无线传感网络学习心得

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无线传感器网络学习心得

初次接触这个课程时，我无意地在课本中看到了对于无线传感器网络的基本概述：无线传感器网络是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪。这让我联想到物联网体系的感知层与网络层，乍一想，这不就是物联网感知层与网络层的整体解决方案么？美国《商业周刊》与MIT技术评论分别将无线传感器网络列为改变世界的10大技术之一。作为一名物联网工程专业的大学生，了解于此，内心燃起了一团火焰，因为觉得这个将成为我们将以时代推动者的身份参与到人类21世纪的建设中。

学习无线传感器网络这个课程，分3个阶段，第一个阶段是分别讲解无线传感器网络里面的各个组成部分，包括物理层，信道接入技术，路由协议，拓扑技术，网络定位与时间同步技术等等。第二个阶段是整合零碎的知识，总结出无线传感器网络的工作原理。第三阶段是利用现有知识理解无线传感器网络在物联网环境下的应用并且能够根据现实需求设计出符合要求的一个整体的无线传感器网络。

第一阶段知识总结，（1）无线传感器网络物理层是数据传输的最底层，它需要考虑编码调制技术，通信速率，通信频段等问题。信道接入技术中有IEEE 802.11MAC协议，S-MAC协议，Sift协议，TDMA技术，DMAC技术，CDMA技术。在物理层和信道接入技术主要有2个标准，一个是IEEE 802.15.4标准，一个是ZigBee标准，它们各有优劣，可根据现实情况采用不同标准。（2）无线传感器网络路由协议的作用是寻找一条或或多条满足一定条件的，从源节点到目的节点的路径，将数据分组沿着所寻找的路径进行转发。路由协议中有Flooding协议，Gossiping协议，SPIN协议，DD协议，Rumor协议，SAR协议，LEACH协议，PEGASIS协议等协议。（3）动态变化的拓扑结构是无线传感器网络最大特点之一，拓扑控制策略为路由协议、MAC协议、数据融合、时间同步和目标定位等多方面都奠定了基础。在无线传感器网络中，拓扑控制将影响整个网络的生存时间，减小节点间通信干扰，提高网络通信效率，为路由协议与时间同步提供基础，影响数据融合与弥补节点失效的影响。（4）无线传感器网络主要有两种基本感知模型，而这又跟覆盖问题直接相关。根据无线传感器网络不同的应用，覆盖需求通常不同。根据覆盖目标不同，目前覆盖算法可以分为面覆盖，点覆盖及栅栏覆盖。（5）无线传感器网络的定位是指自组织的网络通过特定方法提供节点位置信息。这种自组织网络定位分为节点自身定位和目标定位。节点自身定位是确定网络中节点的坐标位置的过程。目标定位是确定网络覆盖范围内目标的坐标位置。定位过程中把定位算法分为基于测距和无需测距的定位算法。基于测距的定位算法需要测量相邻节点之间的绝对距离或者访方位，并利用节点间的实际距离或者方位来计算位置节点的位置，常用的测距技术用RSS（到达信号强度）测量法，TOA（到达时间）测量法，TDOA（到达时间差）测量法，RSSI（到达信号强度）测量法等。（6）无线传感器网络上的目标跟踪与其定位不同，主要目的不是追求定位的精度，而是需要对移动的目标或者时间进行动态的监测。基于无线传感器网络的目标跟踪过程大致包括3个阶段：检测、定位和通告。检测阶段：无线传感器网络中的节点周期性地通过传感器模块检测是否有目标出现。定位阶段：为了节省能量，只有距离跟踪目标比较近的节点才会对目标进行定位，如果节点接受到另外两个或者两个以上的节点到跟踪目标的距离，则可选用三边


定位法或者多边极大似然估计法计算跟踪目标的位置。通告阶段：计算出跟踪跟踪目标的运动轨迹后，传感器网络要通知跟踪目标周围的节点启动进入跟踪状态。（7）无线传感器网络中的时间同步技术有两大时间同步模型，时钟模型与通信模型。时间同步协议中有经典的LTS协议，RBS协议，TPSN协议，DMTS协议和FTSP协议等协议。（8）在无线传感器网络中间件应用中，无线传感器网络中间件体系结构是无线传感器网络中间件的核心，它决定着无线传感器网络的运行及组织方式。（9）传感器网络以数据中心的特点使得其设计方法不不同于其他计算机网络，传感器网络应用系统的设计以感知数据管理和处理为中心，把数据库技术和网络技术紧密结合，从逻辑概念和软、硬件技术两个方面实现一个高性能的以数据为中心的网络系统。（10）无线传感器网络数据不能局限于网络内部传输，这样不利于无线传感器网络的普及应用，必须让终端用户能够通过外部网络（如Internet）便捷地访问无线传感器网络采集的环境数据。这就需要物联网环境下的无线传感器网络接入技术了。多网融合的无线传感器网络是在传统的无线传感器网络的基础上，利用网关接入技术，实现无线传感器网络与以太网、无线局域网、移动通信网等多种网络的融合。处于特定应用场景中的、高效组织组织的节点，在一定的网络调度与控制策略驱动下，对其所部属的区域开展监控与传感；网关节点设备将实现对其所在的无线传感器网络的区域管理、任务调度、数据聚合、状态监控与维护等一系列功能。经网关节点融合、处理并经过相应的标准化协议处理和数据转换之后的无线传感器网络信息数据，将有网关节点设备聚合，根据其不同的业务需求及所接入的不同网络环境，经由TD-SCDMA和GSM系统下的地面无线接入网、Internet环境下的网络通路及无线局域网网络下的无线链路接入点等，分别接入TD-SCDMA与GSM核心网、Internet主干网及无线局域网等多类型异构网络，并通过各网络下的基站或主控设备，将传感信息分发至各终端，以实现针对无线传感器网络的多网远程监控与调度。（11）无线传感器网络具有很强的应用相关性，起硬件需要满足轻量化、扩展性、灵活性、稳定性、安全性与低成本等要求。 学习的第二个阶段，对零碎的知识点进行整合，总结出对无线传感的工作原理的自我理解。





上图就是一个典型的无线传感器网络应用系统的简易示意图，它拥有着无线传感器网络所应该拥有的最基本的三种类型的节点，即传感器节点（sensor node），


汇聚节点（sink），用户的管理节点（User）以及互联网或通信卫星。传感器节点（sensor node）分布于监测区域的各个部分（sensor field），用于收集数据，并且将数据路由至信息收集节点（sink），信息收集节点（sink）与信息处理中心（User）通过广域网络进行通信，从而对收集到的数据进行处理。 学习的第三阶段：利用现有的知识体系，理解无线传感器网络在现实中的应用，并且可以根据现实的需求设计出合理的应用体系。结合无线传感器网络在农业中的应用进行探究：（1）在体系结构选择方面，其体系结构选择通性化的网络体系结构，跟上图体系相符。（2）节点选择方面，由于农业监测的复杂性及监测环境对于外来设备的敏感性，要求传感器节点体积尽可能小，为了获取到确切的监测信息，要求传感器节点装备多种高精度传感器。为了延长传感网的使用寿命，需要传感器节点具有尽可能长的生命周期。（3）能量管理：实际情况下的传感器网络应用可能需要长达多个月的环境监控，而单个节点的能量非常有限。为了节省能量，在发生传感任务时，只有相邻区域的节点处于传感通信状态，其余节点不需要传感和转发数据包，应当关闭无线通信系统，使其休眠节省能量。（4）数据采集方面，在无线传感器网络中，靠近基站的节点要为其他节点转发数据，能量消耗较大，边缘节点只要进行数据收集，能耗较少，所以边缘节点应当采取一定的算法对数据进行融合，降低通信量，校正采样数据之后再进行发送。（5）通信机制方面，包括路由协议、MAC协议及通信部件的控制访问机制等，路由协议负责将数据分组从源节点通过网络发送到目的节点，寻找源节点和优化节点间的路径，将数据分组沿优化的路径正确转发。MAC协议决定无线信道的使用方式，在节点间分配有限的通信资源，无线通信模块在发送状态消耗能量最多，睡眠状态消耗最少，接受和侦听状态下消耗稍小于发送状态（6）远程任务控制主要是在对环境监控一段时间后，调整网络的任务，这需要向基站发出命令，基站通过发送广播消息发出指令，还要对节点的能量、通信等状态进行监控，不断进行任务调整，延长传感器网络的使用寿命。

根据现实的需求设计出合理的应用体系分这几步：（1）根据客户的要求，分析现实的需求，书写需求文档。（2）设计出无线传感器网络的整体框架体系，选择与设计各项通信协议与通信机制。（3）分别对框架中的软硬件进行分析与设计（4）进入开发状态（5）测试，交付，维护

以上就是我对无线传感器网络课程的学习心得了，在此课程中，虽然我对其中的知识体系有所了解，但是缺少实际的操作与开发，只是停留在了浅显的认识层面，只有通过实际的操作，才能更深入地去了解它其中的核心，而这一点却恰恰是我们这个课程的学生所缺少的，基于此，我非常地希望在这个专业、这个课程中，有专业的实验室让我们这群学生能够进行实打实的器械操作，这样才能真正地达到“格物致知”，“学为实用”啊。

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