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無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)論文
無(wú)論在學(xué)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(guān)鍵詞、正文、參考文獻和附錄等部分組成。寫(xiě)起論文來(lái)就毫無(wú)頭緒？以下是小編為大家收集的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)論文，僅供參考，大家一起來(lái)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(lái)說(shuō)并不陌生和新鮮，然而隨著(zhù)IT和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的快速發(fā)展，其測量系統的組成已發(fā)展到智能化和網(wǎng)絡(luò )化。上世紀70年代，是模擬控制和顯示器時(shí)代，傳感器測量參數只能實(shí)現所謂的點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，即多個(gè)參數的測控需要多個(gè)顯示/控制器，這樣的通信網(wǎng)只能說(shuō)是傳感器測量網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)絡(luò );90年代至21世紀初采用現場(chǎng)總線(xiàn)連接傳感器構成局域網(wǎng)，產(chǎn)生有線(xiàn)連接的智能傳感器網(wǎng)絡(luò );至目前為止無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(Wireless Sensor Networks，WSN)已成為業(yè)界討論和研究的熱點(diǎn)。它是隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、嵌入式計算機技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等發(fā)展，應運而生的。
時(shí)下，物聯(lián)網(wǎng)(Internet of things，IOT)產(chǎn)業(yè)及技術(shù)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(guān)鍵的WSN網(wǎng)絡(luò )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點(diǎn)組成，并把它們科學(xué)地分布于被監測區域，各節點(diǎn)間自組織形成無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )(一般多采用Zigbee協(xié)議)，采用多條鏈路進(jìn)行數據傳送，最終把各類(lèi)屬性測量數據(如溫/濕度、煙霧濃度、物體移動(dòng)等)匯聚和融合處理后經(jīng)網(wǎng)關(guān)與外網(wǎng)聯(lián)結，到達用戶(hù)終端(電腦、手機等)，給用戶(hù)提供安全正常的信息，或者危險的非正常的信息，以便進(jìn)行及時(shí)干預。
1、對WSN的約束條件及性能要求
實(shí)際應用中各個(gè)傳感器節點(diǎn)多數是分布于無(wú)人區、野外、甚至是軍事區和劇毒、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(yáng)能電池等;
2)安裝要隱蔽。要求節點(diǎn)的體積小、外殼設計要防水、防氧化，甚至有抗爆能力;
3)無(wú)線(xiàn)通信距離不能太遠，一般限制在幾米至幾十米，以節省能量。同時(shí)在一定范圍內能預防監聽(tīng)、惡意路由、病毒攻擊等］;
4)自身攜帶的嵌入式系統功耗要小、速度要快、數據處理能力要強等�；谝陨霞s束條件，有以下關(guān)鍵性能指標要求:
1)網(wǎng)絡(luò )的工作壽命。在外殼設計滿(mǎn)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(gè)平均能耗足夠低的WSN網(wǎng)絡(luò )，能源儲備要維持數年才是。WSN中能耗最大的器件是無(wú)線(xiàn)接收/發(fā)送器，設計時(shí)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(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍。由節點(diǎn)的通信距離和節點(diǎn)數決定，但節點(diǎn)數過(guò)多時(shí)能耗加大，且數據的采樣速率會(huì )降低而受到牽制;
3)網(wǎng)絡(luò )安全機制。在各個(gè)協(xié)議層要有保密、點(diǎn)到點(diǎn)消息認證、完整性鑒別、時(shí)效性、認證組播和廣播等要求;
4)網(wǎng)絡(luò )響應時(shí)間。多數的WSN對響應時(shí)間無(wú)嚴格要求，但在安全監測和工業(yè)控制中，該指標顯得尤為重要;
5)測量精度。說(shuō)到底，WSN其本質(zhì)仍是一個(gè)計算機測量與監督控制系統，在哪些場(chǎng)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(shù)
與傳統無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )不同，WSN的主要任務(wù)是傳送數據(以數據傳送為中心)。路由技術(shù)主要負責將數據從源節點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )轉發(fā)至目標節點(diǎn)，每個(gè)節點(diǎn)都可以充當路由角色。并起著(zhù)監控網(wǎng)絡(luò )拓撲結構變化、建立、維護和刪除節點(diǎn)路由的任務(wù)。本小節主要闡述WSN的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構和路由技術(shù)。
2.1傳感器節點(diǎn)拓撲結構
WSN的組成包括分布式傳感器節點(diǎn)、無(wú)線(xiàn)接收/發(fā)送器、外部網(wǎng)絡(luò )和用戶(hù)終端/接口操作界面。應用中，眾多的傳感器節點(diǎn)網(wǎng)常以平面和聚類(lèi)分層拓撲結構進(jìn)行路由驅動(dòng)和數據傳送。平面結構的拓撲網(wǎng)絡(luò )適合規模較小的節點(diǎn)網(wǎng)，如家庭、辦公室、實(shí)驗室等場(chǎng)所，其結構簡(jiǎn)單、容錯性好，但是每個(gè)節點(diǎn)需要維護龐大的路由記錄，在此不再贅述。當網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)規模較大時(shí)，就需要采用聚類(lèi)分層結構。聚類(lèi)分層是把同一類(lèi)型的傳感器節點(diǎn)劃分為一層，叫做簇。每個(gè)簇群中有一個(gè)節點(diǎn)稱(chēng)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(zhù)匯聚節點(diǎn)的作用;在網(wǎng)外，可作為中繼或網(wǎng)關(guān)與用戶(hù)終端相連。整個(gè)網(wǎng)絡(luò )由若干簇組成，而各個(gè)簇頭之間的通信又構成高一級的簇群網(wǎng)絡(luò )。簇頭的產(chǎn)生可以預定，也可以由節點(diǎn)使用分簇算法自動(dòng)選舉產(chǎn)生，以增強網(wǎng)絡(luò )的容錯性。當簇頭確定好之后，簇成員的任務(wù)就簡(jiǎn)單了，不需要維護大量的復雜的路由信息，而使網(wǎng)絡(luò )具有很好的擴展性。
2.2聚類(lèi)分層路由技術(shù)
在WSN中，路由協(xié)議是基于無(wú)線(xiàn)鏈路連接的，路由的本質(zhì)是將數據幀由原節點(diǎn)傳輸至目標節點(diǎn)。結合WSN節點(diǎn)的拓撲結構，路由技術(shù)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(lèi)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，隨機選擇簇頭節點(diǎn)，并將耗能負載平均分配到各個(gè)簇群成員中。具體講，隨機選擇一個(gè)節點(diǎn)做簇頭，由該簇頭向各傳感器節點(diǎn)廣播消息，各節點(diǎn)根據其信號的強弱選擇是否加入該群(等能量加群，以節省工作能量)。簇群確定好之后，簇頭按照TDMA(時(shí)分復用)方式給節點(diǎn)成員分配一個(gè)時(shí)間間隙，此時(shí)簇頭開(kāi)始處于睡眠狀態(tài)，各節點(diǎn)成員在規定的時(shí)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(jìn)行數據融合，剔除冗余數據，傳輸給外網(wǎng)。此過(guò)程輪流不斷，周而復始。其每一輪都由初始化和穩定工作兩個(gè)階段組成。初始化是簇的形成過(guò)程，要依據簇頭所占的百分比和節點(diǎn)成員數選出簇頭。方法是:在同一時(shí)間段，抽查任一節點(diǎn)成員隨機產(chǎn)生的0～1之間的數據，如果小于閾值T，則選為簇頭。
3、傳感器節點(diǎn)硬件組成說(shuō)明
WSN應用可分為環(huán)境數據采集、安全監測和目標跟蹤定位三種類(lèi)型。無(wú)論哪一種應用，其節點(diǎn)硬件均離不開(kāi)傳感器元器件及調理電路、微處理器單元、數據無(wú)線(xiàn)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(xiàn)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(chēng)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(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)通信也有專(zhuān)門(mén)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(wú)線(xiàn)收/發(fā)器，是一個(gè)真正的片上系統(Soc)。電源模塊有室內和室外之分，室內可采用外部穩壓電源供電，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(yǔ)
WSN其本質(zhì)上仍是計算機監督測量與控制系統，只不過(guò)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(wǎng)絡(luò )體系也是物聯(lián)網(wǎng)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(shù)還不很成熟，應用也沒(méi)有大規模投入。原因無(wú)非是成本和技術(shù)兩方面，技術(shù)方面主要是傳感器元件種類(lèi)少、精確度、供電及能耗、節點(diǎn)路由、容錯性、安全性、內外網(wǎng)接口及系統維護等，從現階段來(lái)看，這些都不是難事，其應用和普及是可以預見(jiàn)的。再過(guò)若干年，WSN及物聯(lián)網(wǎng)的應用將是人類(lèi)生活的主要組成部分，就像當今人們離不開(kāi)手機和電腦一樣，人類(lèi)生活將離不開(kāi)WSN和物聯(lián)網(wǎng)。
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