無線傳感器網絡(WSN)是一種分布式傳感網絡,它的末梢是可以感知和檢查外部世界的傳感器網絡。無線傳感器網絡利用現有的因特網、移動通信網和電話網將室內環境參數、家電設備運行狀態等信息告知住戶,使住戶能夠及時了解家居內部情況,并對家電設備進行遠程監控,實現家庭內部和外界的信息傳遞,無線傳感器網絡使住戶不但可以在任何可以上網的地方通過瀏覽器監控家中的水表、電表、煤氣表、電器熱水器、空調、電飯煲等,安防系統煤氣泄露報警系統、外人侵入預警系統等,而且可通過瀏覽器設置命令,對家電設備遠程控制。
無線傳感器網絡主要由三個部分組成:節點、網關和軟件。空間分布的測量節點通過與傳感器連接對周圍環境進行監控。監測到的數據無線發送至網關,網關可以與有線系統相連接,這樣就能使用軟件對數據進行采集、加工、分析和顯示。路由器是一種特別的測量節點,你可以使用它在WSN中延長距離以及增加可靠性。
無線傳感器網絡中,節點的喚醒方式有以下幾種:
(1)全喚醒模式:這種模式下,無線傳感器網絡中的所有節點同時喚醒,探測并跟蹤網絡中出現的目標,雖然這種模式下可以得到較高的跟蹤精度,然而是以網絡能量的消耗巨大為代價的。
(2)隨機喚醒模式:這種模式下,無線傳感器網絡中的節點由給定的喚醒概率p隨機喚醒。
(3)由預測機制選擇喚醒模式:這種模式下,無線傳感器網絡中的節點根據跟蹤任務的需要,選擇性的喚醒對跟蹤精度收益較大的節點,通過本拍的信息預測目標下一時刻的狀態,并喚醒節點。
(4)任務循環喚醒模式:這種模式下,無線傳感器網絡中的節點周期性的出于喚醒狀態,這種工作模式的節點可以與其他工作模式的節點共存,并協助其他工作模式的節點工作。
其中由預測機制選擇喚醒模式可以獲得較低的能耗損耗和較高的信息收益。
主要特點:
大規模
為了獲取精確信息,在監測區域通常部署大量傳感器節點,可能達到成千上萬,甚至更多。傳感器網絡的大規模性包括兩方面的含義:一方面是傳感器節點分布在很大的地理區域內,如在原始大森林采用傳感器網絡進行森林防火和環境監測,需要部署大量的傳感器節點;另一方面,傳感器節點部署很密集,在面積較小的空間內,密集部署了大量的傳感器節點。
傳感器網絡的大規模性具有如下優點:通過不同空間視角獲得的信息具有更大的信噪比;通過分布式處理大量的采集信息能夠提高監測的精確度,降低對單個節點傳感器的精度要求;大量冗余節點的存在,使得系統具有很強的容錯性能;大量節點能夠增大覆蓋的監測區域,減少洞穴或者盲區。
自組織
在傳感器網絡應用中,通常情況下傳感器節點被放置在沒有基礎結構的地方,傳感器節點的位置不能預先精確設定,節點之間的相互鄰居關系預先也不知道,如通過飛機播撒大量傳感器節點到面積廣闊的原始森林中,或隨意放置到人不可到達或危險的區域。這樣就要求傳感器節點具有自組織的能力,能夠自動進行配置和管理,通過拓撲控制機制和網絡協議自動形成轉發監測數據的多跳無線網絡系統。
在傳感器網絡使用過程中,部分傳感器節點由于能量耗盡或環境因素造成失效,也有一些節點為了彌補失效節點、增加監測精度而補充到網絡中,這樣在傳感器網絡中的節點個數就動態地增加或減少,從而使網絡的拓撲結構隨之動態地變化。傳感器網絡的自組織性要能夠適應這種網絡拓撲結構的動態變化。
動態性
傳感器網絡的拓撲結構可能因為下列因素而改變:①環境因素或電能耗盡造成的傳感器節點故障或失效;②環境條件變化可能造成無線通信鏈路帶寬變化,甚至時斷時通;③傳感器網絡的傳感器、感知對象和觀察者這三要素都可能具有移動性;④新節點的加入。這就要求傳感器網絡系統要能夠適應這種變化,具有動態的系統可重構性。
可靠性
WSN特別適合部署在惡劣環境或人類不宜到達的區域,節點可能工作在露天環境中,遭受日曬、風吹、雨淋,甚至遭到人或動物的破壞。傳感器節點往往采用隨機部署,如通過飛機撒播或發射炮彈到指定區域進行部署。這些都要求傳感器節點非常堅固,不易損壞,適應各種惡劣環境條件。無線傳感器網絡
由于監測區域環境的限制以及傳感器節點數目巨大,不可能人工“照顧”每個傳感器節點,網絡的維護十分困難甚至不可維護。傳感器網絡的通信保密性和安全性也十分重要,要防止監測數據被盜取和獲取偽造的監測信息。因此,傳感器網絡的軟硬件必須具有魯棒性和容錯性。