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传感器网络体系结构先容
 
更新时间:2015.02.23 浏览次数:
 

  无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成,通过无线通信的方式形成一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作感知、采集和处理网络覆盖地理区域中感知对象的信息,并发布给观察者。

  无线传感器网络由无线传感器、感知对象和观察者三个基本要素构成。无线是传感器与观察者之间、传感器之间的通信方式,能够在传感器与观察者之间建立通信路径。无线传感器的 基本组成和功能包括如下几个单元:电源、传感部件、处理部件、通信部件和App等,此外,还可以选择其他的功能单元,如定位系统、移动系统以及电源自供电系统等。传感节点一般由传感单元、数据处理单元、GPS定位装置、移动装置、电源电池及网络通信单元收发装置等六大部件组成,其中传感单元负责被监测对象原始数据的采集,采集到的原始数据经过数据处理单元的处理之后,通过无线网络传输到一个数据汇聚中心节点SINK,SINK再通过因特网或卫星输到用户数据处理中心。

  而与光电开关传感器不同的是无线传感器节点的处理器一般选用嵌入式CPU,在存储计算时,由于传感器节点体积小,必然导致其携带的处理器能力比较弱,存储器容量比较小。随着低功耗电路和系统设计技术,以及电路加工工艺的提高,目前已经开发出很多超低功耗微处理器,计算机能力也得到了大幅度提高。同时对存储技术的研究也使得flash存储器等小体积、大容量、低电压操作、多次写、无限次读的非易失存储介质用于传感器节点制造。传感器节点的能量供应一般采用电池,目前使用的大部分都是自身存储有限能源的化学电池,并且节点能量在实施部署后很难进行有效补充。随着光电转换理论的提出,传统的电池被加入了许多新的元素,太阳能电池、微光电池、生物能电池、地热能电池等一系列可以从自然界中汲取能量转换为电能的电池出现,使得能量的自补充成为可能。从理论上来讲,新型电池能持久供应能量,但受到当前工业水平所限,工程实践中生产这种微型化的电池还有相当的难度,以及节点部署区域特定地理环境等的局限,使其效果并不理想,如何进一步缩小传感器的体积是目前研究的重点。为尽可能地延长整个传感器网络的生命周期,在设计传感器节点时,保证能量供应的持续性是一个重要的设计原则。传感器节点消耗能量的模块主要是包括传感器模块、信息处理模块和无线通信模块,而绝大部分的能量消耗是集中在无线通信模块上,约占整个传感器节点能量消耗的百分之八十。一旦节点的能量衰竭,该节点即失效。因此,在电池技术没有获得飞跃性的发展之前,人们主要是从研究传感器的网络特性着手,提出各种用于传感器网络的分簇算法、路由协议等,通过减少节能量消耗的方式来延长网络生命周期。

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