WSN(wirelesssensornetworks)是無線傳感器網(wǎng)絡,是由大量的具有感知能力的傳感器節(jié)點,通過自組織方式構成的無線網(wǎng)絡。傳感器監(jiān)控不同位置的物理或環(huán)境狀況(比如溫度、聲音、振動、壓力、運動或污染物)。無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展最初起源于戰(zhàn)場監(jiān)測等軍事應用。而現(xiàn)今無線傳感器網(wǎng)絡被應用于很多民用領域,如環(huán)境與生態(tài)監(jiān)測、健康監(jiān)護、家居自動化以及交通控制等。
一個典型的無線傳感器網(wǎng)絡的系統(tǒng)架構包括分布式無線傳感器節(jié)點(群)、接收發(fā)送器匯聚節(jié)點、互聯(lián)網(wǎng)或通信衛(wèi)星和任務管理節(jié)點等,如下圖所示。大量傳感器節(jié)點隨機部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)部或附近,能夠通過自組織方式構成網(wǎng)絡。傳感器節(jié)點監(jiān)測的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點逐跳地進行傳輸,在傳輸過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)可能被多個節(jié)點處理,經(jīng)過多跳后路由到匯聚節(jié)點,最后通過互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星到達管理節(jié)點。用戶通過管理節(jié)點對傳感器網(wǎng)絡進行配置和管理,發(fā)布監(jiān)測任務以及收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。
無線傳感器網(wǎng)絡中主要包含兩類節(jié)點:
傳感器節(jié)點:具有感知和通信功能的節(jié)點,在傳感器網(wǎng)絡中負責監(jiān)控目標區(qū)域并獲取數(shù)據(jù),以及完成與其他傳感器節(jié)點的通信,能夠?qū)?shù)據(jù)進行簡單的處理。
Sink節(jié)點:又稱為基站節(jié)點,負責匯總由傳感器節(jié)點發(fā)送過來的數(shù)據(jù),并作進一步數(shù)據(jù)融合以及其他操作,最終把處理好的數(shù)據(jù)上傳至互聯(lián)網(wǎng)。
匯聚節(jié)點
匯聚節(jié)點的處理能力、存儲能力和通信能力相對較強,它是連接傳感器網(wǎng)絡與Intemet等外部網(wǎng)絡的網(wǎng)關,實現(xiàn)兩種協(xié)議間的轉(zhuǎn)換,同時向傳感器節(jié)點發(fā)布來自管理節(jié)點的監(jiān)測任務,并把WSN收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外部網(wǎng)絡上。匯聚節(jié)點既可以是一個具有增強功能的傳感器節(jié)點,有足夠的能量供給和更多的、Flash和SRAM中的所有信息傳輸?shù)接嬎銠C中,通過匯編軟件,可很方便地把獲取的信息轉(zhuǎn)換成匯編文件格式,從而分析出傳感節(jié)點所存儲的程序代碼、路由協(xié)議及密鑰等機密信息,同時還可以修改程序代碼,并加載到傳感節(jié)點中。
管理節(jié)點
管理節(jié)點用于動態(tài)地管理整個無線傳感器網(wǎng)絡:傳感器網(wǎng)絡的所有者通過管理節(jié)點訪問無線傳感器網(wǎng)絡的資源。
無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲結構
三種常見拓撲結構
星型拓撲:具有組網(wǎng)簡單、成本低;但網(wǎng)絡覆蓋范圍小,一旦sink節(jié)點發(fā)生故障,所有與sink節(jié)點連接的傳感器節(jié)點與網(wǎng)絡中心的通信都將中斷。星形拓撲結構組網(wǎng)時,電池的使用壽命較長。
網(wǎng)狀拓撲:具有組網(wǎng)可靠性高、覆蓋范圍大的優(yōu)點,但電池使用壽命短、管理復雜。
樹狀拓撲:具有星形和網(wǎng)狀拓撲的一些特點,既保證了網(wǎng)絡覆蓋范圍大,同時又不至于電池使用壽命過短,更加靈活、高效。
無線傳感器網(wǎng)絡的特點
1.自組織性;2.以數(shù)據(jù)為中心;3.應用相關性;4.動態(tài)性;5.網(wǎng)絡規(guī)模大;6.可靠性
無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)被認為是影響人類未來生活的重要技術之一,這一新興技術為人們提供了一種全新的獲取信息、處理信息的途徑。由于WSN本身的特點,使得它與現(xiàn)有的傳統(tǒng)網(wǎng)絡技術之間存在較大的區(qū)別,給人們提出了很多新的挑戰(zhàn)。
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