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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信的方式形成一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)布給觀察者。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由無線傳感器、感知對象和觀察者三個基本要素構(gòu)成。無線是傳感器與觀察者之間、傳感器之間的通信方式，能夠在傳感器與觀察者之間建立通信路徑。無線傳感器的 基本組成和功能包括如下幾個單元：電源、傳感部件、處理部件、通信部件和軟件等，此外，還可以選擇其他的功能單元，如定位系統(tǒng)、移動系統(tǒng)以及電源自供電系統(tǒng)等。傳感節(jié)點一般由傳感單元、數(shù)據(jù)處理單元、GPS定位裝置、移動裝置、電源電池及網(wǎng)絡(luò)通信單元收發(fā)裝置等六大部件組成，其中傳感單元負責被監(jiān)測對象原始數(shù)據(jù)的采集，采集到的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理單元的處理之后，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)揭粋€數(shù)據(jù)匯聚中心節(jié)點SINK，SINK再通過因特網(wǎng)或衛(wèi)星輸?shù)接脩魯?shù)據(jù)處理中心。 而與光電開關(guān)傳感器不同的是無線傳感器節(jié)點的處理器一般選用嵌入式CPU，在存儲計算時，由于傳感器節(jié)點體積小，必然導致其攜帶的處理器能力比較弱，存儲器容量比較小。隨著低功耗電路和系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，以及電路加工工藝的提高，目前已經(jīng)開發(fā)出很多超低功耗微處理器，計算機能力也得到了大幅度提高。同時對存儲技術(shù)的研究也使得flash存儲器等小體積、大容量、低電壓操作、多次寫、無限次讀的非易失存儲介質(zhì)用于傳感器節(jié)點制造。傳感器節(jié)點的能量供應一般采用電池，目前使用的大部分都是自身存儲有限能源的化學電池，并且節(jié)點能量在實施部署后很難進行有效補充。隨著光電轉(zhuǎn)換理論的提出，傳統(tǒng)的電池被加入了許多新的元素，太陽能電池、微光電池、生物能電池、地熱能電池等一系列可以從自然界中汲取能量轉(zhuǎn)換為電能的電池出現(xiàn)，使得能量的自補充成為可能。從理論上來講，新型電池能持久供應能量，但受到當前工業(yè)水平所限，工程實踐中生產(chǎn)這種微型化的電池還有相當?shù)碾y度，以及節(jié)點部署區(qū)域特定地理環(huán)境等的局限，使其效果并不理想，如何進一步縮小傳感器的體積是目前研究的重點。為盡可能地延長整個傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期，在設(shè)計傳感器節(jié)點時，保證能量供應的持續(xù)性是一個重要的設(shè)計原則。傳感器節(jié)點消耗能量的模塊主要是包括傳感器模塊、信息處理模塊和無線通信模塊，而絕大部分的能量消耗是集中在無線通信模塊上，約占整個傳感器節(jié)點能量消耗的百分之八十。一旦節(jié)點的能量衰竭，該節(jié)點即失效。因此，在電池技術(shù)沒有獲得飛躍性的發(fā)展之前，人們主要是從研究傳感器的網(wǎng)絡(luò)特性著手，提出各種用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇算法、路由協(xié)議等，通過減少節(jié)能量消耗的方式來延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。 |
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