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無線傳感器網絡技術論文
無論在學習或是工作中，大家總少不了接觸論文吧，論文一般由題名、作者、摘要、關鍵詞、正文、參考文獻和附錄等部分組成。寫起論文來就毫無頭緒？以下是小編為大家收集的無線傳感器網絡技術論文，僅供參考，大家一起來看看吧。
摘要：
傳感器，即能夠感受物體屬性參數的元器件，這一概念對于普通人來說并不陌生和新鮮，然而隨著IT和無線通信技術的快速發(fā)展，其測量系統(tǒng)的組成已發(fā)展到智能化和網絡化。上世紀70年代，是模擬控制和顯示器時代，傳感器測量參數只能實現所謂的點對點傳輸，即多個參數的測控需要多個顯示/控制器，這樣的通信網只能說是傳感器測量網絡的雛形;80年代采用微處理器串/并接口(ＲS-232、ＲS-485等)與傳感器連接，而構成具有信息綜合處理能力的傳感器網絡;90年代至21世紀初采用現場總線連接傳感器構成局域網，產生有線連接的智能傳感器網絡;至目前為止無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks，WSN)已成為業(yè)界討論和研究的熱點。它是隨著無線通信技術與網絡技術、嵌入式計算機技術、分布式信息處理技術等發(fā)展，應運而生的。
時下，物聯網(Internet of things，IOT)產業(yè)及技術如雨后春筍般蓬勃發(fā)展，作為其最底層的最基本的也是最重要的最關鍵的WSN網絡的性能好壞和功能強弱顯得尤為突出。應用中，WSN是由眾多功能相同或者不同的傳感器節(jié)點組成，并把它們科學地分布于被監(jiān)測區(qū)域，各節(jié)點間自組織形成無線網絡(一般多采用Zigbee協(xié)議)，采用多條鏈路進行數據傳送，最終把各類屬性測量數據(如溫/濕度、煙霧濃度、物體移動等)匯聚和融合處理后經網關與外網聯結，到達用戶終端(電腦、手機等)，給用戶提供安全正常的信息，或者危險的非正常的信息，以便進行及時干預。
1、對WSN的約束條件及性能要求
實際應用中各個傳感器節(jié)點多數是分布于無人區(qū)、野外、甚至是軍事區(qū)和劇毒、易腐蝕、爆炸等惡劣環(huán)境中，因此有以下約束限制:
1)自帶電源提供能量，如鈕扣電池、蓄電池、太陽能電池等;
2)安裝要隱蔽。要求節(jié)點的體積小、外殼設計要防水、防氧化，甚至有抗爆能力;
3)無線通信距離不能太遠，一般限制在幾米至幾十米，以節(jié)省能量。同時在一定范圍內能預防監(jiān)聽、惡意路由、病毒攻擊等］;
4)自身攜帶的嵌入式系統(tǒng)功耗要小、速度要快、數據處理能力要強等。基于以上約束條件，有以下關鍵性能指標要求:
1)網絡的工作壽命。在外殼設計滿足環(huán)境的要求下，影響壽命的主要因素就是電源供給和能耗。在自身攜帶電池的情況下，一個平均能耗足夠低的WSN網絡，能源儲備要維持數年才是。WSN中能耗最大的器件是無線接收/發(fā)送器，設計時可以降低其工作頻率和輸出功率、采取間隙工作方式等;
2)網絡覆蓋范圍。由節(jié)點的通信距離和節(jié)點數決定，但節(jié)點數過多時能耗加大，且數據的采樣速率會降低而受到牽制;
3)網絡安全機制。在各個協(xié)議層要有保密、點到點消息認證、完整性鑒別、時效性、認證組播和廣播等要求;
4)網絡響應時間。多數的WSN對響應時間無嚴格要求，但在安全監(jiān)測和工業(yè)控制中，該指標顯得尤為重要;
5)測量精度。說到底，WSN其本質仍是一個計算機測量與監(jiān)督控制系統(tǒng)，在哪些場所對所測的數據精度要求高或者低，是不言自明的。
2、WSN中的路由技術
與傳統(tǒng)無線網絡不同，WSN的主要任務是傳送數據(以數據傳送為中心)。路由技術主要負責將數據從源節(jié)點通過網絡轉發(fā)至目標節(jié)點，每個節(jié)點都可以充當路由角色。并起著監(jiān)控網絡拓撲結構變化、建立、維護和刪除節(jié)點路由的任務。本小節(jié)主要闡述WSN的網絡拓撲結構和路由技術。
2.1傳感器節(jié)點拓撲結構
WSN的組成包括分布式傳感器節(jié)點、無線接收/發(fā)送器、外部網絡和用戶終端/接口操作界面。應用中，眾多的傳感器節(jié)點網常以平面和聚類分層拓撲結構進行路由驅動和數據傳送。平面結構的拓撲網絡適合規(guī)模較小的節(jié)點網，如家庭、辦公室、實驗室等場所，其結構簡單、容錯性好，但是每個節(jié)點需要維護龐大的路由記錄，在此不再贅述。當網絡節(jié)點規(guī)模較大時，就需要采用聚類分層結構。聚類分層是把同一類型的傳感器節(jié)點劃分為一層，叫做簇。每個簇群中有一個節(jié)點稱為簇群頭，其負責簇群內所有成員所采集信息的收集、融合處理和簇頭間的數據轉發(fā)，起著匯聚節(jié)點的作用;在網外，可作為中繼或網關與用戶終端相連。整個網絡由若干簇組成，而各個簇頭之間的通信又構成高一級的簇群網絡。簇頭的產生可以預定，也可以由節(jié)點使用分簇算法自動選舉產生，以增強網絡的容錯性。當簇頭確定好之后，簇成員的任務就簡單了，不需要維護大量的復雜的路由信息，而使網絡具有很好的擴展性。
2.2聚類分層路由技術
在WSN中，路由協(xié)議是基于無線鏈路連接的，路由的本質是將數據幀由原節(jié)點傳輸至目標節(jié)點。結合WSN節(jié)點的拓撲結構，路由技術又分為平面和層次兩種，也是最常用的。在此主要闡述一下低功耗自適應聚類分級LEACH(lowEn-ergyAdaptiveClusteringHierarchy，IEACH)層次路由協(xié)議。其基本方法是采用循環(huán)機制，隨機選擇簇頭節(jié)點，并將耗能負載平均分配到各個簇群成員中。具體講，隨機選擇一個節(jié)點做簇頭，由該簇頭向各傳感器節(jié)點廣播消息，各節(jié)點根據其信號的強弱選擇是否加入該群(等能量加群，以節(jié)省工作能量)。簇群確定好之后，簇頭按照TDMA(時分復用)方式給節(jié)點成員分配一個時間間隙，此時簇頭開始處于睡眠狀態(tài)，各節(jié)點成員在規(guī)定的時間間隙如有數據發(fā)送請求，可喚醒簇頭，以傳輸數據，當將所有成員數據接收完畢后，再進行數據融合，剔除冗余數據，傳輸給外網。此過程輪流不斷，周而復始。其每一輪都由初始化和穩(wěn)定工作兩個階段組成。初始化是簇的形成過程，要依據簇頭所占的百分比和節(jié)點成員數選出簇頭。方法是:在同一時間段，抽查任一節(jié)點成員隨機產生的0～1之間的數據，如果小于閾值T，則選為簇頭。
3、傳感器節(jié)點硬件組成說明
WSN應用可分為環(huán)境數據采集、安全監(jiān)測和目標跟蹤定位三種類型。無論哪一種應用，其節(jié)點硬件均離不開傳感器元器件及調理電路、微處理器單元、數據無線接收/發(fā)射單元和電源四部分組成。其中，傳感器盡量選用集傳感、補償、信號調理及A/D轉換等于一體的器件，如DS18B20數字化一線式溫度傳感器、SHT11數字式溫/濕度傳感器、ADXL202數字式加速度傳感器、EL7900數字式光照度傳感器、Ms5534大氣壓力傳感器、BL1785數字化聲音傳感器、GS-1000數字式位移傳感器、AP-C30C數字式壓力傳感器、HBMC16i數字式稱重傳感器;微處理器的選擇主要考慮低功耗、運行速度快、I/O接口多可擴展，成本低，安全性可靠性好等，另外結構組成上含有多通道A/D轉換及同步/異步無線接收發(fā)送器等。如ATMEL公司的AVＲ系列單片機、TI公司的MSP430F14系列單片機等;無線通信也有專門的模塊芯片，如TＲ1000，CC1000、NＲF401、CC2530等，其中，CC2530芯片本身還集成有8051單片機和ＲF射頻無線收/發(fā)器，是一個真正的片上系統(tǒng)(Soc)。電源模塊有室內和室外之分，室內可采用外部穩(wěn)壓電源供電，或者外部與自身攜帶能源相結合原則，而在偏遠的野外一般只能采用自身供電方式，具體不再贅述。
4、結束語
WSN其本質上仍是計算機監(jiān)督測量與控制系統(tǒng)，只不過其應用已從最初的工業(yè)控制延伸到其它行業(yè)和人們生活當中。WSN的網絡體系也是物聯網的底層體系組成部分，并且是其最基本的和最主要的組成部分。雖然WSN的研究和發(fā)展已有若干年，但到目前，其技術還不很成熟，應用也沒有大規(guī)模投入。原因無非是成本和技術兩方面，技術方面主要是傳感器元件種類少、精確度、供電及能耗、節(jié)點路由、容錯性、安全性、內外網接口及系統(tǒng)維護等，從現階段來看，這些都不是難事，其應用和普及是可以預見的。再過若干年，WSN及物聯網的應用將是人類生活的主要組成部分，就像當今人們離不開手機和電腦一樣，人類生活將離不開WSN和物聯網。
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