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無線傳感器網(wǎng)絡的關鍵技術

2019-07-18 10:25 六易哥

導讀:無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks, WSN)是一種分布式傳感網(wǎng)絡,它的末梢是可以感知和檢查外部世界的傳感器。WSN中的傳感器通過無線方式通信,因此網(wǎng)絡設置靈活,設備位置可以隨時更改,還可以跟互聯(lián)網(wǎng)進行有線或無線方式的連接,通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡。

無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks, WSN)是一種分布式傳感網(wǎng)絡,它的末梢是可以感知和檢查外部世界的傳感器。WSN中的傳感器通過無線方式通信,因此網(wǎng)絡設置靈活,設備位置可以隨時更改,還可以跟互聯(lián)網(wǎng)進行有線或無線方式的連接,通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡。

無線傳感器網(wǎng)絡的關鍵技術

無線傳感器網(wǎng)絡的關鍵技術

WSN的發(fā)展得益于微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanism System, MEMS)、片上系統(tǒng)(System on Chip, SoC)、無線通信和低功耗嵌入式技術的飛速發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)絡的關鍵技術又很多,如無線通信技術、能量收集技術、傳感器技術、嵌入式操作系統(tǒng)技術、低功耗技術、多跳自組織網(wǎng)絡的路由協(xié)議、數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)管理技術和信息安全技術等。

無線傳感器網(wǎng)絡的關鍵技術

1、微機電系統(tǒng)技術

MEMS技術是制造微型、低成本、低功耗傳感器節(jié)點的關鍵技術。這種技術是建立在制造微米級機械加工技術基礎上,通過采用高度集成工序,能夠制造出各種機電部件和復雜的微機電系統(tǒng)。微機電系統(tǒng)是微電路和微機械按功能要求在芯片上的集成,尺寸通常在毫米或微米級,自八十年代中后期崛起以來發(fā)展極其迅速,被認為是繼微電子之后又一個對國民經濟和軍事具有重大影響的技術領域,將成為21世紀新的國民經濟增長點和提高軍事能力的重要技術途徑。

微機電系統(tǒng)的優(yōu)點是:體積小、重量輕、功耗低、耐用性好、價格低廉、性能穩(wěn)定等。微機電系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展是科學創(chuàng)新思維的結果,使微觀尺度制造技術的演進與革命。微機電系統(tǒng)是當前交叉學科的重要研究領域,涉及電子工程、材料工程、機械工程、信息工程等多項科學技術工程,將是未來國民經濟和軍事科研領域的新增長點。

MEMS(微機電系統(tǒng))最初大量用于汽車安全氣囊,而后以MEMS傳感器的形式被大量應用在汽車的各個領域,隨著MEMS技術的進一步發(fā)展,以及應用終端“輕、薄、短、小”的特點,對小體積高性能的MEMS產品需求增勢迅猛,消費電子、醫(yī)療等領域也大量出現(xiàn)了MEMS產品的身影。

無線傳感器網(wǎng)絡的關鍵技術

2、無線通信技術

無線通信技術是保證無線傳感器網(wǎng)絡正常運作的關鍵技術。目前,大多數(shù)傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡都使用射頻進行通信,包括微波和毫米波,其主要原因是射頻通信不要求視距傳輸,能提供全向連接。然而,射頻通信也有局限性,比如輻射大、傳輸效率低等,因此其不是適合微型、能量有限傳感器通信的最佳傳輸介質。對于傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(如蜂窩通信系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)、移動自組網(wǎng)等)來說,大部分通信協(xié)議的設計都考慮無線傳感器的特殊問題,因此不能直接在傳感器網(wǎng)絡中使用。在通信協(xié)議中,必須充分考慮無線傳感器網(wǎng)絡特征。

3、硬件與軟件平臺

無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展很大層度上取決于能否研制和開發(fā)出適用傳感器網(wǎng)絡的低成本、低功耗的硬件和軟件平臺。目前,主流低功耗傳感器硬件和軟件平臺都采用了低功耗電路與系統(tǒng)設計技術和功耗管理技術,這些平臺的出現(xiàn)促進了無線傳感器網(wǎng)絡的應用和發(fā)展。

無線傳感器網(wǎng)絡的關鍵技術

傳感器節(jié)點硬件平臺可分為3類:增強型通用個人計算機、專用傳感器節(jié)點和基于片上系統(tǒng)的傳感器節(jié)點。

軟件平臺,典型軟件平臺包括:TinyOS、nesC、TinyGALS等。