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无线传感器网络的研究进展概述
摘要 基于现在电子技术，嵌入式计算技术，传感器技术，通信技术和分布式信息处理技术的飞速发展，应运而生了一门新的技术，即无线传感器网络技术。在二十一世纪的今天，鉴于它广阔的应用前景，它开始成为一块全新的研究区域，但是随之而来科学家也发现了很多难题。2000年以后，无论是在国内还是国外，科学家们对无线传感网络研究的热情都只增不减，并取得了大量的学术型研究成果。其中在五个点系统阐述了无线传感器网络的研究进度，通过它们可以进一步讨论研究的方向，并提供许多的参考文献。
关键词 网络通信技术；无线传感器网络
在电子技术、计算机技术、传感器技术快速发展，并不断趋于完善的今天，各种各样具有感知、计算、通信能力的微型传感器被科学家研究发明出来，而无线传感器网络被许多微型传感器连接而成加深了人们对此的关注度。传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术以及通信技术被无线传感器网络所综合，它们都能实时有效的监控、感应、收集网络分布的区域里环境和监控对象的信息，并对这些收集的信息及时处理，使之更加详细精确，方便送到需要它们的用户手中，而无线传感器网络不仅可以实现上述基本功能，不局限于时间、地点以及环境条件，而且它适用范围更加广泛，应用于我国的军事防范、安全监测、环境保护、交通疏导、医疗健康、产品生产、抢险救灾等领域，由它也带来了一场信息感应和信息收集的大革命，并深深影响了新一代的网络。美国商业周刊曾刊登文章表明全球未来四大高技术产业是无线传感器网络、效用计算、塑料电子学和仿生人体器官，与此同时，它将被列在世界最具影响力的21项技术和改变世界的十大新兴技术之中。随着科技的发展，近几年我国也加大了对无线传感器网络技术的研究力度，许多不管是重点还是非重点研究项目被国家自然科学基金委员会支持投资立项，与传感器相关的技术课题和科学科技发展研究层出不穷。但是，它到底还存在哪些特质令我们的科学家前仆后继、乐此不疲的对之进行研究呢？取决于其有限的电源能量、通信能力和节点计算机能力，还有数量大、分布广的传感器节点数量，以及强大的感知数据的能力。将从五个点综合阐述无线传感器网络的研究进度。即无线传感器网络的网络通信技术、中间件技术、节点及其嵌入式软件技术、数据管理技术和基础设施技术[1]。
1 无线传感器网络的网络通信技术
1.1 物理层研究进度
在物理层其解决的核心问题是能量有效性和能量节省，无线传感器网络使用无线电、红外线和光波进行传输，解决了选择频段、方式的调制一系列的问题，无线传感器网络在物理层的研究还需要解决很多问题，比如设计超带宽和通带宽、耗能低、费用低的无线电收发器。
1.2 数据链路层研究进度
在数据链路层解决的核心问题是能量的高效节省，主要研究MAC协议，目的在于为能量受限的传感器节点建立通信链路，方便资源共享，避免不必要的数据包的冲突。MAC有三种类型的协议，分别是：①随机竞争型；②TDMA型；③其他型。MAC还有待解决很多问题，比如能量的下界、错误控制编码以及节点操作。
1.3 网络层路由协议研究进度
其研究可分为五类，分别是：①聚簇型。基于某种规则把无线传感器网络节点集划分成几个小的子集，即簇，由簇头收集数据并进行传送。②地理位置型。假设已知自己和目标的地理位置，建立虚拟坐标，对节点信息进行路由，从而减少能量开销。③数据中心型。节点地址增多，监测用户感兴趣的数据，传感器节点传送采集到的数据，但能量和时间的开销较多。④能量感知型。建立多条路径在源节点与目的节点间，由源节点向目的节点传送数据时，依概率选择一条最合适的路径进行数据的传送。⑤其他型。可以选择多条路径实现可靠性的协议，传输路径不再单一化，以此提高了网络的吞吐量[2]。
1.4 传输层协议研究进度
无线传感器网络连接网络时，需要用特殊的技术和方法去控制传输数据。
2 中间件技术
无线传感器网络的中间件介于操作系统和应用软件间，其数据管理系统就是一种独立的，大的中间件。现在主要研究两个方面的中间件：识别探究问题和研究中间部件及算法。除此之外，还开始研究中间件部分组件，比如可提供高级程序界面的Mate，进行编程工作。但许多重要的问题还没有得到解决，只是很浅显的涉及算法和部分中间件组件，需要相关的技术人员进行更深层次的研究。
3 节点及其嵌入式软件技术
对无线传感器网络节点进行两方面的研究，一是设计硬件二是嵌入式软件技术。就硬件而言，开展了各项研究，如研究化学、生物感应装置；集成普通传感器的计算、存储以及通信部件使之成为微型传感器。在软件技术方面，嵌入式操作系统是其主要的研究成果，对此还需要加大研究力度才能追赶上其他方面的研究[3]。
4 数据管理技术
無线传感器网络的特点是以数据为中心，它可看成是数据库或数据空间，其研究方法是数据库系统的研究方法，集中于以下几种技术：
4.1 存储与索引技术
根据感知数据的方法和索引技术改进了无线传感器网络的数据查询功能，并解决了热点问题。
4.2 无线传感器网络数据查询处理技术
在连续查询和近似查询进行主要研究，最终制定出能量耗损量最低的计划并成功施行。
4.3 无线传感器网络数据管理系统
把整个网络假设成一个关系表，系统与传感器节点的物理地址的关系密不可分，但因为不满足无线传感器网络的特征，所以并不适用于频繁改变的拓扑结构。
5 基础设施技术
无线传感器网络需要技术的支持，例如拓扑控制、时间同步、节点定位、网络安全等，研究工作围绕这些展开，并取得了不错的研究成果。
6 结束语
综上所述，由于不同人研究将产生不同的研究结果，所以对无线传感器网络缺乏统一、全面地认识，理论与实际相差甚远，问题也并没有得到很好地解决，因此我们应不断去发掘开发新的知识以及新的产物。
参考文献
[1] 王东亚，陈得友.基于无线传感器网络监测的金属矿床成矿模式仿真[J]. 世界有色金属，2016，（06）：101.
[2] 刘晟.无线传感器网络及其在物联网中的应用分析[J]. 河南科技，2015，（21）：240.
[3] 孙豫，杨青.“物联网”概念下相关信息课程的转型设计——以无线传感器网络课程转型为例[J].辽宁广播电视大学学报，2016，（03）：44-45.
本文来源：https://www.wddqxz.cn/adf44a1d3386bceb19e8b8f67c1cfad6195fe9ac.html
2023-05-14
