畢業(yè)論文-無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用與發(fā)展

1、<p>　　無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用與發(fā)展</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種全新的信息獲取和信息傳輸技術(shù)，它將傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)融為一體。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)間能夠相互協(xié)作地實(shí)時(shí)感知、監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)的信息，并能夠?qū)λ鶛z測(cè)的信息進(jìn)行相應(yīng)的處理，通過(guò)節(jié)點(diǎn)間的信息傳遞，從

2、而及時(shí)、準(zhǔn)確地將這些信息傳送給上層的監(jiān)控中心。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)融合了傳感技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，是信息技術(shù)領(lǐng)域一種全新的發(fā)展方向。介紹了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)體系，重點(diǎn)研究分析了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的各項(xiàng)關(guān)鍵熱點(diǎn)技術(shù)；介紹了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在實(shí)際生活中的廣泛應(yīng)用；對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。</p><p>　　關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用，關(guān)鍵技術(shù)</p><p><

3、b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1引言1</b></p><p>　　2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的原理及系統(tǒng)特點(diǎn)1</p><p>　　2.1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的原理1</p><p>　　2.2無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)特點(diǎn)3</p><p>　　2.3無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研

4、究所面臨的困難4</p><p>　　3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)5</p><p>　　3.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)5</p><p>　　3.2 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析6</p><p>　　3.3 網(wǎng)絡(luò)支撐技術(shù)分析7</p><p>　　3.4 網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)分析8</p><p&

5、gt;　　4 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域8</p><p>　　4.1 軍事領(lǐng)域8</p><p>　　4.2 環(huán)境檢測(cè)8</p><p>　　4.3 醫(yī)療衛(wèi)生9</p><p>　　4.4 家庭應(yīng)用9</p><p>　　4.5 其他方面的應(yīng)用9</p><p><b>　　5

6、總結(jié)10</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p><b>　　致謝12</b></p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　隨著無(wú)線通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)以及半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展和日益成熟，

7、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）作為具有感知能力、訓(xùn)一算能力和無(wú)線通信能力的新興網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。這種新興的傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本組成單位一一節(jié)點(diǎn)具有能夠相互協(xié)作地實(shí)時(shí)感知、監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或是監(jiān)測(cè)對(duì)象信息的能力，并可以對(duì)這些信息進(jìn)行相應(yīng)的處理，從而獲得詳細(xì)且準(zhǔn)確的信息，最后通過(guò)相關(guān)技術(shù)傳送給需要這些信息的用戶。</p><p>　　由眾多傳感器節(jié)點(diǎn)以移動(dòng)自

8、組網(wǎng)、多跳網(wǎng)絡(luò)（Ad-hoc）方式構(gòu)成的一種新興無(wú)線網(wǎng)絡(luò)即無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。其主要目的是在網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的范圍內(nèi)感知和采集所需要的信息并通過(guò)相關(guān)技術(shù)傳送給監(jiān)測(cè)者。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為涉及多門前沿學(xué)科的一項(xiàng)綜合性技術(shù)，無(wú)論是在軍事領(lǐng)域，還是在民用領(lǐng)域都具有相當(dāng)可觀的應(yīng)用前景，例如軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、空間探索、城市交通的管理、倉(cāng)庫(kù)管理、智能家居等等。</p><p>　　2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的原理及系統(tǒng)特點(diǎn)<

9、;/p><p>　　2.1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的原理</p><p>　　大量無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)互連而成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)志著傳感器向微型化、智能化和無(wú)線通信化等方向的延伸。根據(jù)在使用過(guò)程中是否移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，可將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分為兩種網(wǎng)絡(luò)：靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)。大多數(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)，在這種網(wǎng)絡(luò)中，隨機(jī)地或按一定要求布置在所監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)布置了一定數(shù)量的傳感器節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)用戶的要求，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所監(jiān)測(cè)區(qū)

10、域內(nèi)的溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力等參數(shù)的檢測(cè)。在動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中，一般是在可以移動(dòng)的物體上安置傳感器節(jié)點(diǎn)，檢測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)速度和方向等，如車輛或被監(jiān)測(cè)的動(dòng)物，它將隨物體的移動(dòng)而移動(dòng)。</p><p>　　圖2-1 具有代表性的WSN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　具有代表性的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。由圖可知，傳感器節(jié)點(diǎn)、Sink節(jié)點(diǎn)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、基站、互聯(lián)網(wǎng)等部分組成了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

11、。通常，為了能夠獲得較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，在所檢測(cè)的環(huán)境區(qū)域內(nèi)布置高密度的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，并目_在不同的分布區(qū)域內(nèi)可能需要組建多個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)。通常，是一種微型嵌入式系統(tǒng)設(shè)備可以構(gòu)成無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，它集傳感器、控制器和無(wú)線通信模塊十一體，它能夠在資源有限的形式下進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，處理以及無(wú)線通信等操作。Sink節(jié)點(diǎn)同傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)具有相似的功能。Sink節(jié)點(diǎn)由于要把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)程控制節(jié)點(diǎn)，因此它通常具有較高的電能和較高的發(fā)射功率。傳輸網(wǎng)絡(luò)作為

12、一個(gè)局部網(wǎng)絡(luò)的作用是協(xié)同各個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的Sink節(jié)點(diǎn)、綜合網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)信息。一臺(tái)能夠和互聯(lián)網(wǎng)相連的計(jì)算機(jī)成為基站，接收傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送過(guò)來(lái)的所有數(shù)據(jù)，并由它收集并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理中心，同時(shí)基站還擁有一個(gè)緩存最新的傳感數(shù)據(jù)的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)副本，能夠?qū)鞲袛?shù)據(jù)的口志保存到本地的數(shù)據(jù)庫(kù)中。遠(yuǎn)程服務(wù)器可以向科研人員提供接入互聯(lián)網(wǎng)終端的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)，并進(jìn)一步分析處理傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的初級(jí)數(shù)據(jù)。</p><p>

13、　　根據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信模式可將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分為兩類典型的應(yīng)用模式，分別是由傳感器節(jié)點(diǎn)將監(jiān)測(cè)環(huán)境中發(fā)生的事件或環(huán)境變化的狀態(tài)報(bào)告給監(jiān)控中心，稱為多到一的通信模式；由監(jiān)控中心向所監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)布命令，傳感器節(jié)點(diǎn)在接收到命令后執(zhí)行相關(guān)命令并向監(jiān)控中心發(fā)送相應(yīng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，稱之為一到多的通信模式。兩者相比較而言，多到一的通信模式的數(shù)據(jù)量較一對(duì)多的通信模式大。</p><p>　　雖然無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用十不

14、同的環(huán)境中，但是其節(jié)點(diǎn)都具有相似的構(gòu)架，可以將節(jié)點(diǎn)劃分成數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)傳輸單元和供電單元這四部分，具體的傳感器節(jié)點(diǎn)組成框圖如圖2-2所示。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集單元 數(shù)據(jù)處理單元 數(shù)據(jù)傳輸單元</p><p>　　圖2-2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成框圖</p><p>　　數(shù)據(jù)采集單元負(fù)責(zé)使用傳感器對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)

15、的信息進(jìn)行采集；數(shù)據(jù)處理單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析、處理和存儲(chǔ)功能；數(shù)據(jù)傳輸單元負(fù)責(zé)低功耗短距離節(jié)點(diǎn)間的通信；供電單元為其他各個(gè)單元提供所需要的電能以保證各個(gè)單元電路的正常工作。</p><p>　　2.2無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)特點(diǎn)</p><p>　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)往往都是通過(guò)多跳形式完成通信的，大部分節(jié)點(diǎn)既有數(shù)據(jù)采集功能也有路由功能。它具有無(wú)中心、自組織、自動(dòng)配置、自動(dòng)路由等特點(diǎn)。在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)

16、模型中，只有移動(dòng)的Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)（Mobile Ad-hoc Network，MANET）與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最為接近。例如：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠际莿?dòng)態(tài)可變的，能量都十分有限，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間通信都是通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行聯(lián)系的等等。然而，由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自身特點(diǎn)以及應(yīng)用不同決定了它與傳統(tǒng)的Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)具有以下不同的特點(diǎn)。</p><p>　?。?）由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)布置了大量的傳感器節(jié)點(diǎn)，所以在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模方面要比

17、傳統(tǒng)的Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)大的多。因?yàn)椴贾玫墓?jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，所以在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)沒(méi)有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)（ID）。</p><p>　?。?）為了能夠獲得較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)環(huán)境中一般要求布置高密度的節(jié)點(diǎn)。所以具有網(wǎng)絡(luò)分布密度大的特點(diǎn)。</p><p>　?。?）由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，節(jié)點(diǎn)的電池一般不能更換，能源具有不可替代性。所以電源能量受到限制是其嚴(yán)重問(wèn)題。&

18、lt;/p><p>　　（4）節(jié)點(diǎn)需要對(duì)檢測(cè)到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，存儲(chǔ)。在考慮低成本的情況下，其節(jié)點(diǎn)的能量、計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力都受到很大的限制。</p><p>　　（5）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)主要流向數(shù)據(jù)處理中心并集中在數(shù)據(jù)處理中心，而且流向處理中心的數(shù)據(jù)量一般情況下都大于相反方向的流量，從而導(dǎo)致流量不均衡的特點(diǎn)。</p><p>　　（6）與以傳輸數(shù)據(jù)為中心的傳統(tǒng)網(wǎng)

19、絡(luò)相比，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信息轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)不但負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理，使其中間節(jié)點(diǎn)具有雙重功能。</p><p>　?。?）節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)具有很大的相似性，網(wǎng)絡(luò)中的冗余程度較大。</p><p>　　2.3無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究所面臨的困難</p><p>　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種能通過(guò)無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的自組織分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)，其是針對(duì)某種

20、數(shù)據(jù)采集需求而專門建立的，其數(shù)據(jù)速率低，且由于要滿足低成本、低功耗、體積小、野外部署等要求，與一般的網(wǎng)絡(luò)相比具有數(shù)據(jù)處理慢、存儲(chǔ)空間小、覆蓋范圍廣、節(jié)點(diǎn)布置密度高、通信能力有限、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻繁感知數(shù)據(jù)流巨大等特點(diǎn)。使得對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究存在以下困難：</p><p><b>　　（1）通信能力有限</b></p><p>　　由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)占用的通信帶寬

21、窄容易受到外界噪聲的影響，其通信距離只有幾十到幾百米，而且節(jié)點(diǎn)之間的通信容易出現(xiàn)斷接，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)之間通信失敗。在惡劣自然環(huán)境下甚至出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間的脫離網(wǎng)絡(luò)，離線工作。</p><p>　?。?）電池續(xù)航能力有限</p><p>　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電池續(xù)航能力是一個(gè)制約性問(wèn)題。由于大部分的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要布置在野外等特殊環(huán)境，大多數(shù)的節(jié)點(diǎn)會(huì)由于能源耗光問(wèn)題，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)失效。如何減小節(jié)點(diǎn)功耗，提

22、高節(jié)點(diǎn)工作時(shí)間成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。雖然從理論上可以用太陽(yáng)能電池補(bǔ)給電能，但是在實(shí)際工程中還有很大的難度。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)處理能力有限</p><p>　　雖然無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)合了嵌入式技術(shù)并具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能等，但是由于自身的功能限制，其數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)都受到限制。</p><p><b>　?。?）動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)</b></p&

23、gt;<p>　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器、感知對(duì)象和觀察者都可能具有移動(dòng)性，使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有動(dòng)態(tài)性，再加上經(jīng)常有新的節(jié)點(diǎn)加入或由于電源耗盡導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的失效，從而使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆S時(shí)可能發(fā)生變化。</p><p><b>　?。?）成本問(wèn)題</b></p><p>　　由于無(wú)線傳感器由大量的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，其成本問(wèn)題將會(huì)在很大程度上制約它的發(fā)展。<

24、/p><p>　　3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　3.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)</p><p>　　要解決無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的通信能力有限、數(shù)據(jù)流量不均衡以及數(shù)據(jù)融合等問(wèn)題，就要設(shè)計(jì)和選擇合適的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。</p><p>　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般采用分層的通信體系結(jié)構(gòu)，其通信體系結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。由圖可以看出其通信結(jié)構(gòu)主要

25、由通信協(xié)議、WSN管理和支撐技術(shù)構(gòu)成，該結(jié)構(gòu)圖清晰的描述了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)組成中各部分的邏輯關(guān)系。</p><p>　　圖3-1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.2 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析</p><p>　　無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要是由物理層?數(shù)據(jù)鏈路層?網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層組成?物理層:主要功能是信道頻率選擇,無(wú)線信號(hào)的監(jiān)測(cè)?數(shù)據(jù)的發(fā)送與接受等?物理層的

26、設(shè)計(jì)目標(biāo)是以盡可能少的減少能量消耗獲得較大的鏈路容量?目前使用的頻段有3個(gè):2.4GHz頻段?915MHz頻段?868MHz頻段?其中目前廣泛應(yīng)用的頻段是915MHz頻段?</p><p>　　數(shù)據(jù)鏈路層:分為媒體訪問(wèn)控制層(MAC層)和邏輯鏈路層(LLC層)兩部分?這一層的主要功能是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的多路復(fù)用,數(shù)據(jù)幀的監(jiān)測(cè),媒介訪問(wèn)和差錯(cuò)控制,確保通信的可靠連接?其中MAC協(xié)議決定了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中無(wú)線信道的使用方式,

27、在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間分配有限的無(wú)線通信資源,用來(lái)構(gòu)造傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的底層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)?在MAC協(xié)議的研究中重要考慮節(jié)省能量?可擴(kuò)展性?公平性?利用率和實(shí)時(shí)性等方面?射頻模塊是節(jié)點(diǎn)中最大的耗能部件,是優(yōu)化的主要目標(biāo),MAC協(xié)議直接控制射頻模塊,對(duì)節(jié)點(diǎn)功耗有重要影響?因此MAC協(xié)議一般采用了“偵聽(tīng)\休眠”交替的信道偵聽(tīng)機(jī)制,節(jié)點(diǎn)空閑時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為休眠狀態(tài),以減少空閑偵聽(tīng)消耗能量?所以我們可以根據(jù)協(xié)議中減少數(shù)據(jù)碰撞和串音現(xiàn)象采用不同的方法,將MAC協(xié)議分

28、為3類:第一類利用時(shí)分復(fù)用(TDMA)機(jī)制的MAC協(xié)議,比較典型的協(xié)議有DEANA協(xié)議?TRAMA協(xié)議?DMAC協(xié)議等;第二類利用頻分復(fù)用(FDMA)機(jī)制和碼分復(fù)用(CDMA)機(jī)制的MAC協(xié)議,典型的協(xié)議有SMACS/EAR協(xié)議;第三類通過(guò)無(wú)線信道的隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的MAC協(xié)議,典型的協(xié)議有S-MAC協(xié)議?T-MAC協(xié)議等?</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)層:主要負(fù)責(zé)路由發(fā)現(xiàn)?路由轉(zhuǎn)發(fā)和維護(hù)?在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中,路由協(xié)議對(duì)于

29、能量消耗?魯棒性和擴(kuò)展性等都起著非常重要的作用?由于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)資源的局限性,路由協(xié)議在設(shè)計(jì)上不能執(zhí)行非常復(fù)雜的計(jì)算,不能在節(jié)點(diǎn)設(shè)備上保存太多的狀態(tài)信息?當(dāng)前,路由協(xié)議根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以劃分為平面路由協(xié)議和分級(jí)路由協(xié)議?而在分級(jí)路由協(xié)議中最典型的是針對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的低能耗所設(shè)計(jì)的低能量自適應(yīng)分群協(xié)議(LEACH協(xié)議)和門限敏感的傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)能協(xié)議(TEEN)等?</p><p>　　傳輸層:主要負(fù)責(zé)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所

30、采集的數(shù)據(jù)信息提供給外部網(wǎng)絡(luò)?由于節(jié)點(diǎn)能量和存儲(chǔ)能量的局限性,傳輸層協(xié)議的設(shè)計(jì)存在一定的難度,當(dāng)前的這個(gè)方面的研究仍然處于探索階段?許多研究機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的模型一般是由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(SINK)來(lái)收集無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)信息,然后通過(guò)衛(wèi)星?移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)?Internet和外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信?</p><p>　　3.3 網(wǎng)絡(luò)支撐技術(shù)分析</p><p>　　目前,在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的中針對(duì)網(wǎng)絡(luò)支撐技術(shù)的研究主

31、要集中在定位技術(shù)和時(shí)間同步技術(shù)上?</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù):和傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相比,無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)與實(shí)際物理世界建立了緊密的聯(lián)系,在進(jìn)行采集信息數(shù)據(jù)時(shí)必須確定位置,這樣數(shù)據(jù)才有實(shí)際意義?所以,定位技術(shù)在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中占有非常重要的地位?定位信息除了報(bào)告事件發(fā)生的地點(diǎn)外,還具有很多用途,如:</p><p>　　目標(biāo)跟蹤?路由協(xié)助和網(wǎng)絡(luò)管理等等?定位技術(shù)中根據(jù)是否測(cè)量實(shí)際節(jié)點(diǎn)間的

32、距離將傳感網(wǎng)絡(luò)的定位算法分為基于距離的定位算法和距離無(wú)關(guān)的定位算法?基于距離的定位算法需要測(cè)量相鄰節(jié)點(diǎn)間的絕對(duì)距離,并利用節(jié)點(diǎn)間的實(shí)際距離來(lái)計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)的位置?采用這種機(jī)制的典型定位算法有基于TOA的定位協(xié)議,基于TDOA的定位協(xié)議以及基于AOA的定位協(xié)議等?距離無(wú)關(guān)的定位算法利用節(jié)點(diǎn)間的估計(jì)距離來(lái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置?采取這種機(jī)制的典型算法有質(zhì)心算法?DV-Hop算法?APIT算法和Amorphous算法等?</p><p

33、>　　時(shí)間同步技術(shù):傳感網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的本地時(shí)鐘,由于各節(jié)點(diǎn)的晶體振蕩器頻率存在偏差,所以傳感網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際應(yīng)用中就必須采用時(shí)間同步機(jī)制將網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)的本地時(shí)鐘調(diào)整為統(tǒng)一的時(shí)間?時(shí)間同步機(jī)制是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)關(guān)鍵支撐技術(shù)?對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步的研究主要集中在兩個(gè)方面:一是盡量減少同步算法對(duì)時(shí)間服務(wù)器及信道質(zhì)量的依賴,縮短可能引起同步誤差的關(guān)鍵路徑,從而提高同步精度;二是從能耗角度,研究節(jié)能,高效的同步算法?目前時(shí)間同步

34、算法中最典型的有RBS協(xié)議?TPSN協(xié)議和FTSP協(xié)議等?</p><p>　　3.4 網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)分析</p><p>　　在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用中必不可少的就是對(duì)采集的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和處理?對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)而言,無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)可以視為是一種分布式數(shù)據(jù)庫(kù),以數(shù)據(jù)庫(kù)的方法來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理,可以將存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)的邏輯視圖和網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分離?目前,在許多研究機(jī)構(gòu)中主要集中在半分布式結(jié)構(gòu)方

35、面?美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的TinyDB系統(tǒng)和Cornell大學(xué)的Cougar系統(tǒng)是目前最具有代表性的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。</p><p>　　4 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)不同類型的傳感器節(jié)點(diǎn)(例如:溫濕度感應(yīng)器,光度感應(yīng)器,圖像獲取感應(yīng)器,聲波感應(yīng)器等等)對(duì)特定環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控,采集和獲取監(jiān)控環(huán)境的信息,以便我們采取有效的控制措施?目前,傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣

36、泛的應(yīng)用于軍事?商業(yè)?環(huán)境?醫(yī)療等各領(lǐng)域?隨著技術(shù)不斷的成熟,將深入到我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)領(lǐng)域?</p><p><b>　　4.1 軍事領(lǐng)域</b></p><p>　　最早提出的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用就是在軍事領(lǐng)域方面?應(yīng)用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)好處在于它能代替防御邊界上的警衛(wèi)和崗哨,通過(guò)在邊界設(shè)置大量的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn),士兵可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)上特定的傳感器設(shè)備實(shí)時(shí)采集獲取邊界的各種

37、信息?在地雷中采用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)后,這些地雷將和一般殺傷性地雷一樣具有殺傷力,但是可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)獲取當(dāng)前的信息,戰(zhàn)后也可以通過(guò)實(shí)時(shí)的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理?無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)還可以用于目標(biāo)定位和識(shí)別目標(biāo)以防范可能的襲擊,還可通過(guò)定位友軍部隊(duì)和無(wú)人駕駛車輛來(lái)協(xié)助進(jìn)攻?戰(zhàn)后我們也可以通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)中的核污染?環(huán)境破壞進(jìn)行評(píng)估?</p><p><b>　　4.2 環(huán)境檢測(cè)</b></p&

38、gt;<p>　　隨著人們對(duì)于環(huán)境的日益關(guān)注,環(huán)境科學(xué)所涉及的范圍越來(lái)越廣泛,通過(guò)傳統(tǒng)方式采集原始數(shù)據(jù)是一件非常困難的工作?無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為野外環(huán)境隨機(jī)性的研究提供了方便?</p><p>　　WSN在環(huán)境方面的應(yīng)用包括:跟蹤鳥(niǎo)類運(yùn)動(dòng);監(jiān)測(cè)影響莊稼和牲畜的環(huán)境條件;在海洋?陸地?大氣里進(jìn)行生物?地球和環(huán)境監(jiān)視;森林火災(zāi)監(jiān)測(cè);氣象和地球物理的研究;洪災(zāi)監(jiān)測(cè);污染研究等?加州大學(xué)伯克利分校利用傳感器網(wǎng)絡(luò)

39、監(jiān)控大鴨島(Great Duck Island)的生態(tài)環(huán)境,在島上部署了一個(gè)多層次的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),用來(lái)監(jiān)測(cè)島上海燕的生活習(xí)性?</p><p><b>　　4.3 醫(yī)療衛(wèi)生</b></p><p>　　應(yīng)用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療和健康護(hù)理方面的應(yīng)用包括監(jiān)控患者和醫(yī)生的行為,監(jiān)測(cè)病人身體里的各種生理數(shù)據(jù)等?如果在住院病人身上安裝特殊用途的傳感器節(jié)點(diǎn),如血壓和心率監(jiān)測(cè)設(shè)備,利用無(wú)

40、線傳感網(wǎng)絡(luò)醫(yī)生就可以隨時(shí)了解被監(jiān)護(hù)病人的病情,發(fā)現(xiàn)異常能夠迅速搶救?還可以利用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)地收集人體的生理數(shù)據(jù),分析這些數(shù)據(jù)信息不僅可以了解人體活動(dòng)機(jī)理,而且可以用在新藥品的研制中?隨著無(wú)線傳感技術(shù)發(fā)展的日益成熟,無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)將成為遠(yuǎn)程醫(yī)療提供更加快捷?便利的技術(shù)基礎(chǔ)?</p><p><b>　　4.4 家庭應(yīng)用</b></p><p>　　隨著無(wú)線傳感技術(shù)的進(jìn)

41、步,智能傳感器節(jié)點(diǎn)安裝在一些家電和家居里,將為人們提供更加舒適?方便和更具人性化的智能家居環(huán)境?比如:真空吸塵器?微波爐?冰箱和錄像機(jī)內(nèi)安裝特定的傳感器設(shè)備,這些傳感器之間相互協(xié)作并通過(guò)因特網(wǎng)或通信衛(wèi)星與外部網(wǎng)絡(luò)交互?這樣就允許終端用戶更加容易地遙控家用產(chǎn)品,通過(guò)圖像傳感器設(shè)備隨時(shí)監(jiān)控家里的安全?</p><p>　　4.5 其他方面的應(yīng)用</p><p>　　在工業(yè)上,無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)主要用

42、于對(duì)大型設(shè)備的監(jiān)控,以掌握設(shè)備的運(yùn)行情況或者設(shè)備所處環(huán)境的情況,從而實(shí)時(shí)掌握當(dāng)前設(shè)備的工作狀態(tài),避免一些重大的安全隱患?無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能交通領(lǐng)域也有著很大的應(yīng)用前景,通過(guò)在道路兩側(cè)安放傳感器節(jié)點(diǎn),構(gòu)造無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲取交通信息,從而實(shí)現(xiàn)交通控制?交通誘導(dǎo)?緊急車輛優(yōu)先?停車場(chǎng)信息提供?不停車收費(fèi)?事故避免等智能交通的特色功能?</p><p><b>　　5總結(jié)</b></p&g

43、t;<p>　　無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)將在未來(lái)有著十分廣泛的應(yīng)用,可以涉及到人類生活的方方面面,所以目前很多國(guó)家的高校和研究機(jī)構(gòu)都開(kāi)展了大量的研究工作?由于傳感網(wǎng)絡(luò)是一門新興技術(shù),我國(guó)與國(guó)際水平差距不大,所以及時(shí)開(kāi)展這項(xiàng)技術(shù)的深入研究對(duì)整個(gè)國(guó)家都有重大的戰(zhàn)略意義,隨著今后信息技術(shù)的發(fā)展,關(guān)于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的若干關(guān)鍵問(wèn)題都將被解決,其必將對(duì)21世紀(jì)人類的生活產(chǎn)生重大的影響</p><p><b>　　參

44、考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]牟連佳,牟連泳. 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)及其在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用研究[J]. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2005,01:3-5.</p><p>　　[2]何大宇,韋銥,徐英鵬. ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)療應(yīng)用研究[J]. 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,03:355-360.</p><p>　　[3]何龍,聞?wù)湎?楊海清

45、,何勇. 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J]. 農(nóng)機(jī)化研究,2010,12:236-239.</p><p>　　[4]張婷婷. 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 科技信息,2011,02:231.</p><p>　　[5]彭孝東,張鐵民,陳瑜,李繼宇. 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J]. 農(nóng)機(jī)化研究,2011,08:245-248.</p><p>

46、　　[6]鄧宏. 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 文物保護(hù)與考古科學(xué),2011,03:60-65.</p><p>　　[7]陽(yáng)韜. 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析和應(yīng)用展望[J]. 軟件導(dǎo)刊,2011,09:115-117.</p><p>　　[8]馮友兵,張榮標(biāo),谷國(guó)棟. 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在節(jié)水灌溉中的應(yīng)用研究[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電,2007,02:24-26.</p&

47、gt;<p>　　[9]桑海泉,康榮學(xué). 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在安全生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2007,05:51-54.</p><p>　　[10]馬善偉,劉赟. 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在船舶機(jī)艙中的應(yīng)用研究[J]. 上海造船,2008,01:34-36.</p><p>　　[11]趙祖明,李歧強(qiáng),王榮麗. 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)與模糊控制在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 照明工程

48、學(xué)報(bào),2014,02:102-106.</p><p>　　[12]歐書琴,陳軍. 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究綜述與發(fā)展前景[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù),2013,33:7418-7419.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在此，衷心感謝我的畢業(yè)論文老師，在老師的耐心指導(dǎo)下，經(jīng)過(guò)奮戰(zhàn)，我終于完成了本畢業(yè)論文。沒(méi)有她的耐心輔導(dǎo)，

49、我的論文將無(wú)從談起，每當(dāng)我遇到困難的時(shí)候，是她在我身邊耐心地指導(dǎo)，并指引我走進(jìn)新的領(lǐng)域，讓我由陌生到熟悉，從而學(xué)到了許多平時(shí)在課堂上沒(méi)有學(xué)到的東西。我要感謝那些曾經(jīng)、現(xiàn)在或者將來(lái)工作在這一領(lǐng)域的人，他們鍥而不舍的精神一直是我前進(jìn)的動(dòng)力，正是借鑒了他們積累的豐富知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，我才能順利完成這篇論文。 </p><p>　　另外，還要特別感謝我的家人，你們時(shí)刻關(guān)心我，是你們給了我學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì),是你們時(shí)時(shí)刻刻為我鼓勁、為我