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無線智能傳感器網絡研究的難點與關鍵技術

發布時間:2015-11-2      發布人:長沙向日葵破解版ioses      點擊:

無線智能傳感器網絡涉及多學科交叉的研究領域,有非常多的難點和關鍵技術有待發現與研究,具體來說有節能技術、網絡安全、協議與拓撲控製、時間同步、定位技術、數據融合、容錯性、無線通信技術等關鍵技術與技術難點。

無線傳感器

1)節能技術研究

由於傳感器網節點多,覆蓋範圍大,對於電池供電係統通過更換電池來延長網絡壽命不容易實現,設計中必須充分考慮節能的問題,使得整個網絡在消耗盡可能少能量情況下完成盡可能多的任務。

休眠機製是節省能量的最有效方式之一。但如何進行休眠調度,而不影響傳感器網的正常運行十分重要,不能因此而使網絡的探測覆蓋範圍明顯降低。目前已有多種算法提出來進行休眠調度,通過考慮電量的計算、低能量消耗的網絡協議技術,從硬件、軟件和係統的角度來實現傳感器網的節電設計,通過采取動態調整監控電壓,降低處理器供電電壓,減緩運算速度等方式,獲取更長的工作時間。

2) 網絡協議研究

由於傳感器節點的計算能力、存儲能力、通信能力以及攜帶的能量都十分有限,每個節點隻能獲得局部網絡的拓撲信息,節點上運行的網絡協議也不能太複雜。同時,傳感器拓撲結構動態變化,網絡資源也在不斷變化,這些都對網絡協議提出了更高的要求。目前研究的重點是網絡層協議和數據鏈路層協議。網絡層的路由協議決定監測信息的傳輸路徑;數據鏈路層的介質訪問控製用來構建底層的基礎結構,控製傳感器節點的通信過程和工作模式。

傳感器網絡的MAC協議首先要考慮的是節省能源和可擴展性,其次才考慮公平性、利用率和實時性。在MAC層的能量浪費主要表現在空閑偵聽、接收不必要的數據和碰撞重傳等。為了減少能量的消耗,MAC協議通常采用“偵聽/睡眠”交替的無線信道偵聽機製,傳感器節點在需要收發數據時才偵聽無線信道,沒有數據收發時就盡量進入睡眠狀態。

3) 網絡拓撲控製

對於無線自組織的傳感器網絡而言,網絡拓撲控製具有特別重要的意義。通過拓撲控製自動生成良好的網絡拓撲結構,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麵奠定基礎,有利於節省節點的能量來延長網絡的生存期。所以,拓撲控製是傳感器網絡研究的核心技術之一。

4) 網絡安全

無線傳感器網絡作為任務型的網絡,不僅要進行數據的傳輸,而且要進行數據采集和融合、任務的協同控製等。如何保證任務執行的機密性、數據產生的可靠性、數據融合的高效性以及數據傳輸的安全性,就成為傳感器網絡安全問題需要全麵考慮的內容。

為了保證任務的機密布置和任務執行結果的安全傳遞和融合,傳感器網絡需要實現一些最基本的安全機製:機密性、點到點的消息認證、完整性鑒別、新鮮性、認證廣播和安全管理,水印技術也成為傳感器網絡安全的研究內容。

5) 時間同步

在基於TDMA方式的通訊和時間相關的監測任務中,工作節點的時鍾需要保持同步。然而隻有整個網絡內存在大量可利用的時標情況下,在龐大的網絡中維持一個全局性的時間標準才是可行的,顯然這種方式並不適合於傳感器網,最好的解決策略是節點維護自身的時鍾。傳感器網時間同步方案應該在係統中建立一個本地時鍾與其它時鍾相關的偏移參數表,在數據轉發過程中利用這些參數進行本地與遠地時間比較。事實上時間參數變換可以封裝進數據包,即節點能夠在轉發數據過程中持續進行時間變換以保證每一跳中能與本地時鍾一致。時間同步是傳感器網絡實現協同工作的一個關鍵機製。

6) 定位技術

位置信息是傳感器節點采集數據中不可缺少的部分,沒有位置信息的監測消息通常是毫無意義的。考慮到大多數傳感器網絡應用場景,獲得傳感器的絕對或相對位置是十分重要的。目前的一些研究是通過借助GPS技術實現係統定位。

7) 數據融合

數據融合是將多份數據或信息進行綜合,以獲得更符合需要結果的過程。數據融合技術應用在傳感器網絡中,可以在匯聚數據的過程中減少數據傳輸量,提高信息的精度和可信度,以及網絡采集數據的整體效率。在應用層可以利用分布式數據庫技術,對采集到的數據進行逐步篩選;網絡層的很多路由協議均結合了數據融合機製,以期減少數據傳輸量。

8) 容錯性

由於周圍物理環境或其自身能量耗盡傳感器就會失效,對於替換傳感器可能性不大的情況下,整個網絡必須能夠在其應用過程中及時屏蔽掉發生故障的傳感器。容錯過程可以在數據交換中實現(例如SPIN協議),但該過程要消耗能量。因此出現數據交換和能量利用矛盾的衝突,衡量數據交換與功耗的優先權在取決於實際應用情況。

9) 無線通信技術

傳感器網絡需要低功耗短距離的無線通信技術。IEEE802.15.4標準是針對低速無線個域網的通信標準,把低功耗、低成本作為設計的主要目標,旨在為個人或者家庭範圍內不同設備之間低速聯網提供統一標準。由於IEEE802.15.4標準的網絡特征與無線傳感器網絡的特征十分類似,目前有許多研究機構把它作為無線傳感器網絡的無線通信平台。超寬帶技術(UWB)是一種極具潛力的無線通信技術。超寬帶技術具有對信道衰落不敏感,發射信號功率譜密度低、低截獲能力、係統複雜度低、能提供數厘米的定位精度等優點,非常適合應用在無線智能傳感器網絡中.迄今為止關於UWB有兩種技術方案,一種是以Freescale公司為代表的DS-CDMA單頻方案,另一種是有英特爾、德州儀器等公司共同提出的多頻帶OFDM方案,但目前還沒有一種方案成為正式的國際標準。本文源自向日葵视频下载app视频污版傳感,轉載請保留出處。