Ⅰ 无线传感器网络的组成（三个部分，详细介绍）
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无线传感器网络组成和特点
发表时间：2012-11-14 14:28:00
文章出处：传感器专家网
相关专题：传感器基础
无线传感器网络的构想最初是由美国军方提出的，美国国防部高级研究所计划署(DARPA)于1978年开始资助卡耐基-梅隆大学进行分布式传感器网络的研究，这被看成是无线传感器网络的雏形。从那以后，类似的项目在全美高校间广泛展开，着名的有UCBerkeley的SmartDuST项目，UCLA的WINS项目，以及多所机构联合攻关的SensIT计划，等等。在这些项目取得进展的同时，其应用也从军用转向民用。在森林火灾、洪水监测之类的环境应用中，在人体生理数据监测、药品管理之类的医疗应用中，在家庭环境的智能化应用以及商务应用中都已出现了它的身影。目下，无线传感器网络的商业化应用也已逐步兴起。美国Crossbow公司就利用SMArtDust项目的成果开发出了名为Mote的智能传感器节点，还有用于研究机构二次开发的MoteWorkTM开发平台。这些产品都很受使用者的欢迎。
无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据分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、数据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，再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。
因为节点的数量巨大，而且还处在随时变化的环境中，这就使它有着不同于普通传感器网络的独特“个性”。首先是无中心和自组网特性。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，各节点通过分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。而正因为没有中心，网络便不会因为单个节点的脱离而受到损害。
其次是网络拓扑的动态变化性。网络中的节点是处于不断变化的环境中，它的状态也在相应地发生变化，加之无线通信信道的不稳定性，网络拓扑因此也在不断地调整变化，而这种变化方式是无人能准确预测出来的。
第三是传输能力的有限性。无线传感器网络通过无线电波进行数据传输，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。不过因为单个节点传输的数据量并不算大，这个缺点还是能忍受的。
第四是能量的限制。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。每个节点都要储备可供长期使用的能量，或者自己从外汲取能量(太阳能)。
第五是安全性的问题。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，安全性在网络的设计中至关重要。
Ⅱ 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。
;Ⅲ 无线信道的室外宏峰模型一般会在什么情况下使用
无线信道的室外宏峰模型一般会在以下物蠢此情况下使用：
1. 无线通信系统的规划和设计。在无线通信系统的规划和设计中，需要考虑无线信道的传输损耗，以确定无线基站的布置和信号覆盖范围，此时可以使用室外宏峰模型来描述无线信道传输损档辩耗，预测信号强度和覆盖范围。
2. 电磁辐射和大气污染评估。无线通信基站的安装和使用可能会对周围环境造成一定的电磁辐射和大气污染，此时可以使用室外宏峰模型来评估基站对周围环境的影响。
3. 无线网络性能评估。在无线网络中，罩迅通信质量和网络性能取决于信道的传输质量，此时可以使用室外宏峰模型来预测信道传输损耗，进而评估无线网络的性能。
总之，室外宏峰模型是无线通信系统规划和设计、电磁辐射和大气污染评估、无线网络性能评估等方面的重要工具之一。
Ⅳ 无线通信收发系统——无线信道的传播模型（二）
姓名：甄文晔； 学号：20181214260； 学院：通信工程学院
【嵌牛导读】无线信道的电波传播模型分为大尺度传播模型和小尺度传播模型。小尺度传播模型主要用来描述非常短的距离（几个波长）或非常短的时间间隔（秒级）内接收信号强度的快速变化。
【嵌牛鼻子】无线信道的传播模型——小尺度传播模型
【嵌牛提问】无线信道的小尺度传播分类及相应模型是什么？
【嵌牛正文】
时延扩展和频率选择性是由于信号的多径传播造成的，它们是同时出现的，只是表现的形式不同。时延扩展体现在时间域，多径传播造成信号在时间上的色散，使得接收信号持续时间比发射信号持续时间长；频率选择性体现在频率域，是指信道对发送信号产生滤波作用，使得信号中不同频率分量的衰落幅度不同。
信号在多径信道传播时，由于各个信道的时延不同，将造成接收信号时域上波形的展宽，称为时延扩展。如图1.4所示，当发射端发射一个脉冲信号时，由于存在多种不同的传播路径，且路径长度不一样，则信号到达接收端的时间不同，因此接收信号是由许多不同时延的脉冲组成的。
时延扩展引起频率选择性衰落，通常用信道的相干带宽来定量描述频率选择性。时延扩展是由反射及散射传播路径引起的现象，而相干带宽Bc是从RMS时延扩展得出的一个确定关系值。当两个频率分量的频率间隔小于相干带宽时，它们具有很强的相关性;反之，当两个频率分量的频率间隔大于相干带宽时，它们之间的相关性很小。
相干带宽Bc表示包络相关度为某一特征值时的信号带宽，是信道频率选择性的测度。相干带宽与信号带宽相比越小，信道的频率选择性越强；反之，相干带宽与信号带宽相比越大,信道的频率选择性越弱。
多径效应在频域表现为频率选择性，即根据传输信号带宽与信道相干带宽的关系，可以将小尺度衰落分为频率选择性衰落和频率平坦衰落。
如果信道的相干带宽远大于发送信号带宽大，且信道的均方根时延扩展小于发送信号的码元周期，信道具有频率相干性。即当 ，则接收信号的衰落称为频率平坦衰落，满足此条件的信道称为平坦衰落信道。
在一个平坦衰落信道中，当信号经过信道后，因为各个频率的衰减状况是相似的，频谱仍然可以保持它原本的特性而不会变形，但是多径效应会引起信道增益的扰动，接收信号的强度是随时间变化的。平坦衰落信道的对信号的影响如图1.5所示。
如果信道的相干带宽小于发送信号带宽，即信道的均方根时延扩展大于发送信号的码元周期，接收信号将产生频率选择性衰落并引起码间干扰。即当 接收信号的衰落称为频率选择性衰落，满足此条件的信道称为频率选择性信道。
频率选择性信道的对信号的影响如图1.6所示。可以看出信号的带宽大于信道的相干带宽，而兆困且信道在不同的频段有不同的增益，接收信号的频谱发生明显变化，信号经历了频率选择性衰落。
由于发射端与接收端之间的相对运动，会产生多普勒效应，这就会造成接收信号频谱族稿念的展宽，此时信道是时变的。信道的时变特性导致信号的时间选择性衰落，时间选择性衰落会引起信号失真，敬汪这是因为当发送信号还在传输的过程中时，传输信道的特性已经发生了变化。
由相对运动引起的接收信号频率的偏移称为多普勒频移，它与相对运动速度成正比。假定接收台接收远场信源的信号，接收台以速度v运动，Δt时间内移动距离为d，远场平面波到达方向为θ，那么相距d的两点产生的程差为 ，程差引起的多普勒频移为
由此可见多普勒频移与接收台的运动速度以及运动方向和电波入射方向之间的夹角有关。
描述多普勒效应的参数有平均多普勒频移和多普勒扩展，它们都与多普勒功率谱密度S(f)有关。根据电波传播环境的不同，接收端的多普勒功率谱也不同，常用的多普勒功率谱主要有经典功率谱(Jakes功率谱)Sj(f)，其频谱形状如图1.7所示。定义式为：
相干时间Tc是多普勒效应在时间域上的表现，用来描述信道的时间选择性，是指信道冲激响应保证一定相关度的时间间隔。在相干时间内，信号经历的衰落具有很大的相关性；如果基带信号的带宽倒数大于信道相干时间，那么传输中基带信号受到的衰落就会发生变化。
相干时间是信道随时间变化快慢的测度。相干时间越大，信道变化越慢:相干时间走小，信道变化越快。由于多普勒扩展与相干时间有关，从衰落的角度来看，多普勒扩展弓起的衰落与时间有关，称之为时间选择性衰落。