 我们的生活将真正意义上实现“无处不在的计算”, 各种传感器网络将遍布我们的生活环境。下面是笔者根据传感器网络在实际应用领域中的几点分析:

1.1 环境应用

由于环境监测的传感器网络一般都具有部署简单、便宜又长期不需要更换电池以及不用派人现场维护等优点, 因此很受认可。因此, 我们在进行密集节点工作布置的时候, 需要先观察微观的环境因素, 以此真正为环境研究和环境监测提供新的发展途径, 也要多参与无线传感器网络在环境监测领域中发展成功事例的运行。

1.2 军事应用

传感器网络研究最早起源于军事领域, 实验系统有海洋声纳监测的大规模传感器网络, 也有监测地面物体的小型传感器网络。现代传感器网络应用中, 通过飞机撒播、特种炮弹发射等手段, 可以将大量便宜的传感器密集地撒布于人员不便于到达的观察区域如敌方阵地内, 收集到有用的微观数据;在一部分传感器因为遭破坏等原因失效时, 传感器网络作为整体仍能完成观察任务。传感器网络的上述特点使得它具有重大军事价值, 可以应用于如下一些场景中:监测人员、装备等情况以及单兵系统;监测敌军进攻;评估战果;核能、生物、化学攻击的侦察。

1.3 建筑及城市管理

各种无线传感器可以灵活方便地布置于建筑物内, 获取室内环境参数, 从而为居室环境控制和危险报警提供依据。智能家居:通过布置于房间内的温度、湿度、光照、空气成分等无线传感器, 感知居室不同部分的微观状况, 从而对空调、门窗以及其他家电进行自动控制, 提供给人们智能、舒适的居住环境。建筑安全:通过布置于建筑物内的图像、声音、气体检测、温度、压力、辐射等传感器, 发现异常事件及时报警, 自动启动应急措施。智能交通:通过布置于道路上的速度、识别传感器, 监测交通流量等信息, 为出行者提供信息服务, 发现违章能及时报警和记录。

1.4 反恐和公共安全

通过使用具有特殊用途的传感器, 特别是生物化学传感器监测有害物、危险物的信息, 最大限度地减少其对人民群众生命安全造成的伤害。

2 无线传感器在现实应用中存在的问题

目前常见的无线网络包括移动通信网、无线局域网、蓝牙网络、Ad hoc网络[4]等, 与这些网络相比, 无线传感器有无法比拟的优势, 但同时它也存在着一些不足, 如:

2.1 节点通信能力有限

无线传感器网络的传感器通信带宽窄经常变化, 通信覆盖范围只有几十到几百米。传感器之间的通信断接频繁, 经常导致通信失败。由于无线传感器网络更多地受到高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响, 传感器可能会长时间脱离网络, 离线工作。

2.2 支撑能量有限

传感器节点的电源能量极其有限, 网络中的传感器节点由于电源能量的原因经常失效或废弃。电源能量约束是阻碍无线传感器网络应用的严重问题。

2.3 有限的节点计算能力

无线传感器网络中的传感器网络节点一般都是以嵌入式处理器和存储器处理为主的, 其中可以有效完成一些信息处理工作的是传感器节点具有的计算能力。但是因为处理器和存储器的能力和容量有限, 就使得传感器节点的计算能力十分有限。

2.4 传感器的节点数量较大、分布范围广

因此无线传感器网络中传感器的节点较为密集, 由于数量较大, 导致分布广泛, 使得无线传感器网络维护起来十分困难, 甚至不可维护。

2.5 以数据为中线

在无线传感器网络中, 我们往往关心的只有在区域的观测指标值中全面对节点的观测数据进行控制, 这样才能以数据为中心的对无线传感器网络的设计进行以感知数据的管理和处理为中心的观测。

3 结束语

如何在通信能力有限的条件下, 完成高质量的信息感知处理传递呢, 这也是我们无线传感器网络在现实研究中所面对的重要挑战之一。因此在网络工作过程中如何进行能源的节省, 就需要我们在进行节能设计的时候, 把链路层算法和路由算法等等的应用到现实问题中以及确保最大网络生存的周期等, 这也是网络传感器能够得到广泛应用的关键。因此, 我们就如何使用大量具有计算能力的传感器节点所进行的信息处理的重点, 也是无线传感器网络具有新挑战的研究课题。以上就是笔者就无线传感器网络的软、硬件的使用进行的深入探索分析。

目前, 无线传感器网络的发展问题是国内外最新研究的新课题, 也是由于近些年人们对无线传感器网络的深入研究分析, 使得传感器的新特点具有广阔的应用前景, 尤其是传感器的新特点人们也逐渐了解, 尤其是将传感器网络真正应用到实际生活中, 并在物理层和网络层等方面都有着进一步的研究, 但是最关键技术还需要我们继续努力去解决。

参考文献

[1]陈林星, 曾曦, 曹毅.移动Ad Hoc网络[M].北京:电子工业出版社, 2006:1-12.

[2]彭刚, 曹元大, 孙利民.无线传感器网络时间同步协议[J].计算机应用, 2005 (06) .

[3]王雪, 王晟.无线传感器网络中的远程虚拟测试[J].电测与仪表, 2005 (01) .

[4]朱近康.无线传感器网络技术[J].中兴通讯技术, 2004 (S1) .

[5]储昭勋, 胡艳军.无线传感器网络技术[J].计算机技术与发展, 2006 (04) .

[6]任丰原, 黄海宁, 林闯.无线传感器网络[J].软件学报, 2003 (07) .

无线传感器网络的实现 篇10

1 无线传感器网络

如图1所示为无线传感器网络的系统结构。

无线传感器网络系统通常由三大部分组成，分别是传感器节点、汇聚节点和任务管理节点。数量巨大的传感器节点能够通过自组织方式形成网络，并且随机地部署在监测区域附近。监测到的数据沿着其它传感器节点逐跳式地传输，在传输过程中，传感器节点监测的数据可能被多个节点处理，经过多跳传输以后，到达汇聚节点，再通过互联网或卫星到达任务管理节点。用户通过管理节点，对传感器网络进行配置、管理、发布监测任务，以及收集监测数据。

与目前常见的移动通信网、无线局域网、蓝牙网络等无线网络相比，无线传感器网络具有以下特点：

动态拓扑，无线传感器网络是一个动态网络，节点可以随处移动;无中心，无线传感器网络中没有控制中心，所有的节点地位都相同;节点稠密分布，协作感知;节点具有一定的数据融合能力;有限的计算能力、存储空间、能耗和能量供应;自组织，不需要依赖其他预设的网络设施，网络自动的布设和展开;多跳路由，节点通信的距离总是在百米范围，而且是与和它相邻的节点直接通信。如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行传递。

2 TinyOS

2.1 TinyOS概述

TinyOS是一个开源的嵌入式操作系统，它是由加州大学的伯利克分校开发出来的，主要应用于无线传感器网络方面。它是基于一种组件的架构方式，使得能够快速实现各种应用。

TinyOS的程序采用的是模块化设计，所以它的程序核心往往都很小，一般来说核心代码和数据大概在400 Bytes左右，能够突破传感器存储资源少的限制，这能够让TinyOS很有效的运行在无线传感器网络上并去执行相应的管理工作等。

TinyOS本身提供了一系列的组件，可以很简单方便的编制程序，用来获取和处理传感器的数据并通过无线电来传输信息。可以把TinyOS看成是一个可以与传感器进行交互的API接口，它们之间可以进行各种通讯。TinyOS在构建无线传感器网络时，它会有一个基地控制台，主要是用来控制各个传感器子节点，并聚集和处理它们所采集到的信息。TinyOS只要在控制台发出管理信息，然后由各个节点通过无线网络互相传递，最后达到协同一致的目的，比较方便。

2.2 TinyOS的特点

TinyOS提供一系列可重用的组件，一个应用程序可以通过连接配置文件(A Wiring Specification)将各种组件连接起来，以完成它所需要的功能。

TinyOS是一个专为无线嵌入式传感器网络设计的开放源代码的操作系统。它具有基于组件的特性，在传感器网络天生就有内存严格限制的条件下，这可以用最小代码快速来创新和实现。TinyOS的组件库包括了网络协议，分布式服务，传感器驱动和数据获取工具———所有这些都可以像这样的使用或者进一步精练到用户自己的应用中。TinyOS的事件驱动执行模式使得更细密的功耗管理，然而仍允许可变化的调度，这些是无线通讯不可预期特性和物质世界接口的必须。

3 nesC

3.1 nesC概述

nesC是对C的扩展，它基于体现TinyOS的结构化概念和执行模型而设计。TinyOS是为传感器网络节点而设计的一个事件驱动的操作系统，传感器网络节点拥有非常有限的资源。

3.2 主要特性

由于传感器网络的自身特点，面向其的开发语言也有其相应的特点。主动消息是并行计算机中的概念。在发送消息的同时传送处理这个消息的相应处理函数ID和处理数据，接收方得到消息后可立即进行处理，从而减少通信量。整个系统的运行是因为事件驱动而运行的，没有事件发生时，微处理器进入睡眠状态，从而可以达到节能的目的。组件就是对软硬件进行功能抽象。整个系统是由组件构成的，通过组件提高软件重用度和兼容性，程序员只关心组件的功能和自己的业务逻辑，而不必关心组件的具体实现，从而提高编程效率。

3.3 使用环境

nesc主要用在Tinyos中，tinyos也是由nesc编写完成的。TinyOS操作系统就是为用户提供一个良好的用户接口。基于以上分析，研发人员在无线传感器节点处理能力和存储能力有限情况下设计一种新型的嵌入式系统TinyOS，具有更强的网络处理和资源收集能力，满足无线传感器网络的要求。为满足无线传感器网络的要求，研究人员在TinyOS中引入4种技术：轻线程、主动消息、事件驱动和组件化编程。轻线程主要是针对节点并发操作可能比较频繁，且线程比较短，传统的进程/线程调度无法满足(使用传统调度算法会产生大量能量用在无效的进程互换过程中)的问题提出的。

4 结束语

本文简要介绍了TinyOS操作系统和nesC语言的特点，以及如何在TinyOS中开发应用程序，对基于TinyOS开发应用程序具有一定的参考价值。

参考文献

[1]孙利民, 李建中, 陈渝, 等.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社, 2005:319-390.

无线传感器网络概述 篇11

关键词：无线传感器网络技术；网络安全；问题；措施

中图分类号：TP212.9

随着我国社会经济不断的发展，计算机技术得到了进一步提升，并逐渐壮大，被人们广泛的运用在日常的生活及生产中，同时为人们带来了极大的便利。计算机技术中的无线传感器的特点是使用快捷、方便，这一突出的特点也使得无线传感器网络技术的传播进一步加大。由于我国在不断的发展，使得无线传感器网络技术不仅在日常的生活与生产上被广泛运用，并且在我国的医疗、国防以及教育方面也在逐渐的被普及，因此进行一步对无线传感器网络技术进行分析与研究有着重要的意义。

1 无线传感器网络存在的安全性问题

详细的对监测领域之内规模宏大的微小型传感器进行布置与安排，并采用无线通信来形成多条自组织网络即为无线传感器网络。由于无线传感器网络具有的自身特点，导致了在无线传感器网络出现了各种各样的安全性问题，以下便进一步对这些安全性问题进行分析。

1.1 安全机制的缺乏

由于无线传感器网络会在一定程度上对节点的通信、组织以及能量方面产生局限性，因此在对无线传感器网络方面不能做到具有科学且全面性的安全保护系统技术以及成熟的进行应用，同时在对物理安全保护的设计过程中，无法确保其是否有效，则很容易将各种各样的安全隐患扩散开来，导致整个网络系统出现故障。

1.2 节点组织以及自组织存在随机性

出现自发性情况的主要原因是由于构成无线传感器网络体系是规模宏大的传感器，在保障方面则缺乏规范系统化的制度。同时无法确保无线传感器网络的安全性以及稳定性，在节点组织以及自组织存在着随机性，且确定它们之间的的位置之前以及所存在的位置中无法进一步确定，因此导致在保护工作方面无法有效的实现。

1.3 能量具有限制性

节点布置安排之后，更替的开展会较为困难，同时如果无线传感器处于没电的情况下，则无法进行合理的充电。通常情况下，由于无线网络都是由极其耗能量的设备所形成的，对于无线网的作用无法长效的发挥出来，对网络通信的发展有着一定程度的影响，因此必须对相对较低的耗能设备进行重视，并予以改善。

1.4 通信中存在不可靠性

在通信中没有稳定的通道，且在路由方面会出现极高的延迟，无法保证网络通信中的安全问题，例如一些重要信息可能会被拦截并对其泄露，因此网络通信的安全性不够强，则不能够有效的保证信息安全的传输。

2 对无线传感器的安全技术造成破坏的因素

2.1 破撞攻击

在发包作用处于正常的节点中时，破坏方则会附带的将另一个数据包进行发送，使得破坏的数据由于出现数据的叠加无法有效的被分离开，从而严重的阻碍了正常情况下的网络通信，并且破坏了网络通信的安全性，即为碰撞攻击。建立监听系统则是最好的防卸方法，它是利用纠错系统来查找数据包的叠加状况，并及时的对其进行清除，从而确保数据安全的传输。

2.2 拥塞攻击

拥塞攻击指就是破换方对网络通信的频率进行深入的了解之后，通过通信频率附近的区域的得知，来发射相应的无线电波，从而进行一步对干扰予以加大。对于这种状况，则需要采用科学合理的预防方式，来将网络节点装换成另一个频率，才能进行正常的通信。

3 加强无线传感器网络安全技术的相关措施分析

3.1 密钥管理技术

通常在密钥的管理中，密钥从生成到完毕的这一过程所存在的不同问题在整个加密系统中是极其薄弱的一个环节，信息的泄漏问题尤为频繁。目前我国对密钥管理技术上最根本的管理是对称密钥机制的管理，其中包括非预共享的密钥模式、预共享密钥模式、概率性分配模式以及确定性分配模式。确定性分配模式为一个共享的密码钥匙，处于两个需要进行交换的数据节点间，且为一种非常确定的方式。而概率性分配则是将密码钥匙的共享得以实现，则要根据能够进行计算的合理概率，从而使得分配模式予以提出。

3.2 安全路由技术

路由技术的实施就是想节省无线传感器网络中的节点所拥有能量，并最大程度体现无线传感器网络系统。但由于传播的范围较大，因此在传输网络数据信息时常常不同程度的遭受攻击，例如DD路由中最根本的协议，一些恶意的消息通过泛洪攻击方式进行拦截及获取，并利用网络将类似虚拟IP地址、hello时间以及保持时间这样的HSRP信息的HSRP协议数据单元进行寄发的方式，来对正常情况下的传输实行阻碍，使得网络无法进行正常且顺利的通信流程。但通过HSRP协议和TESLA协议进行有效结合所形成的SPINS协议，则可以有效的缓解且减少信息泄露的情况的出现，同时进一步加强了对攻击进行预防的能力，从而保证无线传感器网络整体的系统具有安全性。

3.3 安全数据相融合

无线传感器网络就是通过丰富且复杂的数据所形成的一种网络，其中的相关数据会利用融合以及剔除，来对数据信息进行传送，因此在此過程中，必须谨慎仔细的对数据融合的安全性问题予以重视。同时数据融合节点的过程中，必须将数据具体的融合通过安全节点进行开展，并且在融合之后，将一些有效的数据通过供基站予以传送，才能进一步对监测的评价进行开展，从而保证融合的结果具有真实性以及安全性。

3.4 密码技术

针对无线传感器网络中的一些极其不安全的特性，可通过密码设置、科学化的密码技术，从而进一步保证网络通信能够安全的进行。同时通过加大密码中相关代码以及数据的长度，来大大降低信息泄露的情况，从而可以有效的保证通信数据的安全性。由于出现的密钥算法无法达到对称性，其中所具备的保护因素较大，并且拥有简单方便的密码设置，从而广泛、普遍的被人们运用到日常的生活中。而在应用不同的通信设备时，则需要将相应的密码技术进行使用。

4 结束语

无线传感器网络技术的先进以及便捷的特征，让其迅速的传播以及广泛的被人们运用，但其中所存在的一些安全性问题必须引起重视。对无线传感器网络造成影响的因素，需利用相关的技术及措施来保证网络的安全，例如安全数据融合、密码技术、密钥技术以及安全路由技术等，从而提升网络系统的安全性。

参考文献：

[1]李建中，李金宝，石胜飞.传感器网络及其数据管理的概念?问题与进展[J].软件学报，2003（14）：1717-1727.

[2]范永健，陈红，张晓莹.无线传感器网络数据隐私保护技术[J].计算机学报，2012（35）：1131-1146.

[3]裴庆祺，沈玉龙，马建峰.无线传感器网络安全技术综述[J].通信学报，2007（28）：113-122.

[4]凡高娟，王汝传，黄海平.基于容忍覆盖区域的无线传感器网络节点调度算法[J].电子学报，2011（39）：89-94.

无线传感器网络概述 篇12

无线传感器网络是由大量具有感知、通信与计算能力的微小传感器节点分布在无人值守的监控区域而构成的, 是一种能够根据环境自主完成指定测控任务的智能化网络系统。利用先进无线网络技术推进移动传感器网络的信息共享、管理和服务, 可以有效解决广域分布、异构信息源的互连互通和互操作问题, 满足企业、政府和军队等部门对信息共享的需求。

在无线传感器网络中, 多个传感器协作完成具体的测控感知任务, 其应用体系结构的基础是通信网络, 核心则是系统的协同运行机制。文献[1-3]分别就上述问题进行了广泛的讨论, 其研究成果和设计理念将有助于展开广泛的通信协同平行式设计, 并允许在协作传感器节点之间进一步拓展感知信息的互操作能力。具体来说, 协同运行机制层面的研究, 不能脱离协同感知应用的通信网络层支持, 本文将通过研究聚类系数等协同应用网络特征参数, 建立适应性的协同分析模型, 从而更好地应用协同机制, 最充分地发挥网络的性能。

1 无线传感器网络的协同问题

无线传感器网络协同的基本内容包括以下几个方面:

(1) 协同资源的使用。偏重于无线传感器网络的性能, 主要指充分利用传感器节点的能量以延长网络的存活时间, 充分利用通信使无线传感器网络解决更多、更复杂的问题。

(2) 协同任务的分配和执行。与无线传感器网络的功能相关, 指如何进行任务的描述、分解、分配、调度与执行, 包括冲突的检测与消除。

(3) 协同信息及信号处理。与环境相关, 指如何进行数据融合以便更好地描述无线传感器网络所处的环境和所面临的任务, 从而给任务的分配与执行提供基本数据。

2 模型的概念和应用背景

在Watts和Strogatz关于小世界网络, 以及Barabfisi和Albert等学者关于无标度网络的开创性工作之后, 人们对存在于不同领域大量实际网络的拓扑特征进行了广泛的实证性研究。在此基础上, 从不同的角度出发提出了复杂网络各种各样的网络拓扑结构模型, 包括规则网络、随机图、小世界网络、无标度网络、等级网络和局域世界演化网络模型。这里, 我们参考文献[5-7], 首先针对无线传感器网络协同应用的复杂性特征, 从平均路径长度、聚类系数和度分布等概念入手进行研究。

无线传感器网络协同感知网络的表示:一个协同感知应用网络可抽象为一个由点集V和边集E组成的图G= (V, E) 。协同传感器节点数记为N=|V|, 边数记为M=|E|。E中每条边都有V中一对协同节点与之相对应。

平均路径长度:网络中两个协同节点i和j之间的距离dij定义为连接这两个节点的最短路径上的边数。任意两个节点之间的距离的最大值称为网络直径, 记为D, 即D=maxdij。网络的平均路径长度L也可称为网络的特征路径长度, 定义为任意两个协同节点之间的距离的平均值, 即

聚类系数:假设网络中的一个协同节点i有ki条边将它和其它节点相连, 这ki个节点就称为i的邻居节点。显然, 在这ki个节点之间最多可能有ki (ki-1) /2条边。而这ki个节点之间实际存在的边数Ei和总的可能的边数之比就定义为节点i的聚类系数Ci, 即Ci=2Ei/[ki (ki-1) ]。整个网络的聚类系数C就是所有协同节点i的聚类系数Ci的平均值。显然, 0≤C≤1。C=0当且仅当所有的节点均为非协同的孤立节点, 即没有任何连接边;C=1当且仅当网络是全局耦合的完全协同网络, 即网络中任意两个节点都直接相连。对于完全随机的含有N个协同节点的情况, 当N很大时, C=O (N-1) , 实际大规模的传感器网络是具有明显的聚类效应的, 根据其协同程度的差异, 聚类系数虽然小于1, 但引入协同机制后将远大于O (N-1) 。

度与度分布:协同节点i的度hi定义为与该节点连接的其它节点的数目。有向协同情况下, 还要定义节点的出度 (outdegree) 和入度 (in degree) 。出度是指从该节点指向其它节点的边的数目。入度是指从其它节点指向该节点的边的数目。

无标度性质:考虑一个概率分布函数f (x) , 如果对任意给定常数a, 存在b使得f (x) 满足如下无标度条件:即f (ax) =b (x) , 则若假定f (1) f′ (1) =0, 必有f (x) =f (1) x-r, r=-f (1) /f′ (1) 。

3 基于无线传感器节点特征的适应度协同应用网络模型

文献[4-7]对无标度模型的网络应用作了深入研究, 由于实际网络常常具有一些非幂律特征, 如指数截断、小变量饱和等。因此, 在无标度模型的基础上, 需要做各种各样的扩展, 其中一些重要的扩展模型都是通过修改模型中的优先连接方式而获得的, 如考虑初始吸引度和非线性优先连接概率等。协同感知应用系统中, 协同节点的度及其增长速度并非只与该节点的存在时间有关, 例如, 多传感器网络中的某些融合处理节点, 如果具有较强的计算能力, 就可以较为容易地把一次随机协同任务受理通过管理报文记录为一个持续的协同处理资源节点, 从而在下一阶段获得大量的协同连接和信息交互应用。那么, 对于诸如协同节点的处理能力、网络预分配的通信带宽、可感知的信息源范围或区域等相关参数, 都是与协同节点的内在性质相关的, 在协同感知应用网络分析过程中有效地利用这些特征, 将加强我们对协同系统的把握。因此, 参考Bianconi和Barabfisi在文献[7]中的思路, 把上述协同特征和性质归纳称为协同节点的适应度 (fitness) , 并据此提出适应度模型 (fitness model) , 相应构造算法如下:

(1) 协同节点增长:从一个具有m0个协同节点的感知应用网络开始, 每次引入一个新的节点并且连到m个已经存在的节点上, 这里m≤m0。每个节点的适应度按分布p (η) 选取。

(2) 基于协同特征的优先连接:一个新节点与一个已经存在的协同节点i相连接的概率Qi, 与节点i的度hi、节点j的度hj和适应度ηi之间满足如下关系:Qi=ηiki/jΣηikj。

在基于节点协同特征的适应度模型中, 优先连接概率与节点的度和适应度之积成正比, 而不是仅与节点的度成正比。这样, 在适应度模型中, 如果一个新加入的协同节点具有通信带宽、处理能力、多信息源等方面较高的适应度特征, 那么该节点就有可能在随后的网络协同演化过程中获取更多的边, 体现出充分利用协同网络主动性的优势。

4 结束语

面向移动传感器的无线网络协同感知应用, 本文基于动态网络的有效性、稳定性需求, 构造了基于无线传感器节点特征的适应度协同应用网络模型, 为进一步研究无线传感器网络协同应用提供了一种有效设计方法。

参考文献

[1]Wang X F, Chen G.Pinning control of scale-free dynamical net-works.Physica A, 2002 (310) :521-531.

[2]Li X, Wang X F.Pinning control of scale-free Chen's networks.The Second Asia-Pacific Workshopon Chaos Control and Synchroniza-tion at Shanghai, 2003.

[3]Li X, Wang X F.Feedback control of scale-free coupled Henon maps.Proceeding of the Eighth International Conference on Control, Automation, Robotics and Vision (ICARCV) at Kunming, China, 2004:574-578.