Ⅰ 無線感測器網路的組成（三個部分，詳細介紹）
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無線感測器網路組成和特點
發表時間：2012-11-14 14:28:00
文章出處：感測器專家網
相關專題：感測器基礎
無線感測器網路的構想最初是由美國軍方提出的，美國國防部高級研究所計劃署(DARPA)於1978年開始資助卡耐基-梅隆大學進行分布式感測器網路的研究，這被看成是無線感測器網路的雛形。從那以後，類似的項目在全美高校間廣泛展開，著名的有UCBerkeley的SmartDuST項目，UCLA的WINS項目，以及多所機構聯合攻關的SensIT計劃，等等。在這些項目取得進展的同時，其應用也從軍用轉向民用。在森林火災、洪水監測之類的環境應用中，在人體生理數據監測、葯品管理之類的醫療應用中，在家庭環境的智能化應用以及商務應用中都已出現了它的身影。目下，無線感測器網路的商業化應用也已逐步興起。美國Crossbow公司就利用SMArtDust項目的成果開發出了名為Mote的智能感測器節點，還有用於研究機構二次開發的MoteWorkTM開發平台。這些產品都很受使用者的歡迎。
無線感測器網路可以看成是由數據獲取網路、數據分布網路和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分是集成有感測器、數據處理單元和通信模塊的節點，各節點通過協議自組成一個分布式網路，再將採集來的數據通過優化後經無線電波傳輸給信息處理中心。
因為節點的數量巨大，而且還處在隨時變化的環境中，這就使它有著不同於普通感測器網路的獨特「個性」。首先是無中心和自組網特性。在無線感測器網路中，所有節點的地位都是平等的，沒有預先指定的中心，各節點通過分布式演算法來相互協調，在無人值守的情況下，節點就能自動組織起一個測量網路。而正因為沒有中心，網路便不會因為單個節點的脫離而受到損害。
其次是網路拓撲的動態變化性。網路中的節點是處於不斷變化的環境中，它的狀態也在相應地發生變化，加之無線通信信道的不穩定性，網路拓撲因此也在不斷地調整變化，而這種變化方式是無人能准確預測出來的。
第三是傳輸能力的有限性。無線感測器網路通過無線電波進行數據傳輸，雖然省去了布線的煩惱，但是相對於有線網路，低帶寬則成為它的天生缺陷。同時，信號之間還存在相互干擾，信號自身也在不斷地衰減，諸如此類。不過因為單個節點傳輸的數據量並不算大，這個缺點還是能忍受的。
第四是能量的限制。為了測量真實世界的具體值，各個節點會密集地分布於待測區域內，人工補充能量的方法已經不再適用。每個節點都要儲備可供長期使用的能量，或者自己從外汲取能量(太陽能)。
第五是安全性的問題。無線信道、有限的能量，分布式控制都使得無線感測器網路更容易受到攻擊。被動竊聽、主動入侵、拒絕服務則是這些攻擊的常見方式。因此，安全性在網路的設計中至關重要。
Ⅱ 無線感測器網路的特點及關鍵技術
無線感測器網路的特點及關鍵技術
無線感測器網路被普遍認為是二十一世紀最重要的技術之一，是目前計算機網路、無線通信和微電子技術等領域的研究熱點。下面我為大家搜索整理了關於無線感測器網路的特點及關鍵技術，歡迎參考閱讀！
一、無線感測器網路的特點
與其他類型的無線網路相比，感測器網路有著鮮明的特徵。其主要特點可以歸納如下：
（一）感測器節點能量有限。當前感測器通常由內置的電池提供能量，由於體積受限，因而其攜帶的能量非常有限。如何使感測器節點有限的能量得到高效的利用，延長網路生存周期，這是感測器網路面臨的首要挑戰。
（二）通信能力有限。無線通信消耗的能量與通信距離的關系為E=kdn。其中，參數n的取值為2≤n≤4，n的取值與許多因素有關。但是不管n具體的取值，n的取值范圍一旦確定，就表明，無線通信的能耗是隨著距離的增加而更加急劇地增加的。因此，在滿足網路連通性的要求下，應盡量採用多跳通信，減少單跳通信的距離。通常，感測器節點的通信范圍在100m內。
（三）計算、存儲和有限。一方面為了滿足部署的要求，感測器節點往往體積小；另一方面出於成本控制的目的`，節點的價格低廉。這些因素限制了節點的硬體資源，從而影響到它的計算、存儲和通信能力。
（四）節點數量多，密度高，覆蓋面積廣。為了能夠全面准確的監測目標，往往會將成千上萬的感測器節點部署在地理面積很大的區域內，而且節點密度會比較大，甚至在一些小范圍內採用密集部署的方式。這樣的部署方式，可以讓網路獲得全面的數據，提高信息的可靠性和准確性。
（五）自組織。感測器網路部署的區域往往沒有基礎設施，需要依靠感測器節點協同工作，以自組織的方式進行網路的配置和管理。
（六）拓撲結構動態變化。感測器網路的拓撲結構通常是動態變化的，例如部分節點故障或電量耗盡退出網路，有新的節點被部署並加入網路，為節約能量節點在工作和休眠狀態間進行切換，周圍環境的改變造成了無線通信鏈路的變化，以及感測器節點的移動等都會導致感測器網路拓撲結構發生變化。
（七）感知數據量巨大。感測器網路節點部署范圍大、數量多，且網路中的每個感測器通常都產生較大的流式數據並具有實時性，因此網路中往往存在數量巨大的實時數據流。受感測器節點計算、存儲和帶寬等資源的限制，需要有效的分布式數據流管理、查詢、分析和挖掘方法來對這些數據流進行處理。
（八）以數據為中心。對於感測器網路的用戶而言，他們感興趣的是獲取關於特定監測目標的真實可靠的數據。在使用感測器網路時，用戶直接使用其關注的事件作為任務提交給網路，而不是去訪問具有某個或某些地址標識的節點。感測器網路中的查詢、感知、傳輸都是以數據為中心展開的。
（九）感測器節點容易失效。由於感測器網路應用環境的特殊性以及能量等資源受限的原因，感測器節點失效（如電池能量耗盡等）的概率遠大於傳統無線網路節點。因此，需要研究如何提高數據的生存能力、增強網路的健壯性和容錯性以保證部分感測器節點的損壞不會影響到全局任務的完成。此外，對於部署在事故和自然災害易發區域的無線感測器網路，還需要進一步研究當事故和災害導致大部分感測器節點失效時如何最大限度地將網路中的數據保存下來，以提供給災害救援和事故原因分析等使用。
二、關鍵技術
無線感測器網路作為當今信息領域的研究熱點，設計多學科交叉的研究領域，有非常多的關鍵技術有待研究和發現，下面列舉若干。
（一）網路拓撲控制。通過拓撲控制自動生成良好的拓撲結構，能夠提高路由協議和MAC協議的效率，可為數據融合、時間同步和目標定位等多方面奠定基礎，有利於節省能量，延長網路生存周期。所以拓撲控制是無線感測器網路研究的核心技術之一。目前，拓撲控制主要研究的問題是在滿足網路連通度的前提下，通過功率控制或骨幹網節點的選擇，剔除節點之間不必要的通信鏈路，生成一個高效的數據轉發網路拓撲結構。
（二）介質訪問控制（MAC）協議。在無線感測器網路中，MAC協議決定無線信道的使用方式，在感測器節點之間分配有限的無線通信資源，用來構建感測器網路系統的底層基礎結構。MAC協議處於感測器網路協議的底層部分，對感測器網路的性能有較大影響，是保證無線感測器網路高效通信的關鍵網路協議之一。感測器網路的強大功能是由眾多節點協作實現的。多點通信在局部范圍需要MAC協議協調其間的無線信道分配，在整個網路范圍內需要路由協議選擇通信路徑。
在設計MAC協議時，需要著重考慮以下幾個方面：
（1）節省能量。感測器網路的節點一般是以干電池、紐扣電池等提供能量，能量有限。
（2）可擴展性。無線感測器網路的拓撲結構具有動態性。所以MAC協議也應具有可擴展性，以適應這種動態變化的拓撲結構。
（3）網路效率。網路效率包括網路的公平性、實時性、網路吞吐量以及帶寬利用率等。
（三）路由協議。感測器網路路由協議的主要任務是在感測器節點和Sink節點之間建立路由以可靠地傳遞數據。由於感測器網路與具體應用之間存在較高的相關性，要設計一種通用的、能滿足各種應用需求的路由協議是困難的，因而人們研究並提出了許多路由方案。
（四）定位技術。位置信息是感測器節點採集數據中不可或缺的一部分，沒有位置信息的監測消息可能毫無意義。節點定位是確定感測器的每個節點的相對位置或絕對位置。節點定位分為集中定位方式和分布定位方式。定位機制也必須要滿足自組織性，魯棒性，能量高效和分布式計算等要求。
（五）數據融合。感測器網路為了有效的節省能量，可以在感測器節點收集數據的過程中，利用本地計算和存儲能力將數據進行融合，取出冗餘信息，從而達到節省能量的目的。
（六）安全技術。安全問題是無線感測器網路的重要問題。由於採用的是無線傳輸信道，網路存在偷聽、惡意路由、消息篡改等安全問題。同時，網路的有限能量和有限處理、存儲能力兩個特點使安全問題的解決更加復雜化了。
;Ⅲ 無線信道的室外宏峰模型一般會在什麼情況下使用
無線信道的室外宏峰模型一般會在以下物蠢此情況下使用：
1. 無線通信系統的規劃和設計。在無線通信系統的規劃和設計中，需要考慮無線信道的傳輸損耗，以確定無線基站的布置和信號覆蓋范圍，此時可以使用室外宏峰模型來描述無線信道傳輸損檔辯耗，預測信號強度和覆蓋范圍。
2. 電磁輻射和大氣污染評估。無線通信基站的安裝和使用可能會對周圍環境造成一定的電磁輻射和大氣污染，此時可以使用室外宏峰模型來評估基站對周圍環境的影響。
3. 無線網路性能評估。在無線網路中，罩迅通信質量和網路性能取決於信道的傳輸質量，此時可以使用室外宏峰模型來預測信道傳輸損耗，進而評估無線網路的性能。
總之，室外宏峰模型是無線通信系統規劃和設計、電磁輻射和大氣污染評估、無線網路性能評估等方面的重要工具之一。
Ⅳ 無線通信收發系統——無線信道的傳播模型（二）
姓名：甄文曄； 學號：20181214260； 學院：通信工程學院
【嵌牛導讀】無線信道的電波傳播模型分為大尺度傳播模型和小尺度傳播模型。小尺度傳播模型主要用來描述非常短的距離（幾個波長）或非常短的時間間隔（秒級）內接收信號強度的快速變化。
【嵌牛鼻子】無線信道的傳播模型——小尺度傳播模型
【嵌牛提問】無線信道的小尺度傳播分類及相應模型是什麼？
【嵌牛正文】
時延擴展和頻率選擇性是由於信號的多徑傳播造成的，它們是同時出現的，只是表現的形式不同。時延擴展體現在時間域，多徑傳播造成信號在時間上的色散，使得接收信號持續時間比發射信號持續時間長；頻率選擇性體現在頻率域，是指信道對發送信號產生濾波作用，使得信號中不同頻率分量的衰落幅度不同。
信號在多徑信道傳播時，由於各個信道的時延不同，將造成接收信號時域上波形的展寬，稱為時延擴展。如圖1.4所示，當發射端發射一個脈沖信號時，由於存在多種不同的傳播路徑，且路徑長度不一樣，則信號到達接收端的時間不同，因此接收信號是由許多不同時延的脈沖組成的。
時延擴展引起頻率選擇性衰落，通常用信道的相干帶寬來定量描述頻率選擇性。時延擴展是由反射及散射傳播路徑引起的現象，而相干帶寬Bc是從RMS時延擴展得出的一個確定關系值。當兩個頻率分量的頻率間隔小於相干帶寬時，它們具有很強的相關性;反之，當兩個頻率分量的頻率間隔大於相干帶寬時，它們之間的相關性很小。
相干帶寬Bc表示包絡相關度為某一特徵值時的信號帶寬，是信道頻率選擇性的測度。相干帶寬與信號帶寬相比越小，信道的頻率選擇性越強；反之，相干帶寬與信號帶寬相比越大,信道的頻率選擇性越弱。
多徑效應在頻域表現為頻率選擇性，即根據傳輸信號帶寬與信道相干帶寬的關系，可以將小尺度衰落分為頻率選擇性衰落和頻率平坦衰落。
如果信道的相干帶寬遠大於發送信號帶寬大，且信道的均方根時延擴展小於發送信號的碼元周期，信道具有頻率相乾性。即當 ，則接收信號的衰落稱為頻率平坦衰落，滿足此條件的信道稱為平坦衰落信道。
在一個平坦衰落信道中，當信號經過信道後，因為各個頻率的衰減狀況是相似的，頻譜仍然可以保持它原本的特性而不會變形，但是多徑效應會引起信道增益的擾動，接收信號的強度是隨時間變化的。平坦衰落信道的對信號的影響如圖1.5所示。
如果信道的相干帶寬小於發送信號帶寬，即信道的均方根時延擴展大於發送信號的碼元周期，接收信號將產生頻率選擇性衰落並引起碼間干擾。即當 接收信號的衰落稱為頻率選擇性衰落，滿足此條件的信道稱為頻率選擇性信道。
頻率選擇性信道的對信號的影響如圖1.6所示。可以看出信號的帶寬大於信道的相干帶寬，而兆困且信道在不同的頻段有不同的增益，接收信號的頻譜發生明顯變化，信號經歷了頻率選擇性衰落。
由於發射端與接收端之間的相對運動，會產生多普勒效應，這就會造成接收信號頻譜族稿念的展寬，此時信道是時變的。信道的時變特性導致信號的時間選擇性衰落，時間選擇性衰落會引起信號失真，敬汪這是因為當發送信號還在傳輸的過程中時，傳輸信道的特性已經發生了變化。
由相對運動引起的接收信號頻率的偏移稱為多普勒頻移，它與相對運動速度成正比。假定接收台接收遠場信源的信號，接收台以速度v運動，Δt時間內移動距離為d，遠場平面波到達方向為θ，那麼相距d的兩點產生的程差為 ，程差引起的多普勒頻移為
由此可見多普勒頻移與接收台的運動速度以及運動方向和電波入射方向之間的夾角有關。
描述多普勒效應的參數有平均多普勒頻移和多普勒擴展，它們都與多普勒功率譜密度S(f)有關。根據電波傳播環境的不同，接收端的多普勒功率譜也不同，常用的多普勒功率譜主要有經典功率譜(Jakes功率譜)Sj(f)，其頻譜形狀如圖1.7所示。定義式為：
相干時間Tc是多普勒效應在時間域上的表現，用來描述信道的時間選擇性，是指信道沖激響應保證一定相關度的時間間隔。在相干時間內，信號經歷的衰落具有很大的相關性；如果基帶信號的帶寬倒數大於信道相干時間，那麼傳輸中基帶信號受到的衰落就會發生變化。
相干時間是信道隨時間變化快慢的測度。相干時間越大，信道變化越慢:相干時間走小，信道變化越快。由於多普勒擴展與相干時間有關，從衰落的角度來看，多普勒擴展弓起的衰落與時間有關，稱之為時間選擇性衰落。