容错性无线传感器网络

‘壹’ 无线传感器网络中edge weights是什么意思

无线传感器网络中edge weights的意思是边的权重。

无线传感器网络的含义：线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。

无线传感器网络的特点：

1. 大规模。无传感器网络的大规模性具有如下优点：通过不同空间视角获得的信息具有更大的信价比；通过分布式处理大量的采集信息能够提高监测的精确度，降低对单个节点传感器的精度要求；大量冗余节点的存在，使得系统具有很强的容错性能；大量节点能够增大覆盖的监测区域，减少洞穴或者盲区。

2. 自组织。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。

3. 动态性。传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变：①环境因素或电能耗尽造成的传感器节点故障或失效；②环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；③传感器网络的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性；④新节点的加入。这就要求传感器网络系统要能够适应这种变化，具有动态的系统可重构性。

4. 可靠性。传感器网络的通信保密性和安全性也十分重要，要防止监测数据被盗取和获取伪造的监测信息。因此，传感器网络的软硬件必须具有鲁棒性和容错性。

5. 集成化。传感器节点的功耗低，体积小，价格便宜，实现了集成化。其中，微机电系统技术的快速发展为无线传感器网络接点实现上述功能提供了相应的技术条件，在未来，类似“灰尘”的传感器节点也将会被研发出来。

6. 具有密集的节点布置。在安置传感器节点的监测区域内，布置有数量庞大的传感器节点。通过这种布置方式可以对空间抽样信息或者多维信息进行捕获，通过相应的分布式处理，即可实现高精度的目标检测和识别。

‘贰’ 无线传感器网络的特点与应用

无线传感器网络的特点与应用

无线传感器网络简称WSN，它综合了现代无线网络通信技术、传感器技术、计算机技术等，其应用十分广泛。下面是我为大家搜索整理的关于无线传感器网络的特点与应用，欢迎参考阅读，希望对大家有所帮助!想了解更多相关信息请持续关注我们应届毕业生培训网!

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。

;

‘叁’ wsn是什么意思

1、WSN的全称是无线传感器网络，无线传感器网络是一种分布式传感网络，它的末梢是一种传感器，WSN中的传感器可以通过无线方式通信，因此网络设置灵活、设备位置也可以随时更改；

无线传感器网络所具有的众多类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。潜在的应用领域可以归纳为：军事、航空、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域。传感器网络的大规模性具有如下优点：通过不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比；通过分布式处理大量的采集信息能够提高监测的精确度，降低对单个节点传感器的精度要求；大量冗余节点的存在，使得系统具有很强的容错性能；大量节点能够增大覆盖的监测区域，减少洞穴或者盲区。

‘肆’ 多跳通信的优缺点

1、网络规模大（节点数量多）

例如：对森林、草原进行防火监控、野生动物活动情况监测、坏境监测往往要布置大量的无线传感

器节点，布设范围也远远超过一般的局域网范围。（工控）

布置大量的无线传感器节点的优点：

(1)提高整体监测的精确度

(2)降低对单个节点的精确要求

(3)大量冗余节点的存在使得系统有较强的容错性。

2、 自组织网络

与局部网的布设不同，无线传感器节点额位置布设前不能事先确定(飞机撒布、人员随机布设)，节点之间的互相邻居关系也不能事先确定。

要求无线传感器节点具有自组织能力，能够自动进行配置管理。实现的方法是通过拓扑控制机制和网络路由协议自动形成能够转发数据的多跳无线网络系统。

3、动态性网络

无线传感器网络的拓扑结构经常改变。原因：

(1)被动改变：传感器节点电能耗尽；环境变化造成通信故障；传感器节点本身出现故障。

(2)主动改变：增加新节点；根据路由算法的优化做出的改变。

4、可靠性强

(1)传感器节点本身硬件结构可靠

布设时：可能通过飞机撒模猛败布，人员随机撒布

工作时：风吹、日晒、雨林、严寒、酷暑。

维护性 ：维护十分困难(几乎不可能)。

(2)网络结构可靠（电容的作用）

自组织网、动态性保证基本的信息传输正常。

(3)软件可靠

(4)信息保密性强

5、以数据为中心

在互联网中终端、主机、路由器、服务器等设备都有自己的IP地址。想访问互联网中资源，必须先知道存放资旦颤源的服务器的IP地址。所以互联网是一个以地址为中心的网络。而无线传感器网络是任务型网络。

在WSN中，节点虽然也有编号。但是编号是否在整个WSN中知伏统一取决于具体需要。另外节点编号与节点位置之间也没有必然联系。用户使用WSN查询事件时，将关心的事件报告给整个网络而不是某个节点。许多时候只关心结果数据如何，而不关心是哪个节点发出的数据。

WSN采用微型传感器节点采集信息，各节点间具有自组织和协同工作的能力，网络内部采用无线多跳通信方式，与传统的SN相比具有以下优势：

1、精确高：实现单一的传感器无法实现的密集空间采样及近距离监测。

2、灵活性强：一经部署无需人为干预。

3、可靠性高：可以避免单点失效问题

4、性价比高：降低有线传输成本，随着技术的发展，传感器成本低。

‘伍’ 有关无线传感器网络中时间同步机制有哪些方法和策略

1  时间同步技术的重要性 
传感器节点的时钟并不完美，会在时间上发生漂移，所以观察到的时间对于网络中的节点来说是不同的。但很多网络协议的应用，都需要一个共同的时间以使得网路中的节点全部或部分在瞬间是同步的。 
第一，传感器节点需要彼此之间并行操作和协作去完成复杂的传感任务。如果在收集信息过程中，传感器节点缺乏统一的时间戳（即没有同步），估计将是不准确的。 
第二，许多节能方案是利用时间同步来实现的。例如，传感器可以在适当的时候休眠（通过关闭传感器和收发器进入节能模式），在需要的时候再唤醒。在应用这种节能模式的时候，节点应该在同等的时间休眠和唤醒，也就是说当数据到来时，节点的接收器可以接收，这个需要传感器节点间精确的定时。 
2  时间同步技术所关注的主要性能参数 
时间同步技术的根本目的是为网络中节点的本地时钟提供共同的时间戳。对无线传感器
网络WSN（Wireless Sensor Networks）[1]
的时间同步应主要应考虑以下几个方面的问题： 
(1)能量效率。同步的时间越长，消耗的能量越多，效率就越低。设计WSN的时间同步算法需以考虑传感器节点有效的能量资源为前提。 
(2) 可扩展性和健壮性。时间同步机制应该支持网络中节点的数目或者密度的有效扩展，并保障一旦有节点失效时，余下网络有效且功能健全。 
(3)精确度。针对不同的应用和目的，精确度的需求有所不用。 
(4)同步期限。节点需要保持时间同步的时间长度可以是瞬时的，也可以和网络的寿命一样长。 
(5)有效同步范围。可以给网络内所有节点提供时间，也可以给局部区域的节点提供时间。 
(6)成本和尺寸。同步可能需要特定的硬件，另外，体积的大小也影响同步机制的实现。 (7)最大误差。一组传感器节点之间的最大时间差，或相对外部标准时间的最大差。 3  现有主要时间同步方法研究 
时间同步技术是研究WSN的重要问题，许多具体应用都需要传感器节点本地时钟的同步，要求各种程度的同步精度。WSN具有自组织性、多跳性、动态拓扑性和资源受限性，尤其是节点的能量资源、计算能力、通信带宽、存储容量有限等特点，使时间同步方案有其特
殊的需求，也使得传统的时间同步算法不适合于这些网络[2]
。因此越来越多的研究集中在设
计适合WSN的时间同步算法[3]
。针对WSN，目前已经从不同角度提出了许多新的时间同步算法[4]
。 
3.1  成对(pair-wise)同步的双向同步模式 
代表算法是传感器网络时间同步协议TPSN（Timing-Sync Protocol for Sensor 
Networks）[5~6]
。目的是提供WSN整个网络范围内节点间的时间同步。 
该算法分两步：分级和同步。第一步的目的是建立分级的拓扑网络，每个节点有个级别。只有一个节点与外界通信获取外界时间，将其定为零级，叫做根节点，作为整个网络系统的时间源。在第二步，每个i级节点与i-1（上一级）级节点同步，最终所有的节点都与根节点同步，从而达到整个网络的时间同步。详细的时间同步过程如图 1 所示。 
 

图1  TPSN 同步过程 
 
设R为上层节点，S为下层节点，传播时间为d，两节点的时间偏差为θ。同步过程由节点R广播开始同步信息，节点S接收到信息以后，就开始准备时间同步过程。在T1时刻，节点S发送同步信息包，包含信息(T1)，节点R在T2接收到同步信息，并记录下接收时间T2，这里满足关系：21TTd 
节点R在T3时刻发送回复信息包，包含信息(T1,T2,T3)。在T4时刻S接收到同步信息包，满足关系：43TTd 
最后，节点S利用上述2个时间表达式可计算出的值：(21)(43)2
TTTT 
TPSN由于采用了在MAC层给同步包标记时间戳的方式，降低了发送端的不确定性，消除了访问时间带来的时间同步误差，使得同步效果更加有效。并且，TPSN算法对任意节点的同步误差取决于它距离根节点的跳数，而与网络中节点总数无关，使TPSN同步精度不会随节点数目增加而降级，从而使TPSN具有较好的扩展性。TPSN算法的缺点是一旦根节点失效，就要重新选择根节点，并重新进行分级和同步阶段的处理，增加了计算和能量开销，并随着跳数的增加，同步误差呈线性增长，准确性较低。另外，TPSN算法没有对时钟的频差进行估计，这使得它需要频繁同步，完成一次同步能量消耗较大。 
3.2  接收方-接收方（Receiver-Receiver）模式 
代表算法是参考广播时间同步协议RBS（Reference Broadcast Synchronization）[7]
。RBS是典型的基于接收方-接收方的同步算法，是Elson等人以“第三节点”实现同步的思想而提出的。该算法中，利用无线数据链路层的广播信道特性，基本思想为：节点(作为发
送者)通过物理层广播周期性地向其邻居节点（作为接收者）发送信标消息[10]
，邻居节点记录下广播信标达到的时间，并把这个时间作为参考点与时钟的读数相比较。为了计算时钟偏移，要交换对等邻居节点间的时间戳，确定它们之间的时间偏移量，然后其中一个根据接收
到的时间差值来修改其本地的时间，从而实现时间同步[11]
。 
假如该算法在网络中有n个接收节点m个参考广播包，则任意一个节点接收到m个参考包后，会拿这些参考包到达的时间与其它n-1个接收节点接收到的参考包到达的时间进行比较，然后进行信息交换。图2为RBS算法的关键路径示意图。 
网络接口卡
关键路径
接收者1
发送者
接收者2
 
图2  RBS算法的关键路径示意图 
 
其计算公式如下： 
,,1
1,:[,]()m
jkikkinjnoffsetijTTm
 其中n表示接收者的数量，m表示参考包的数量，,rbT表示接收节点r接收到参考包b时的时钟。 

此算法并不是同步发送者和接收者，而是使接收者彼此同步，有效避免了发送访问时间对同步的影响，将发送方延迟的不确定性从关键路径中排除，误差的来源主要是传输时间和接收时间的不确定性，从而获得了比利用节点间双向信息交换实现同步的方法更高的精确度。这种方法的最大弊端是信息的交换次数太多，发送节点和接收节点之间、接收节点彼此之间，都要经过消息交换后才能达到同步。计算复杂度较高，网络流量开销和能耗太大，不适合能量供应有限的场合。 
3.3  发送方-接收方(Sender-Receiver)模式 
基于发送方-接收方机制的时间同步算法的基本原理是：发送节点发送包含本地时间戳的时间同步消息，接收节点记录本地接收时间，并将其与同步消息中的时间戳进行比较，调整本地时钟。基于这种方法提出的时间同步算法有以下两种。 
3.3.1  FTSP 算法[8]
 
泛洪时间同步协议FTSP（Flooding Time Synchronization Protocol）由Vanderbilt大学Branislav Kusy等提出，目标是实现整个网络的时间同步且误差控制在微秒级。该算法用单个广播消息实现发送节点与接收节点之间的时间同步。 
其特点为：(1)通过对收发过程的分析，把时延细分为发送中断处理时延、编码时延、传播时延、解码时延、字节对齐时延、接收中断处理时延，进一步降低时延的不确定度；(2)通过发射多个信令包，使得接收节点可以利用最小方差线性拟合技术估算自己和发送节点的频率差和初相位差；(3)设计一套根节点选举机制，针对节点失效、新节点加入、拓扑变化
等情况进行优化，适合于恶劣环境[12]
。 
FTSP算法对时钟漂移进行了线性回归分析。此算法考虑到在特定时间范围内节点时钟晶振频率是稳定的，因此节点间时钟偏移量与时间成线性关系，通过发送节点周期性广播时间同步消息，接收节点取得多个数据对，构造最佳拟合直线，通过回归直线，在误差允许的时间间隔内，节点可直接通过它来计算某一时间节点间的时钟偏移量而不必发送时间同步消息进行计算，从而减少了消息的发送次数并降低了系统能量开销。 
FTSP结合TPSN和RBS的优点，不仅排除了发送方延迟的影响，而且对报文传输中接收方的不确定延迟（如中断处理时间、字节对齐时间、硬件编解码时间等）做了有效的估计。多跳的FTSP协议采用层次结构，根节点为同步源，可以适应大量传感器节点，对网络拓扑结构的变化和根节点的失效有健壮性，精确度较好。该算法通过采用MAC层时间戳和线性回归偏差补偿弥补相关的错误源，通过对一个数据包打多个时戳，进而取平均和滤除抖动较大的时戳，大大降低了中断和解码时间的影响。FTSP 采用洪泛的方式向远方节点传递时间基准节点的时间信息，洪泛的时间信息可由中转节点生成，因此误差累积不可避免。另外，FTSP的功耗和带宽的开销巨大。 
3.3.2  DMTS 算法[9]
 
延迟测量时间同步DMTS (delay measurement time synchronization) 算法的同步机制是基于发送方-接收方的同步机制。DMTS 算法的实现策略是牺牲部分时间同步精度换取较低的计算复杂度和能耗，是一种能量消耗轻的时间同步算法。 
DMTS算法的基本原理为：选择一个节点作为时间主节点广播同步时间，所有接收节点通过精确地测量从发送节点到接收节点的单向时间广播消息的延迟并结合发送节点时间戳，计算出时间调整值，接收节点设置它的时间为接收到消息携带的时间加上广播消息的传输延迟，调整自己的逻辑时钟值以和基准点达成同步，这样所有得到广播消息的节点都与主节点进行时间同步。发送节点和接收节点的时间延迟dt可由21()dtnttt得出。其中，nt为发送前导码和起始字符所需的时间，n为发送的信息位个数，t为发送一位所需时间；1t为接收节点在消息到达时的本地时间；2t为接收节点在调整自己的时钟之前的那一时刻记录的本地时间，21()tt是接收处理延迟。 

DMTS 算法的优点是结合链路层打时间戳和时延估计等技术，消除了发送时延和访问时延的影响，算法简单，通信开销小。但DMTS算法没有估计时钟的频率偏差，时钟保持同步的时间较短，没有对位偏移产生的时间延迟进行估计，也没有消除时钟计时精度对同步精度的影响，因此其同步精度比FTSP略有下降，不适用于定位等要求高精度同步的应用。 
基于发送方-接收方单向同步机制的算法在上述三类方法中需要发送的时间同步消息数目最少。发送节点只要发送一次同步消息，因而具有较低的网络流量开销和复杂度，减少了系统能耗。 
4  结论 
文章介绍了WSN时间同步算法的类型以及各自具有代表性的算法，分析了各算法的设计原理和优缺点。这些协议解决了WSN中时间同步所遇到的主要问题，但对于大型网络，已有的方法或多或少存在着一些问题：扩展性差、稳定性不高、收敛速度变慢、网络通信冲突、能耗增大。今后的研究热点将集中在节能和时间同步的安全性方面。这将对算法的容错性、有效范围和可扩展性提出更高的要求。 

‘陆’ 定位技术的评价标准

无线传感器网络定位性能的评价标准主要分为7 种， 下面分别进行介绍。
1） 定位精度。定位技术首要的评价指标就是定位精确度， 其又分为绝对精度和相对精度。绝对精度是测量的坐标与真实坐标的偏差， 一般用长度计量单位表示。相对误差一般用误差值与节点无线射程的比例表示， 定位误差越小定位精确度越高。
2） 规模。不同的定位系统或算法也许可以在一栋楼房、一层建筑物或仅仅是一个房间内实现定位。
另外， 给定一定数量的基础设施或一段时间， 一种技术可以定位多少目标也是一个重要的评价指标。
3） 锚节点密度。锚节点定位通常依赖人工部署或使用GPS 实现。人工部署锚节点的方式不仅受网络部署环境的限制， 还严重制约了网络和应用的可扩展性。而使用GPS 定位， 锚节点的费用会比普通节点高两个数量级， 这意味着即使仅有10%的节点是锚节点， 整个网络的价格也将增加10 倍， 另外， 定位精度随锚节点密度的增加而提高的范围有限， 当到达一定程度后不会再提高。因此， 锚节点密度也是评价定位系统和算法性能的重要指标之一。
4） 节点密度。节点密度通常以网络的平均连通度来表示， 许多定位算法的精度受节点密度的影响。
在无线传感器网络中， 节点密度增大不仅意味着网络部署费用的增加， 而且会因为节点间的通信冲突问题带来有限带宽的阻塞。
5） 容错性和自适应性。定位系统和算法都需要比较理想的无线通信环境和可靠的网络节点设备。
而真实环境往往比较复杂， 且会出现节点失效或节点硬件受精度限制而造成距离或角度测量误差过大等问题， 此时， 物理地维护或替换节点或使用其他高精度的测量手段常常是困难或不可行的。因此， 定位系统和算法必须有很强的容错性和自适应性， 能够通过自动调整或重构纠正错误， 对无线传感器网络进行故障管理， 减小各种误差的影响。
6） 功耗。功耗是对无线传感器网络的设计和实现影响最大的因素之一。由于传感器节点的电池能量有限， 因此在保证定位精确度的前提下， 与功耗密切相关的定位所需的计算量、通信开销、存储开销、时间复杂性是一组关键性指标。
7） 代价。定位系统或算法的代价可从不同的方面来评价。时间代价包括一个系统的安装时间、配置时间、定位所需时间； 空间代价包括一个定位系统或算法所需的基础设施和网络节点的数量、硬件尺寸等； 资金代价则包括实现一种定位系统或算法的基础设施、节点设备的总费用。
上述7 个性能指标不仅是评价无线传感器网络自身定位系统和算法的标准， 也是其设计和实现的优化目标。为了实现这些目标的优化， 有大量的研究工作需要完成。同时， 这些性能指标相互关联， 必须根据应用的具体需求做出权衡以设计合适的定位技术。

‘柒’ 试分析epc 信息物理系统，无线传感网和m2m的不同点

搜索词条
╳
无线传感技术
中文名：无线传感技术
定义：传递信息
别称：传感器
起源时间：上世纪70年代
应用领域：电子信息等
意义：上世纪70年代
分享
发展概述

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尺哗网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无纯度传感器网络逐渐形成。

无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有非常上世纪70年代，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。

定义

无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据颁布网络和控制管理中心三部分组成的。其主要组成部分是集成有传感器、处理单元和通信模块的节点，各节点通过协议自组成一个分布式网络，再将采宽档集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。

特点

1、硬件资源有限。WSN节点采用嵌入式处理器和存储器，计算能力和存储能力十分有限。所以，需要解决如何在有限计算能力的条件下进行协作颁布式信息处理的难题。

2、电源容量有限。为了测量真实世界的具体值，各个节点会密集地分布于待测区域内，人工补充能量的方法已经不再适用。

3、无中心。在无线传感器网络中，所有节点的地位都是平等的，没有预先指定的中心，陵巧行是一个对等式网络。各节点通过颁布式算法来相互协调，在无人值守的情况下，节点就能自动组织起一个测量网络。

4、自组织。网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和份布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。

5、多跳路由。WSN节点通信能力有限，覆盖范围只有几十到几百米，节点只能与它的邻居直接通信。

6、动态拓扑。WSP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；也可能由于工作的需要而被添加到网络中。

7、节点数量众多，分布密集。WSN节点数量大、分布范围广，难于维护甚至不可维护。所以需要解决如何提高传感器网络的软、硬件健壮和容错性。

8、传输能力的有限性。无线传感器网络通过无线电源进行数据传输，虽然省去了布线的烦恼，但是相对于有线网络，低带宽则成为它的天生缺陷。同时，信号之间还存在相互干扰，信号自身也在不断地衰减，诸如此类。

9、安全性问题。无线信道、有限的能量，分布式控制都使得无线传感器网络更容易受到攻击。被动窃听、主动入侵、拒绝服务则是这些攻击的常见方式。因此，安全性在网络中至关重要。

‘捌’ 无线传感器网络的特点及关键技术

无线传感器网络的特点及关键技术

无线传感器网络被普遍认为是二十一世纪最重要的技术之一，是目前计算机网络、无线通信和微电子技术等领域的研究热点。下面我为大家搜索整理了关于无线传感器网络的特点及关键技术，欢迎参考阅读！

一、无线传感器网络的特点

与其他类型的无线网络相比，传感器网络有着鲜明的特征。其主要特点可以归纳如下：

（一）传感器节点能量有限。当前传感器通常由内置的电池提供能量，由于体积受限，因而其携带的能量非常有限。如何使传感器节点有限的能量得到高效的利用，延长网络生存周期，这是传感器网络面临的首要挑战。

（二）通信能力有限。无线通信消耗的能量与通信距离的关系为E=kdn。其中，参数n的取值为2≤n≤4，n的取值与许多因素有关。但是不管n具体的取值，n的取值范围一旦确定，就表明，无线通信的能耗是随着距离的增加而更加急剧地增加的。因此，在满足网络连通性的要求下，应尽量采用多跳通信，减少单跳通信的距离。通常，传感器节点的通信范围在100m内。

（三）计算、存储和有限。一方面为了满足部署的要求，传感器节点往往体积小；另一方面出于成本控制的目的`，节点的价格低廉。这些因素限制了节点的硬件资源，从而影响到它的计算、存储和通信能力。

（四）节点数量多，密度高，覆盖面积广。为了能够全面准确的监测目标，往往会将成千上万的传感器节点部署在地理面积很大的区域内，而且节点密度会比较大，甚至在一些小范围内采用密集部署的方式。这样的部署方式，可以让网络获得全面的数据，提高信息的可靠性和准确性。

（五）自组织。传感器网络部署的区域往往没有基础设施，需要依靠传感器节点协同工作，以自组织的方式进行网络的配置和管理。

（六）拓扑结构动态变化。传感器网络的拓扑结构通常是动态变化的，例如部分节点故障或电量耗尽退出网络，有新的节点被部署并加入网络，为节约能量节点在工作和休眠状态间进行切换，周围环境的改变造成了无线通信链路的变化，以及传感器节点的移动等都会导致传感器网络拓扑结构发生变化。

（七）感知数据量巨大。传感器网络节点部署范围大、数量多，且网络中的每个传感器通常都产生较大的流式数据并具有实时性，因此网络中往往存在数量巨大的实时数据流。受传感器节点计算、存储和带宽等资源的限制，需要有效的分布式数据流管理、查询、分析和挖掘方法来对这些数据流进行处理。

（八）以数据为中心。对于传感器网络的用户而言，他们感兴趣的是获取关于特定监测目标的真实可靠的数据。在使用传感器网络时，用户直接使用其关注的事件作为任务提交给网络，而不是去访问具有某个或某些地址标识的节点。传感器网络中的查询、感知、传输都是以数据为中心展开的。

（九）传感器节点容易失效。由于传感器网络应用环境的特殊性以及能量等资源受限的原因，传感器节点失效（如电池能量耗尽等）的概率远大于传统无线网络节点。因此，需要研究如何提高数据的生存能力、增强网络的健壮性和容错性以保证部分传感器节点的损坏不会影响到全局任务的完成。此外，对于部署在事故和自然灾害易发区域的无线传感器网络，还需要进一步研究当事故和灾害导致大部分传感器节点失效时如何最大限度地将网络中的数据保存下来，以提供给灾害救援和事故原因分析等使用。

二、关键技术

无线传感器网络作为当今信息领域的研究热点，设计多学科交叉的研究领域，有非常多的关键技术有待研究和发现，下面列举若干。

（一）网络拓扑控制。通过拓扑控制自动生成良好的拓扑结构，能够提高路由协议和MAC协议的效率，可为数据融合、时间同步和目标定位等多方面奠定基础，有利于节省能量，延长网络生存周期。所以拓扑控制是无线传感器网络研究的核心技术之一。目前，拓扑控制主要研究的问题是在满足网络连通度的前提下，通过功率控制或骨干网节点的选择，剔除节点之间不必要的通信链路，生成一个高效的数据转发网络拓扑结构。

（二）介质访问控制（MAC）协议。在无线传感器网络中，MAC协议决定无线信道的使用方式，在传感器节点之间分配有限的无线通信资源，用来构建传感器网络系统的底层基础结构。MAC协议处于传感器网络协议的底层部分，对传感器网络的性能有较大影响，是保证无线传感器网络高效通信的关键网络协议之一。传感器网络的强大功能是由众多节点协作实现的。多点通信在局部范围需要MAC协议协调其间的无线信道分配，在整个网络范围内需要路由协议选择通信路径。

在设计MAC协议时，需要着重考虑以下几个方面：

（1）节省能量。传感器网络的节点一般是以干电池、纽扣电池等提供能量，能量有限。

（2）可扩展性。无线传感器网络的拓扑结构具有动态性。所以MAC协议也应具有可扩展性，以适应这种动态变化的拓扑结构。

（3）网络效率。网络效率包括网络的公平性、实时性、网络吞吐量以及带宽利用率等。

（三）路由协议。传感器网络路由协议的主要任务是在传感器节点和Sink节点之间建立路由以可靠地传递数据。由于传感器网络与具体应用之间存在较高的相关性，要设计一种通用的、能满足各种应用需求的路由协议是困难的，因而人们研究并提出了许多路由方案。

（四）定位技术。位置信息是传感器节点采集数据中不可或缺的一部分，没有位置信息的监测消息可能毫无意义。节点定位是确定传感器的每个节点的相对位置或绝对位置。节点定位分为集中定位方式和分布定位方式。定位机制也必须要满足自组织性，鲁棒性，能量高效和分布式计算等要求。

（五）数据融合。传感器网络为了有效的节省能量，可以在传感器节点收集数据的过程中，利用本地计算和存储能力将数据进行融合，取出冗余信息，从而达到节省能量的目的。

（六）安全技术。安全问题是无线传感器网络的重要问题。由于采用的是无线传输信道，网络存在偷听、恶意路由、消息篡改等安全问题。同时，网络的有限能量和有限处理、存储能力两个特点使安全问题的解决更加复杂化了。

;

‘玖’ zigbee协议最低的硬件要求是什么

zigbee协议最低的硬件要求是需要8位处理器，如80c51；软件需要32 kB的ROM，最小软件需要4 kB的ROM；网络主节点需要更多的RAM以容纳网络内所有节点的设备信息、数据包转发表、设备关联表、与安全有关的密钥存储等。

ZigBee协议适应无线传感器的低花费、低能量、高容巧衫清错性等的要求。ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。但IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟扩展了IEEE，对其网络层协议和API进行了标准化。

Zigbee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准，孝前在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。

概念

无线传感器网络节点要进行相互的数据交流就要有相应的无线网络协议（包括MAC层、路由、网络层、应用层等），传统的无线协议很难适应无线塌枣传感器的低花费、低能量、高容错性等的要求，这种情况下，ZigBee协议应运而生。

Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信。

每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。通常，符合如下条件之一的应用，就可以考虑采用Zigbee技术做无线传输：需要数据采集或监控的网点多。

现有移动网络的覆盖盲区；使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统；使用GPS效果差，或成本太高的局部区域移动目标的定位应用。值得注意的是，在已经发布的ZIGBEE V1.0中并没有规定具体的路由协议，具体协议由协议栈实现。

‘拾’ 工业自动化领域中的无线技术

工业自动化领域中的无线技术

导语：一定条件下，在工业自动化方面，其要求对数据进行精确的定位。在测量方面，特别是在底下探测方面，具有十分广阔的发展前景。以下是我为大家整理的工业自动化领域中的无线技术论文范文，希望大家喜欢，更多内容请浏览(www.oh100.com/bylw)。

【摘要】笔者概述了工业自动化领域中的无线技术方法及特征，并探讨了UWB无线通信技术在工业自动化领域中的运用效果及发展的新趋势，对指导工业自动化领域中的无线技术具有一定的参与价值。

【关键词】工业自动化，领域，无线技术

一、前言

几年来，我国工业自动化领域中的无线技术取得了飞速发展，但依然存在一些问题和不足需要改进，笔者对工业自动化领域中的无线技术存在的主要问题进行分析，对工业自动化领域中的无线技术创新策略进行研究，对加快工业自动化推进的步伐，具有十分重要的意义。

二、Z igbee技术特征

Z igbee是一项近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术, 在一定情况下，主要适用于自动控制与远程控制领域, 是为满足小型廉价设备的无线联网与控制而制定的。Z igbee是 IEEE 802.15. 4技术的商业名子。与此同时，这项技术的核心协议由 2005年 12月成立的 IEEE 802. 15. 4工作组研究制定的, 但是，高层应用、互联互通测试与市场推广由 Zigbee联盟负责。接着研究的问题是Z igbee联盟成立时间是 2001年 9月, 现在包括英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司等在内的百余家知名企业。在一定程度上，Z igbee的协议主要是由物理层、数据链路层、网络/安全层、应用框架及高层应用规范组成。其中IEEE 802. 15. 4负责物理层与数据链路层标准; 据此开始研究Zig-bee联盟负责网络层与应用层的研发。 Z igbee协议栈如图 1所示。

Z igbee技术的主要特征如下:一是功耗低。在低耗电待机条件下, 两节普通5号干电池才可使用 6 个月以上, 这是 Zigbee支持者所特定的优势。二是数据传输过程中速率低。只有 10~ 250 kb/s,专注于低传输应用。三是成本比较低。 Z igbee 数据传输速率比较低, 而且协议简单, 很大程度上降低了成本。为此，预算今年年底一个 Zigbee芯片价格可能降到 3美元。四是网络容量比较大。统计显示，网络可容纳 65536个节点。五是有效范围比较小。有效覆盖范围在10~ 75 m之间, 在一定情况下，要具体根据实际发射功率大小与各种不同的.应用模式确定。六是工作频段很灵活。在一定程度上，应用的频段分别为2. 4GH z(全球)、868MH z( 欧洲 ) 与 915 MH z(美国 ) , 都是免执照频段。七是安全适用。 Z igBee提供了数据完整性检查与鉴权功能, 采取 AES- 128加密算法。八是诚信可靠。采用了碰撞预防办法, 并且，为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙, 防止发送数据的竞争和冲突。九是时延短。 Z igbee 通信时延与从休眠状态激活的时延都很短, 设备搜索时间典型值为 30 ms,设备激活时间典型值是 15 m s, 活动设备接入时间是 15ms。在此基础之上，Z igbee主要应用于数据传输速率不高的诸多电子设备之间, 比如：医疗护理 与工控等。其中最典型的应用是自动抄表系统。为此，当前 GPRS/CDMA无线抄表系统成本相对较高, 并且还要向电信运营商支付一定额度的费用, 另一种电力线联网 ( PLC)技术运行则不够稳定。据此，比较而言, 运用Z igbee网络的抄表系统由电力局自行建网, 在一定程度下，不需要交纳额外的费用, 另外，Z igbee网络超大的容量一般可以满足覆盖的需求,因此 Z igbee在无线自动抄表领域具有广阔的发展前景。与此同时，在井下无线监控、工业环境的温湿度监测、污水监测、气体监测上 Zigbee也具有很大的优势。在特殊条件下，由于传感器与通信技术的发展, 无线传感器网络 (W ireless sensor networks, WSN)的概念已深入人心。 Zigbee在无线传感器网络的运用上有着无法比喻的优势。在一定程度上，无线传感器网络也是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点构成、经过无线通信方式，并且形成的一个多跳的自组织的网络系统, 为此，具有监测高精度、高容错性、大覆盖区域、可远程监控等诸多优点。WSN 可应用于工业自动化系统、设备故障诊断、恶劣环境下生产过程监控等。同时，无线传感器网络设计的首要目标是能源的高效利用, 也就是说, 在保证正常的监测功能的条件下, 尽可能较少的消耗节点的能量, 同时，延长网络的生命周期。基于这一点, 它和 Z ig-bee的设计目标相符。其次。传感器网络严格要求每个节点的成本要尽可能达到最低,并且要求很严格。只有这样, 一个网络才可以拥有较多的节点, 在个别节点无效的条件下，可以迅速的重新规划确定路由, 从而，不致于使网络瘫痪。第三，Z igbee网络可以同时容纳 6.5万多个节点, 足能保证多源数据的采集。在一定条件下，一个传感器网络通常包涵传感器节点、汇聚节点与管理节点。同时，传感器节点一般由传感器模块、处理器模块、无线通信模块与能量供应模块四部分组成, 是一个微型的嵌入式系统, 它兼顾传统网络节点的终端与路由器双重功能。传感器网络的体系结构见图 2。

汇聚节点连接传感器网络与外部网络, 达到两种协议栈之间的通信协议转换, 在此基础上，发布管理节点的监测任务, 还要把收集到的数据转发到外部网络上。为此，用户通过管理节点对传感器网络实施配置与管理, 发布监测指令以及收集监测数据。同时，针对传感器网络的组成结构, 可以应用 Zigbee节点作整个网络的传感器节点, 并且，在整个监测区域内，组成一个 Zigbee网络, 每个传感器节点内嵌 Zigbee协议栈, 实现基本的 Zigbee网络功能,与此同时，把采集到的数据传输给汇聚节点, 还要接受汇聚节点对其下达的任务与命令。在一定程度下，利用一个微处理器 + GPRS模块作为汇聚节点, 据此，用来连接传感器网络和 GPRS网络, 实现 TCP/UD P等协议, 把数据打包封装成帧, 在一定条件下，通过 GPRS网络传递给主控制室, 并把主控端的命令解封装, 然后，传达给传感器节点。在用户端接一个 GPRS模块与 PC机服务器做硬件平台, 软件包含数据库等,在这一过程中，对收到的数据进行认真分析, 同时对整个网络进行管理。在特定情况下，Z igbee自身的特点决定了它只能应用在短距低速的条件下, 在工业监测中, 必须注意工作流程，有很多时间需要的是实时的图像, 这就必须有高速的数据传输率, 因而, 在这一点上, Zigbee有着致命的缺点。UWB技术的出现使这种运用需求成为了可能。

三、UWB无线通信技术在工业自动化领域中的运用效果

1. UWB无线通信技术分析。

在特定条件下，UWB无线通信技术是一项采取时间间隔极短的脉，而不用载波的通信方法。同时，具备以下优势：一是具有很强的抗干扰能力，这主要是这一技术的自身特征，在一定情况下，此技术的所有频段和当前我国通信系统，所采取频段之间各自安好且互不干扰。在特定情况下，一旦发射信号，它发射的无线电脉冲信号不但很微弱，并且所输出的功率也相对比较低;二是具有传输速率高、能耗低的特征，和Zigbee相比较，一定情况下，它的传输速率比Zigbee要高得多，最高时可能高达几百兆字节每秒，并且能耗很低，这主要是由于其发射时不能采用载波，同时，只在脉冲发射时消耗很低的能量;三是具有较高的安全功能，就有线技术相对比而言，不论是安全性或者是稳定性都大于有线通信技术。在一定程度下，基于此技术中融入了跳时扩频技术方法，因而信息数据接收设备，只有在知道发送端扩频码的前提条件下，对发射的数据进行接收，同时，发射功率谱密度较低，通常的信数据接收设备是不会接收的，为此，显现其安全功能;四是定位优点比较，这主要是由于这样系统本身具备的良好定位优点，一定条件下，穿透性能很强。因此其具备比较精确的定位性能，精准度能高达10米左右，为此，这也是别的通信技术无法可比的优势。五是具有较强的多径分辨功能，和一般无线通信技术比较，一定程度下，它的多径传播效应的通信质量与数据的传输速度很大程度的增强。

2. UWB无线通信技术在工业自动化领域中的运用。

从UWB无线通信技术用途的起源进行分析，刚开始时主要用在军事方面的雷达领域，一定条件下，用来开发军事雷达科技。从2005年3月开始，UWB技术被美国批准可以在非军事领域运用，从此UWB技术才得到了新的突破，通过科学发明，得到越来越广泛的应用。从UWB技术进行分析，一定条件下，它说具有的传输速率很高，为此，在工业自动化方面具有明显的优点，得到了广泛的应用。一定条件下，在工业自动化方面，其要求对数据进行精确的定位。在测量方面，特别是在底下探测方面，具有十分广阔的发展前景。在一定条件下，这种技术能够实现实时图像与声音的传输，这么高精度的数据量传输，在当前现有的无线技术中是难以实现的。为此，在这一通信技术的实际运用过程中，要在摄像头端安装微型处理器，一定程度下，经过简单压缩并处理实时传输的图像数据，就能使数据传输速率降到几十兆字节每秒，从而，最后利用UWB无线通信技术，将图像数据传送到数米开外的中心控制室。

四、结束语

通过对新时期下，通过对Z igbee技术存在的问题分析，进一步明确了Z igbee技术与UWB技术是时下无线通信市场的最流行的技术之一, 是无线网络重要的组成部分,为无线网络管理系统的优化完善奠定了坚实基础，无线技术具有广阔的应用发展前景。其有助于提高企业的竞争力和效益。

参考文献:

[1] Z igbee Spec ifica tion[ OL ]. http: / /www. z igbee. org. 2010.12

[2]周怡颋 凌志浩 吴勤勤 Z igbee无线通信技术及其应用探讨 自动化仪表2011.05

[3]顾瑞红 张宏科 基于 Z igbee 的无线网络技术及其应用 电子技术应用 2012.09

[4]李丽娟 国内聚氨酯密封胶研究进展 中国胶粘剂 2012.07

[5]夏春蕾 姜志国 高剪切强度聚氨酯密封胶用底涂剂 化工新材料 2013.03

;