A. 无线传感网络的发展
这个问题的范围有点大。
简而言之,无线传感器网络(wireless sensor network,wsn)作为物联网(internet of thing,IOT)的重要组成部分,目前在智能家居、精准农业、林业监测、军事、智能建筑、智能交通等领域都在逐渐展开应用。能被传感器sensor感知的物理参量(温度、湿度、震动、加速度、二氧化碳浓度...),包括video、image、audio等多媒体数据,通过wsn节点的自组网,远程采集、传输至监控端。
目前制约wsn普及的因素主要有:能耗(通常wsn节点较小,2节电池供电)、传输范围(射频芯片cc2430,我们做实验,在150m左右,信号已经很差),还有最重要的,硬件成本。
wsn特别适合:无人监守、不适合人去的地方(如山体滑坡监测等、煤矿瓦斯浓度监测...等)
以上文字原创。只是简要回答你的问题,因为问题范围有点大。
B. 什么是无线传感技术
科技发展的脚步越来越快,人类已经置身于信息时代。作为信息获取的一种重要、基本的技术——传感器技术,也得到了极大的发展。无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术,传感器节点可以连续不断地进行数据采集、事件检测、事件标识、位置监测和节点控制,传感器节点的这些特性和无线连接方式使得无线传感器网络的应用前景非常广阔,随着无线传感器网络的深人研究和广泛应用,无线传感器网络将逐渐深入到人类生活的各个领域。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展,并将会带来一场信息革命。
【关键词】:信息时代、传感器技术、无线连接、信息革命
1引言
无线传感器网络(WSN, Wireless Sensor Net-work )综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,获得详尽而准确的信息,传送到需要这些信息的用户。
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深远影响。本文将先介绍无线传感器网络的概念和特点,再探讨WSN在人们生活中的一些应用模型以及在发展中所遇到的一些问题。
2无线传感器网络
2.1无线传感器网络简介
无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是由许多个功能相同或不同的无线传感器节点通过自组织方式形成的无线网络。每个传感器节点由数据采集模块(传感器、A/D转换器)、数据处理和控制模块(微处理器、存储器)、通信模块(无线收发器)以及供电模块(电池、DC/DC能量转换器)等组成。节点在网络中可以充当数据采集者、数据中转站或簇头节点(cluster-head node)的角色。作为数据采集者,数据采集模块收集周围环境的数据(如温度和湿度),通过通信路由协议直接或间接将数据传输给远方基站(base station)或汇节点(sink node);作为数据中转站,节点除了完成采集任务外,还要接收邻居节点的数据,并将其转发到距离基站最近的邻居节点或者直接转发到基站或汇节点,簇头节点负责收集该类内所有节点采集的数据,经数据融合后,发送到基站或汇节点。这些传感器节点可以任意地部署在监测区域内,彼此通过无线通信形成一个多跳的、自组织的网络来完成信息采集、数据传输和信息处理。无线传感器网络通过节点的数据采集和传输,可以在任何时间、任何地点获取对象的信息,对环境的变化具有很强的鲁棒性,因此它具有广泛的应用前景,可以应用于军事情报侦察、工业生产过程控制、环境监测和保护以及现代化交通管理等领域。
2.2无线传感器网络的节点结构及网络体系结构
网络体系结构是网络的协议分层以及网络协议的集合,是对网络及其部件所应完成功能的定义和描述,对无线传感器网络来说,其网络体系结构不同于传统的计算机网络和通信网络。网络体系结构由分层的网络通信协议、传感器网络管理以及应用支撑技术三部分组成。
2.2.1 传感器网络节点结构
传感器网络节点的基本组成包括如下4个基本单元:传感单元(由传感器和模数转换功能模块组成)、处理单元(包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等)、通信单元(由无线通信模块组成)以及电源。此外,可以选择的其他功能单元包括:定位系统、移动系统以及电源自供电系统等。
2.2.2 传感器网络的体系结构
网络体系结构是网络的协议分层以及网络协议的集合,是对网络及其部件所应完成功能的定义和描述,对无线传感器网络来说,其网络体系结构不同于传统的计算机网络和通信网络。网络体系结构由分层的网络通信协议、传感器网络管理以及应用支撑技术三部分组成。分层的网络通信协议结构类似于TCP/IP协议体系结构;传感器网络管理技术主要是对传感器节点自身的管理以及用户对传感器网络的管理;在分层协议和网络管理技术的基础上,支持了传感器网络的应用支撑技术。
2.3无线传感器网络的物理组成
无线传感器网络的传感器节点个数通常很多,它们不仅体积小、成本低,另外还要求传感器节点功耗非常低,以满足用电池即可维持长时间的工作状态。因此这些特点决定了对传感器节点的设计需要在尽可能简单的情况下满足应用需求。无线传感器节点是由硬件层与软件层的配合完成任务。
2.3.1 无线传感器硬件层
硬件层一般都包括以下四个单元:供电单元、数据采集单元(包括传感器和A/D模数转换器件)、数据处理单元(包括存储器和微控制器)、无线通信单元。微控 制器作为传感器节点运“心脏”,在上面运行着嵌入式系统软件,从而对另外三个单元的工作进行控制。在硬件的选取上,尽量采用低功耗器件,还可以考虑在无数 据采集和无数据通信的时候命令微控制器进入“睡眠”状态并可切断无线通信单元的部分电源,从而降低功耗。
2.3.2 无线传感器软件层
无线传感器网络的软件层包括三个层次:硬件抽象层、系统服务层和应用层。硬件抽象层用来实现对硬件平台(供电、数据采集、数据处理和无线通信单元)的抽象,为上层屏蔽底层硬件细节,简化系统平台移植。系统服务层包括通信服务、传感服务、能耗管理服务、实时内核等四部分,在这个层次中除了实现操作系统如任务调度、信号量等内核服务外,还将完成各种路由、安全算法的实现,并支持各类通信传输协议。应用层是由用户根据具体应用的需要定义,利用系统服务层提供的接口,能方便的设计出上层软件。
软件层用来控制硬件层,是整个传感器的“大脑”,除了最基本的数据采集和发送之外,根据应用的场合,还需要实现关于网络拓扑、自组织、路由选择、能耗节 约、错误处理、可靠性保证等一系列的算法与设计。对于一些简单的应用可以使用单一循环逻辑的软件来完成。而一些复杂性较高的应用场景就有必要使用针对无线传感器网络特点的嵌入式操作系统。。
2.4 无线传感器网络主要特点 1.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备的地方。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在面积广大的原始森林中,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.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。拟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。
3.动态网络拓扑
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。在某些特殊的应用中,无线传感器网络是移动的,传感器节点可能会因能量消耗完或其他故障而终止工作,这些因素都会使网络拓扑发生变化。
4.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。
2.5 无线传感器网络的发展现状
早在上世纪70年代,就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形,我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展和进步,传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力,并通过与传感控制器的相联,组成了有信息综合和处理能力的传感器网络,这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始,现场总线技术开始应用于传感器网络,人们用其组建智能化传感器网络,大量多功能传感器被运用,并使用无线技术连接,无线传感器网络逐渐形成。
近年来,无线通信技术和微电子技术的不断进步,大大地推动了无线传感器网络的迅猛发展。无线传感器网络是任意部署在一定地理范围内的大量体积微小的传感器节点所组成的自组织网络。这些微小的节点具有数据采集,信号处理和无线通信等功能,彼此通过无线通信,相互协调形成一个智能的传感网络。无线传感器网络通过节点的数据采集和传输,可以在任何时间,任何地点获取对象的信息,对环境的变化具有很强的鲁棒性。因此,通过合理的节点部署和网络设计,无线传感器网络能够在危险,恶劣的环境中执行任务,比如敌方军事报侦察。但是,由于节点本身设计制造成本低,体积微小的特点,单个节点只能携带有限的能量,进行简单的局部信号处理及短距离的无线通信。因此,如何设计高效的分布式信号处理算法以降低网络中能量和带宽的消耗已成为当前无线传感器网络研究的热点问题之一。
3 无线传感器网络的关键技术
无线传感器网络作为当今信息领域新的研究热点,有非常多的关键技术有待发现和研究。而功耗和安全问题对于无线传感器网络来说,是两个最重要的性能指标,所以WSN的关键技术必然以降低网络功耗和确保网络安全为主线。下面介绍网络拓扑控制、数据融合等部分关键技术。
3.1网络拓扑控制
对于自组织的传感器网络而言,网络拓扑控制具有特别重要的意义。通过拓扑控制自动生成的良好的网络拓扑结构,能够提高路由协议和MAC协议的效率,可为数据融合、目标定位等很多方面奠定基础,有利于节省节点的能量来延长网络的生存期。所以,拓扑控制是WSN研究的核心技术之一。WSN拓扑控制目前主要研究的问题是在满足网络覆盖度和连通度的前提下,通过功率控制和骨干网节点选择,剔除节点之间不必要的无线通信链路,生成一个高效的数据转发的网络拓扑结构。拓扑控制分为节点功率控制和层次型拓扑结构控制两个方面。功率控制机制调节网络中每个节点的发射功率,在满足网络连通度的前提下,减少节点的发送功率,均衡节点单跳可达的邻居数目;目前已经提出了以邻居节点度为参考依据的算法,以及利用邻近图思想生成拓扑结构的DRNG和DLSS算法。层次型的拓扑控制利用分簇机制,让一些节点作为簇头,由簇头形成一个处理并转发数据的骨干网,其他非骨干网节点可以暂时关闭通信模块,进入休眠状态以节省能量。
3.2 数据融合
在无线传感器网络中,节点传感器采集数据并将它发送到网络终端。但是在数据的采集和传输过程中,总要对采集的数据进行处理,因此存在如何对采集的数据进行处理、融合的问题。
如果完全在本地节点上处理采集的数据而只发送处理后的结果,可以降低传输数据的功耗,但增加了本地节点处理器的功耗;如果传输原始采集的数据,可以降低节点处理器的功耗但增加了节点传输数据的功耗。因此,如何对采集的数据进行处理与融合对降低节点能耗起到相当大的作用。通常网络中的传感器数量很多,传感器采集的数据具有一定的冗余度,因此将多个节点采集的数据相互结合起来进行处理可以降低整个网络数据的传输量,有效降低系统功耗,问题是如何寻找本地节点处理与节点联合处理的平衡点。
3.3 定位技术
位置信息是传感器节点采集数据中不可缺少的部分,没有位置信息的监测消息通常毫无意义。为了提供有效位置信息,随机部署的传感器节点必须能够在布置后确定自身位置。由于传感器节点存在资源有限、随机部署、通信易受环境干扰甚至节点失效等特点,定位机制必须满足自组织性、健壮性、能量高效、分布式计算等要求。现有的WSN定位算法根据定位机制的不同,可以分为基于测距的方法与不基于测距的方法两类。基于测距的定位机制利用到达时间延迟、信号到达时差和接收信号强度来估计距离或来波方向,然后使用三边测量法或最大似然估计等计算未知节点的位置。而不基于测距的定位机制无需距离或角度信息,或者不用直接测量这些信息,仅根据网络的连通性等信息实现节点的定位。距离无关的定位机制的定位性受环境因素的影响小,虽然定位误差相应有所增加,但定位精度能够满足多数传感器网络应用的需求,是目前大家重点关注的定位机制。
3.4 无线通信技术
传感器网络需要低功耗短距离的无线通信技术。IEEE802.15.4标准是针对低速无线个人域网络的无线通信标准,把低功耗、低成本作为设计的主要目标。由于IEEE802.15.4标准的网络特征与无线传感器网络存在很多相似之处,故很多研究机构把它作为无线传感器网络的无线通信平台。另外,超宽带无线通信以其高速率、低功耗、抗多径、低成本等诸多优势,已成为室内短距离无线网络的首选方案,这为WSN的数据传输开辟了一种崭新的方案。
3.5 时间同步
传感器网络中由于节能策略,节点在大部分时间是休眠的,所以要求解决通信同步问题,即通信节点双方需要在通信时同时唤醒。另外,传感器网络是一个分布式网络,所有节点在通信上地位对等,没有优先级可言。所以要让整个网络能够工作在有效状态,往往需要做到全网或者一定范围内所有节点的同步,而不是通信双方的简单同步。
4 无线传感器网络的应用
虽然无线传感器网络的大规模商业应用,由于技术等方面的制约还有待时日,但是最近几年,随着计算成本的下降以及微处理器体积越来越小,已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。目前无线传感器网络的应用主要集中在以下领域:
4.1 环境的监测和保护
随着人们对于环境问题的关注程度越来越高,需要采集的环境数据也越来越多,无线传感器网络的出现为随机性研究数据的获取提供了便利,并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。比如,英特尔研究实验室研究人员曾经将32个小型传感器连进互联网,以测出缅因州"大鸭岛"上气候的变化情况,用来评价一种海燕巢的条件。无线传感器网络还可以跟踪候鸟和昆虫的迁移,研究环境变化对农作物的影响,监测海洋、大气和土壤的成分等。
4.2 医疗护理
无线传感器网络在医疗研究、护理领域也可以大展身手。罗彻斯特大学的科学家使用无线传感器创建了一个智能医疗房间,使用微尘来测量居住者的重要征兆(血压、脉搏和呼吸)、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况。英特尔公司也推出了无线传感器网络的家庭护理技术,该技术是作为探讨应对老龄化社会的技术项目Center for Aging Services Technologies(CAST)的一个环节开发的。该系统通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体传感器,帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者以及残障人士的家庭生活。利用无线通信将各传感器联网可高效传递必要的信息从而方便接受护理,而且还可以减轻护理人员的负担。英特尔主管预防性健康保险研究的董事EricDishman称,"在开发家庭用护理技术方面,无线传感器网络是非常有前途的领域"。
4.3 军事领域
由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点,使其非常适合应用于恶劣的战场环境中,使其非常适合应用于恶劣的战场环境中,包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资,判断生物化学攻击等多方面用途。美国国防部远景计划研究局已投资几千万美元,帮助大学进行"智能尘埃"传感器技术的研发。哈伯研究公司总裁阿尔门丁格预测:智能尘埃式传感器及有关的技术销售将从2004年的1000万美元增加到2010年的几十亿美元。
4.4 建筑结构监测
无线传感器网络用于监测建筑物的健康状况,不仅成本低廉,而且能解决传统监测布线复杂、线路老化、易受损坏等问题。斯坦福大学提出了基于无线传感器网络的建筑物监测系统,采用基于分簇结构的两层网络系统,传感器节点由EVK915模块和ADXL210加速度传感器构成,分簇首节点由Proxim Rangel LAN2无线调制器和EVK915连接而成。南加州大学的一种监测建筑物的无线传感器网络系统NETSHM,该系统除了监测建筑物的健康状况外,并且能够定位出建筑物受损伤的位置。
4.5 自然灾害的预防
在一些容易发生泥石流、滑坡等自然灾害的地方,使用无线传感网络及时、长期地对这些地方的地形变化、各种环境因素的监测,采集相关数据并进行适当的分析,当灾难将要发生时,我们就可以提前发出预警报告以做好准备或采取相应措施防止它们进一步的发生。
4.6 企业、家庭监控
在企业、家庭布设无线传感网络,可以实时地监控人员的流动和环境的变化,有利于企业、家庭采取有效的安全防护措施和灾难应变措施。此外,国内还出现了大量的其他领域的应用,比如无线传感网络在地下无人采煤安全监测系统的应用,无线传感网络在温室网络信息采集分析系统中的应用。
5.存在的问题
5.1 面临的技术难题
就目前无线传感器网络的技术水平来说,无线传感器网络正常运行并大量投入使用还面临着许多问题:
(1)网络内通信问题
无线传感器网络内正常通信联系中,信号可能被一些障碍物或其他电子信号干扰而受到影响,怎么安全有效的进行通信是个有待研究的问题。
(2)成本问题
在一个无线传感器网络里面,需要使用数量庞大的微型传感器,这样的话成本会制约其发展。
(3)系统能量供应问题
目前主要的解决方案有:使用高能电池;降低传感功率;此外还有传感器网络的自我能量收集技术和电池无线充电技术,其中后两者备受关注。
(4)高效的无线传感器网络结构
无线传感器网络的网络结构是组织无线传感器的成网技术,有多种形态和方式,合理的无线传感器网络可以最大限度的利用资源。在这里面,还包括网络安全协议问题和大规模传感器网络中的节点移动性管理等诸多问题有待解决。
5.2 安全问题
传感器网络多用于军事、商业领域,安全性是其重要的研究内容。由于传感器网络中节点随机部署、网络拓扑的动态性以及信道的不稳定性,使传统的安全机制无法适用。因此需要设计新型的网络安全机制,可借鉴扩频通信、接入认证/鉴权、数据水印、数据加密等技术。目前,保证网络安全性的方法也不少。
(1)借助特殊的无线传感器终端。采用PTD(Personal Trust Device)作为传感器网络的终端,在网络中设立认证服务器来提供传感器需要的服务,而在PTD和服务器之间建立认证和加密体系,只有在服务器注册过的PTD终端才能获得服务,未注册的则不能,从而保证系统安全。通常,这种系统用在家庭环境中.
(2)采用安全罩(Secure Overlay)。采用一种称为SCANv2(Secure Content Addressable Network Version 2)安全内容网络寻址的安全罩,来实现无线传感器网络的安全。SCANv2其实是在盖在实际网络层上的一个虚拟结构,通过采用Hash函数,把实际网络中的节点映射到这个罩空间之上,某一区域或某种功能的节点在罩空间的某一个共同的特定位置。用户在从网络中获取服务时,需要通过相应的安全认证进入罩空间,再进一步通过加密解密过程从这个映射空间进入实际网络中获得所需服务。
6 结束语
无线传感器网络是一种新的信息获取和处理技术,在特殊领域,它有着传统技术不可比拟的优势,人们对它的研究尚处于起步阶段。无线传感器网络有着十分广泛的应用前景,它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值,在未来还将在许多新兴领域体现其优越性,如家用、保健、交通等领域。我们可以大胆的预见,将来无线传感器网络将无处不在,将完全融入我们的生活。比如微型传感器网络最终可能将家用电器、个人电脑和其他日常用品同互联网相连,实现远距离跟踪,家庭采用无线传感器网络负责安全调控、节电等,其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。对这些网络的进一步研究,将满足中国未来高技术民用和军事发展的需要,不仅具有重要的社会和经济意义,也具有十分重要的战略意义。
但是,我们还应该清楚的认识到,无线传感器网络才刚刚开始发展,它的技术、应用都还还远谈不上成熟,国内企业应该抓住商机,加大投入力度,推动整个行业的发展。
摘录于网络
C. 无线传感器国内外研究现状请高人指点,谢谢
更小、更廉价的低功耗计算设备代表的“后 PC 时代”冲破了传统台式计算机和高性能服务器的设计模式;普遍的网络化带来的计算处理能力是难以估量的;微机电系统(micro-electro-mechanism system,简称 MEMS)的迅速发展奠定了设计和实现片上系统(system on chip,简称 SOC)的基础.以上 3 方面的高度集成又孕育出了许多新的信息获取和处理模式,传感器网络就是其中一例.随机分布的集成有传感器、 数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成网络,借助于节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号,从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多我们感兴趣的物质现象.在通信方式上,虽然可以采用有线、无线、红外和光等多种形式,但一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络使用,为明确起见,一般称作无线传感器网络.但也不绝对,Berkeley 的 Smart Dust因为可以像尘埃一样悬浮在空中,有效地避免了障碍物的遮挡,因此采用光作为通信介质. 无线传感器网络与传统的无线网络(如 WLAN 和蜂窝移动电话网络)有着不同的设计目标,后者在高度移动的环境中通过优化路由和资源管理策略最大化带宽的利用率,同时为用户提供一定的服务质量保证.在无线传感器网络中,除了少数节点需要移动以外,大部分节点都是静止的.因为它们通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中,能源无法替代,设计有效的策略延长网络的生命周期成为无线传感器网络的核心问题.当然,从理论上讲,太阳能电池能持久地补给能源,但工程实践中生产这种微型化的电池还有相当的难度.在无线传感器网络的研究初期,人们一度认为成熟的Internet技术加上Ad-hoc路由机制对传感器网络的设计是足够充分的,但深入的研究表明:传感器网络有着与传统网络明显不同的技术要求.前者以数据为中心,后者以传输数据为目的.为了适应广泛的应用程序,传统网络的设计遵循着“端到端”的边缘论思想,强调将一切与功能相关
的处理都放在网络的端系统上,中间节点仅仅负责数据分组的转发,对于传感器网络,这未必是一种合理的选择.一些为自组织的 Ad-hoc 网络设计的协议和算法未必适合传感器网络的特点和应用的要求.节点标识(如地址等)的作用在传感器网络中就显得不是十分重要,因为应用程序不怎么关心单节点上的信息;中间节点上与具体应用相关的数据处理、融合和缓存也显得很有必要.在密集性的传感器网络中,相邻节点间的距离非常短,低功耗的多跳通信模式节省功耗,同时增加了通信的隐蔽性,也避免了长距离的无线通信易受外界噪声干扰的影响.这些独特的要求和制约因素为传感器网络的研究提出了新的技术问题.
这是引用软件学报《无线传感器网络》的一段话。
国内做的好的无线传感器网络/物联网:中科院、国防科大、哈工大、西北工业大学等等
国外相当好的:UC Berkeley、mit 、 贝尔实验室、韩国诸多院校、香港科技大学(这个大家都是这么归类的,不是我卖国)等。
提问者可以上中国知网搜EI源刊看一看国内研究现状
再上google学术搜索wsn,如果有条件就直接去sci的搜索平台搜一下研究现状。
D. 无线传感器网络的特点与应用
无线传感器网络是一种新型的传感器网络,其主要是由大量的传感器节点组成,利用无线网络组成一个自动配置的网络系统,并将感知和收集到的信息发给管理部门。目前无线传感器网络在军事、生态环境、医疗和家居方面都有一定应用,未来无线传感器网络的发展前景将是不可估量的。
一、无线传感器网络的特点
(一)节点数量多
在监测区通常都会安置许多传感器节点,并通过分布式处理信息,这样就能够提高监测的准确性,有效获取更加精确的信息,并降低对节点传感器的精度要求。此外,由于节点数量多,因此存在许多冗余节点,这样就能使系统的容错能力较强,并且节点数量多还能够覆盖到更广阔的监测区域,有效减少监测盲区。
(二)动态拓扑
无线传感器网络属于动态网络,其节点并非固定的。当某个节电出现故障或是耗尽电池后,将会退出网络,此外,还可能由于需要而被转移添加到其他的网络当中。
(三)自组织网络
无线传感器的节点位置并不能进行精确预先设定。节点之间的相互位置也无法预知,例如通过使用飞机播散节点或随意放置在无人或危险的区域内。在这种情况下,就要求传感器节点自身能够具有一定的组织能力,能够自动进行相关管理和配置。
(四)多跳路由
无线传感网络中,节点之间的距离通常都在几十到几百米,因此节点只能与其相邻的节点进行直接通信。如果需要与范围外的节点进行通信,就需要经过中间节点进行路由。无线传感网络中的多跳路由并不是专门的路由设备,所有传输工作都是由普通的节点完成的。
(五)以数据为中心
无线传感网络中的节点均利用编号标识。由于节点是随机分布的,因此节点的编号和位置之间并没有联系。用户在查询事件时,只需要将事件报告给网络,并不需要告知节点编号。因此这是一种以数据为中心进行查询、传输的方式。
(六)电源能力局限性
通常都是用电池对节点进行供电,而每个节点的能源都是有限的,因此一旦电池的能量消耗完,就是造成节点无法再进行正常工作。
二、无线传感器网络的应用
(一)环境监测应用
无线传感器可以用于进行气象研究、检测洪水和火灾等,在生态环境监测中具有明显优势。随着我国市场经济的不断发展,生态环境污染问题也越来越严重。我国是一个幅员辽阔、资源丰富的农业大国,因此在进行农业生产时利用无线传感器进行对生产环境变化进行监测能够为农业生产带来许多好处,这对我国市场经济的'不断发展有着重要意义。
(二)医疗护理应用
无线传感器网络通过使用互联网络将收集到的信息传送到接受端口,例如一些病人身上会有一些用于监测心率、血压等的传感器节点,这样医生就可以随时了解病人的病情,一旦病人出现问题就能够及时进行临时处理和救治。在医疗领域内传感器已经有了一些成功案例,例如芬兰的技术人员设计出了一种可以穿在身上的无线传感器系统,还有SSIM(Smart Sensors and Integrated Microsystems)等。
(三)智能家居建筑应用
文物保护单位的一个重要工作就是要对具有意义的古老建筑实行保护措施。利用无线传感器网络的节点对古老建筑内的温度是、湿度、关照等进行监测,这样就能够对建筑物进行长期有效的监控。对于一些珍贵文物的保存,对保护地的位置、温度和湿度等提前进行检测,可以提高展览品或文物的保存品质。例如,英国一个博物馆基于无线传感器网络设计了一个警报系统,利用放在温度底部的节点检测灯光、振动等信息,以此来保障文物的安全[5]。
目前我国基础建设处在高速发展期,建设单位对各种建设工程的安全施工监测越来越关注。利用无线传感器网络使建筑能够检测到自身状况并将检测数据发送给管理部门,这样管理部门就能够及时掌握建筑状况并根据优先等级来处理建筑修复工作。
另外,在家具或家电汇中设置无线传感器节点,利用无线网络与互联网络,将家居环境打造成一个更加舒适方便的空间,为人们提供更加人性化和智能化的生活环境。通过实时监测屋内温度、湿度、光照等,对房间内的细微变化进行监测和感知,进而对空调、门窗等进行智能控制,这样就能够为人们提供一个更加舒适的生活环境。
(四)军事应用
无线传感器网络具有低能耗、小体积、高抗毁等特性,且其具有高隐蔽性和高度的自组织能力,这为军事侦察提供有效手段。美国在20世纪90年代就开始在军事研究中应用无线传感器网络。无线传感器网络在恶劣的战场内能够实时监控区域内敌军的装备,并对战场上的状况进行监控,对攻击目标进行定位并能够检测生化武器。
目前无线传感器网络在全球许多国家的军事、研究、工业部门都得到了广泛的关注,尤其受到美国国防部和军事部门的重视,美国基于C4ISR又提出了C4KISR的计划,对战场情报的感知和信息综合能力又提出新的要求,并开设了如NSOF系统等的一系列军事无线传感器网络研究。
总之,随着无线传感器网络的研究不断深入和扩展,人们对无线传感器的认识也越来越清晰,然而目前无线传感器网络的在技术上还存在一定问题需要解决,例如存储能力、传输能力、覆盖率等。尽管无线传感器网络还有许多技术问题待解决使得现在无法广泛推广和运用,但相信其未来发展前景不可估量。
E. 请问谁知道无线传感器网络有哪些用途,谢谢!
无线传感器网络的主要用途 :
1.环境监测
随着人们对于环境问题的关注程度越来越高,需要采集的环境数据也越来越多,无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利,并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。比如,英特尔研究实验室研究人员曾经将32个小型传感器连进互联网,以读出缅因州"大鸭岛"上的气候,用来评价一种海燕巢的条件。无线传感器网络还可以跟踪候鸟和昆虫的迁移,研究环境变化对农作物的影响,监测海洋、大气和土壤的成分等。此外,它也可以应用在精细农业中,来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。
2.医疗护理
罗彻斯特大学的科学家使用无线传感器创建了一个智能医疗房间,使用微尘来测量居住者的重要征兆(血压、脉搏和呼吸)、睡觉姿势以及每天24小时的活动状况。英特尔也推出了基于WSN的家庭护理技术。该技术是做为探讨应对老龄化社会的技术项目Center for Aging Services Technologies(CAST)的一个环节开发的。该系统通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体传感器,帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者以及残障人士的家庭生活。利用无线通信将各传感器联网可高效传递必要的信息从而方便接受护理。而且还可以减轻护理人员的负担。英特尔主管预防性健康保险研究的董事Eric Dishman称,"在开发家庭用护理技术方面,无线传感器网络是非常有前途的领域"。
3.军事领域
由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点,使其非常适合应用于恶劣的战场环境中,使其非常适合应用于恶劣的战场环境中,包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资,判断生物化学攻击等多方面用途。美国国防部远景计划研究局已投资几千万美元,帮助大学进行"智能尘埃"传感器技术的研发。哈伯研究公司总裁阿尔门丁格预测:智能尘埃式传感器及有关的技术销售将从2004年的1000万美元增加到2010年的几十亿美元。
目标跟踪
DARPA支持的Sensor IT项目探索如何将WSN技术应用于军事领域,实现所谓“超视距”战场监测。UCB的教授主持的Sensor Web是Sensor IT的一个子项目。原理性地验证了应用WSN进行战场目标跟踪的技术可行性,翼下携带WSN节点的无人机(UAV)飞到目标区域后抛下节点,最终随机布撤落在被监测区域,利用安装在节点上的地震波传感器可以探测到外部日标,如坦克、装甲车等,并根据信号的强弱估算距离,综合多个节点的观测数据,最终定位目标,并绘制出其移动的轨迹。虽然该演示系统在精度等方面还远达不到装备部队用于实战的要求,这种战场侦察模式尚未应用于实战,但随着美国国防部将其武器系统研制的主要技术目标从精确制导转向目标感知与定位,相信WSN提供的这种新颖的战场侦察模式会受到军方的关注。
4.其他用途
WSN还被应用于一些危险的工业环境如井矿、核电厂等,工作人员可以通过它来实施安全监测。也可以用在交通领域作为车辆监控的有力工具。此外和还可以在工业自动化生产线等诸多领域,英特尔正在对工厂中的一个无线网络进行测试,该网络由40台机器上的210个传感器组成,这样组成的监控系统将可以大大改善工厂的运作条件。它可以大幅降低检查设备的成本,同时由于可以提前发现问题,因此将能够缩短停机时间,提高效率,并延长设备的使用时间。尽管无线传感器技术仍处于初步应用阶段,但已经展示出了非凡的应用价值,相信随着相关技术的发展和推进,一定会得到更大的应用。
F. 无线传感器网络和嵌入式系统开发这两个研究方向,哪一个更有前途
嵌入式系统开发更好找工作,信我的没错,无线传感器网络太偏技术一般不好找,嵌入式的东西现在越来越多,以后更是所以肯定好找工作