无线传感网络浅析

陈圳

（中南大学信息科学与工程学院 湖南长沙 410000）

无线传感网络浅析

陈圳

（中南大学信息科学与工程学院 湖南长沙 410000）

无线传感器网络是一种分布式传感网络，它可以感知外部世界。其传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置灵活多变，可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。本文介绍了无线传感网络的特点和结构形式，并对传感网络目前的研究热点作了介绍。

无线传感网络；自组织；动态；协同

1 引言

无线传感器网络是一种分布式传感网络，它可以感知外部世界。无线传感网络广泛应用于生物栖息地监控、森林防火、环境监测、交通、救灾、军事、个人监护等等场合，特别是在军事上。无线传感网络虽已经取得很大成果，但现有的系统中还存在不少问题，理论也还不完善，问题还没有完全解决。本文将对无线传感网络的特点、节点组成、网络组成和研究热点进行简要分析。

2 无线传感网络特点

无线传感网络是无线网、数据网的结合，其核心围绕通信，具有以下特点：

2.1 规模大

无线传感网络为了确保其检测信息的可靠，通常需要大量部署传感器节点，可能有成千上万个。传感器网络的规模：①数量上多；②分布地理区域内可以很密集，这些分布式的处理节点可以提高检测精确度，减少盲区，因而系统容错更强。

2.2 自组织

无线传感网络节点过多，有的或通过飞机播撒，或随意放置，因而事先难以确定其位置、临接关系。通常要求节点之间可以自组织，能够自己进行配置，自己管理，控制拓扑，自动形成多跳无线网络。

2.3 动态性

由于无线传感网络具有第二条自组织的性质，也就允许其拓扑动态变化，而动态变化也是无线传感网络的一个普遍特点。由于环境改变、电能、通信链路等等，为了保证其网络的联通，拓扑就要根据实际情况实时地优化调整。

2.4 以数据为中心

无线传感网络是一种任务网络。用户关心传感器网络收集的事件，而不关心网络的结构，这种以数据为查询、传输的线索的特点，即为一数据位中心，区别于计算机通信网，以地址为中心。因此，设计上，无线传感网络最耗电的环节一般是通信过程，受制于能源的有限，无线传感网络要在保证数据的同时，尽可能减少通信量。

2.5 协作执行

通常无线传感网络需要协作地收集、处理、存储、传输。传感器间的节点在实现远距通信的时候，可以多跳中继转发，可以多个节点协作发射。这种协作方式可以有效克服其处理、存储能力不足。便于去完成复杂的任务。

3 无线传感网络组成

3.1 节点构成

一般上，无线传感网络的节点由处理器、无线电接收装置、传感器、AD转换接口、能源供应系统组成。处理器通常是嵌入式系统构成。如有需求，再进行扩展。

3.2 网络构成

无线传感网络的传感器节点一般用飞机播撒、人工布置。其大部分是在感知对象内部，或者附近。节点之间通过自组织，构成无线传感网络。节点可以对任意地点信息在任意时刻去采集、处理、分析，并且通过多跳中继回传给Sink节点，Sink节点的发射能力较强，电能充足，由它将数据传送到远程控制中心。因此，一个典型的传感器网络的体系结构包括传感器节点、Sink节点、互联网和拥护交互界面。

4 无线传感网络研究热点

4.1 网络自组织

由于应用环境受限，无线传感网络需要自行部署。节点被放置后，就要进入自启阶段，发送信号，互相联通，并与其它节点协同工作。其拓扑通常是三类，基于簇的分层结构、基于网的平面结构、基于链的线性结构。各有利弊，用于不同情境。如果能合理地分配任务，必然能有效地延长整个网络的寿命。

4.2 时间同步

在分布式无线传感网络里，大量节点协作共同完成一项检测任务。时间同步是协同所必须的。传统的网络中时间同步是通过服务器的时钟为基准，去调整客户端的时钟。无线传感网络受到能源限制，在时间同步上应尽量减小开销，通常设计为需要时同步，其次节点数量多，拓扑动态变化，时间同步需要能够适应。

4.3 自适应技术

无线传感网络基于应用，不同应用场合要求的服务也不一样，因此，无线传感网络的要有自适应能力，能够自行根据环境调整，去提供能够保证任务的质量，同时又能控制功率。这种调度是一种动态的，需要较好的算法，而目前大多数的无线传感网络设计上还不能够灵活地去调整，有一定局限性。

4.4 能源管理

传统的无限网络在MAC协议上以性能与可靠为核心，侧重吞吐量、带宽利用率、公平性、较少的延时。而无线传感网络首要考虑的不是质量，而是节能，通常CSMA是自组织的无线传感网络常用的多址方式，主要是因为它易于实现，能提高大型网络的信道复用率。而带有应答握手信号的循环冗余校验这样的通用的错误检测可以灵活地结合数据链路层与网络层，以满足性能要求，达到期望的功耗水平。

5 总结

无线传感网络具有广阔的前景，它有传统网络无法比拟的许多优势也因此广泛应用于生物栖息地监控、森林防火、环境监测、交通、救灾、军事、个人监护等等场合，特别是在军事上。无线传感网络虽已经取得很大成果，但现有的系统中还存在不少问题，理论也还不完善，问题还没有完全解决。这仍属于新兴的研究领域值得继续研究完善。

[1]刘敏钰，吴 泳，伍卫国.无线传感网络（WSN）研究[J].微电子学与计算机，2005，22（7）：58～61.

TN929.5

A

1004-7344（2016）17-0223-01

2016-5-20

陈圳（1996-），男，福建人，中南大学通信工程2013级本科生。