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無線傳感器網(wǎng)絡是由部署在監(jiān)測區(qū)域內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)絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋地理區(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)絡由無線傳感器、感知對象和觀察者三個基本要素構成。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)經過數(shù)據(jù)處理單元的處理之后，通過無線網(wǎng)絡傳輸?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)設計技術，以及電路加工工藝的提高，目前已經開發(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)絡的生命周期，在設計傳感器節(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)絡特性著手，提出各種用于傳感器網(wǎng)絡的分簇算法、路由協(xié)議等，通過減少節(jié)能量消耗的方式來延長網(wǎng)絡生命周期。 |
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