MSN无线传感器论文

无线传感器网络无线传感器网络1、介绍：无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术，在现实生活中得到了越来越广泛的应用。随着通信技术、嵌入式技术、传感器技术的发展，传感器正逐渐向智能化、微型化、无线网络化发展[1]。目前，国内外主要研究无线传感器网络节点的低功耗硬件平台设计拓扑控制和网络协议、定位技术等。这个设计以检测超声波强度的传感器为例，实现了一个无线传感器网络，根据传感器所检测的超声波强弱来决定开启或关闭车位指示灯，从而判断是否有车辆进入检测区域。这种传感器网络综合了嵌入式技术、传感器技术、短程无线通信技术，有着广泛的应用。该系统不需要对现场结构进行改动，不需要原先任何固定网络的支持，能够快速布置，方便调整，并且具有很好的可维护性和拓展性。科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，并将会带来一场信息革命。具有感知能力、计算能力和通信能力的无线传感器网络综合了传感器技术、嵌人式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。由于WSN的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的广泛关注，被广泛地应用于军事，工业过程控制、国家安全、环境监测等领域。无线传感器网络是一个自组织的网络，如果一个全功能节点被激活，它就可能建立一个网络并把自己设为网络协调器，其它的普通节点可以申请加入该网络。这样就可以建成一个具有星型拓扑结构的无线传感器网络。本文中的无线传感器网络支持超帧结构，网络协调器经过能量扫描、主动信道扫描后，按照设定的参数周期性的发送信标帧。普通节点首先经过能量扫描和被动信道扫描后，获取信标帧中包含网络特征的参数，如信标序号、超帧序号和网络标号等。通过同步请求与网络协调器同步，再通过匹配请求与网络协调器关联。在与网络协调器关联的过程中，网络协调器为每个请求关联的普通节点分配16位的短地址[7]。这样在以后的数据传送中就可以用短地址进行通信，提高通信效率、降低发射中的能量消耗，从而延长网络的使用寿命。2、国内发展动态无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种领域，是当前计算机网络研究的热点。如果说Internet构成了逻辑上的信息世界，改变了人与人之间的沟通方式，那么，无线传感器网络就是将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变人类与自然界的交互方式。人们可以通过传感网络直接感知客观世界，从而极大地扩展现有网络的功能和人类认识世界的能力。近年来，故障监测与诊断技术迅速发展，并在机械、化工、电力、航天、核能等多个领域取得了大量的应用成果。图无线传感器网络应用领域(1)东南大学，设备监控与故障诊断研究所东南大学的研究重心在旋转机械的工况监视与诊断方面，目前研制开发了机械设备工况监视与故障诊断系统系列MFD产品。产品利用振动、温度、压力等传感器在线获取机组运行状态信息。信号采集部分根据转速信号实现整周期并行采集多路振动信号实时监视部分一天24小时实时显示各种快变信号如(振动)和缓变信号(如压力、温度)的数字和图表，运用振幅、振幅增加速率和分频振幅值等多种方法判别机组运行是否正常，实现异常工况自动报警，并有在不可预见事故发生时保存现场信息的“黑匣子”功能;在线故障诊断部分定时接收数据采集实时监视系统传来的振动、振动相关信号及特征数据。利用逻辑推理、数值分析，结合领域专家知识和机组历史档案进行综合分析，并采用人工智能技术，把人工神经网络融入逻辑推理专家系统的推理机制，通过全局逻辑推理、局部人工神经网络并行计算的推理机制，模拟人类形象思维和逻辑思维相结合的过程，给出故障信息和解决问题的对策。(2)上海交通大学基于移动通信技术的港口起重机远程监控系统上海交通大学系统的现场监控采用的是GEgO3O系列PLC，利用无线网关连接现场起重设备和监控中心，通过TCP/1P协议实现检测数据的无线传输。系统可对码头的任一台设备进行在线监测，必要时可对故障设备进行远程诊断。但是，该系统监控对象仅为设备电控信号，且在港口恶劣环境下的实时性、可靠性和稳定性有待进一步提高。(3)天津港基于短信平台的起重机动态监测装置天津港起重机动态监测装置安装在港口门式起重机上，于2001年投入使用，可以动态地测出门式起重机的吊装重量、电源的工作电压、耗用的电能、各运行电机的三相定子与转子电流、卷扬系统齿轮箱的冷却油温、起重机旋转的角度、起重钩头的高度及桥臂前后运动的限度等，可将测得的主要信息记录在IC卡、磁卡或其他记录媒体上，定时将上述信息以无线通讯方式发送到局域网。该装置除缺少金属结构监测外，因其使用特殊记录载体，较适合于生产经营管理监督，而不利于操作人员管理人员及时、直观地掌握设备状况日。(4)华中科技大学网络化远程监控以华中科技大学为代表的国内科研机构将工nternet技术引入设备远程监控系统中，实现了基于Internet的远程监控。目前正在向嵌入式工nternet接入技术和基于Multi一gent的分布式智能测控方向作进一步研究。在分布式监控领域，目前，MAS的研究在国外逐渐增多，国内也在起步，但大多这些研究或者停留在理论层面，或者只具备不多的Agent特性，并且缺少与控制算法有机融合。基于MAS的分布式智能监控技术与一般智能信息系统中的MAS技术相比具有一定的特殊性，它要求高的实时性和可靠性，同时要考虑其强的资源受限性。(5)武汉理工大学光纤光栅大坝健康监控系统该系统应用光纤光栅传感器，建立结构应变监测系统，目前在武汉长江二桥、水布娅大坝等重要设施的监控中发挥巨大作用。总结：1、硬件资源有限。WSN节点采用嵌入式处理器和存储器，计算能力和存储能力十分有限。所以，需要解决如何在有限计算能力的条件下进行协作分布式信息处理的难题。2、电源容量有限。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）。当自身携带的电池的能量耗尽，往往被废弃，甚至造成网络的中断。所以，任何WSN技术和协议的研究都要以节能为前提。3、无中心。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,是一个对等式网络。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。节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。4、自组织。网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。5、多跳路由。WSN节点通信能力有限，覆盖范围只有几十到几百米，节点只能与它的邻居直接通信。如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由。WSN中的多跳路由是由普通网络节点完成的。6、动态拓扑。WSN是一个动态的网络，节点可以随处移动；一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络运行；也可能由于工作的需要而被添加到网络中。这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化，因此网络应该具有动态拓扑组织功能。7、节点数量众多，分布密集。WSN节点数量大、分布范围广，难于维护甚至不可维护。所以，需要解决如何提高传感器网络的软、硬件健壮性和容错性。8、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。9、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。在我们设计的无线传感器网络车位控制系统中，普通节点将它采集的超声波数据发送给网络协调器，网络协调器将含有控制变量的数据帧发送给带有车位占空标志接点的同时，还可以通过串口将超声波度数据传送给计算机。通过计算机上的后台软件，可以监控超声波度信号的变化。从超声波传感器可以判断车位的占用情况。在实际运用中，只要对具体的传感器进行更换，就可以适用于各种各样的传感器网络。由于无线传感器系统组网灵活，采用模块化的设计，故具有很好的移植性和扩展性，随着人们生活水平的提高，此系统在未来交通监控领域有着广阔的应用前景。在未来交通监控领域[10]、智能家电、家庭环境的智能调节上有着广阔的前景。需要解决的问题：就目前的技术水平来说，让无线传感器网正常运行并大量投入使用还面临着许多问题：1．网络内通信问题。无线传感器网络内正常通信联系中，信号可能被一些障碍物或其他电子信号干扰而受到影响，怎么安全有效的进行通信是个有待研究的问题。2．成本问题。在一个无线传感器网络里面，需要使用数量庞大的微型传感器，这样的话成本会制约其发展。3．系统能量供应问题。目前主要的解决方案有：使用高能电池；降低传感功率；此外还有传感器网络的自我能量收集技术和电池无线充电技术。其中后两者备受关注。4．高效的无线传感器网络结构。无线传感器网络的网络结构是组织无线传感器的成网技术，有多种形态和方式，合理的无线传感器网络可以最大限度的利用资源。在这里面，还包括网络安全协议问题和大规模传感器网络中的节点移动性管理等诸多问题有待解决。总之，无线传感器网络应用前景非常诱人。无线传感器网络（WSN）被认为是影响人类未来生活的重要技术之一，这一新兴技术为人们提供了一种全新的获取信息、处理信息的途径。由于WSN本身的特点，使得它与现有的传统网络技术之间存在较大的区别，给人们提出了很多新的挑战。由于WSN对国家和社会意义重大，国内外对于WSN的研究正热烈开展，希望能够引起测控领域对这一新兴技术的重视，推动对这一具有国家战略意义的新技术的研究、应用和发展。6参考文献[1]孙利民，李建中，陈渝，等.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005：3216[2]孙永进，孙雨耕，房朝晖.无线传感器网络的连通与覆盖[J].天津大学学报，2005，38(1)：14217[3]GJPottie，WJKaiser.Wirelessintegratednetworksensor[C].In：communicationsoftheACM，2000；43(5)：51-5[4]任丰原，黄海宁，林闯.无线传感器网络[J].软件学报2003；14(7)：1282-1291[5]孙利民，李建中，陈渝、朱红松。无线传感器网络[M]。北京:清华大学出版社，2008:3[6]李君。港口起重机电气故障诊断与处理[M]。武汉:武汉理工大学出版社，2009:70[7]徐俊。低功耗无线应变传感器的研究与应用[D]。武汉:武汉理工大学，2008