无线传感器传感器（无线传感器是如何定义的？无线传感器网络有哪些组成部分

什么是无线传感技术？

科技发展的步伐越来越快。人类已经处于信息时代。传感器技术作为一项重要的基础信息获取技术也得到了极大的发展。无线传感器网络是一种全新的信息采集和处理技术。传感器节点可以连续进行数据采集、事件检测、事件识别、位置监控和节点控制。传感器节点的这些特点和无线连接方式使得无线传感器网络的应用前景非常广阔。随着无线传感器网络的深入研究和广泛应用，无线传感器网络将逐渐渗透到人类生活的各个领域。传感器信息采集技术已经从过去的简单化发展到集成化、小型化和网络化，并将带来一场信息革命。[关键词:信息时代，传感器技术，无线连接，信息革命无线传感器网络(WSN，-work)集成了传感器技术，嵌入式计算技术，分布式信息处理技术和通信技术，能够实时协同监控、感知和收集网络分布区域内各种环境或监控对象的信息，并对信息进行处理，获得详细、准确的信息，传输给需要信息的用户。无线传感器网络被认为是21世纪最重要的技术之一。它将对人类未来的生活方式产生深远的影响。本文将首先介绍无线传感器网络的概念和特点，然后讨论WSN在人们生活中的一些应用模式和发展中遇到的一些问题。无线传感器网络简介无线传感器网络(WSN)是由许多功能相同或不同的无线传感器节点通过自组织形成的无线网络。每个传感器节点由数据采集模块(传感器、模数转换器)、数据处理和控制模块(微处理器、存储器)、通信模块(无线收发器)和电源模块(电池、DC/DC能量转换器)等组成。节点可以充当网络中的数据收集器、数据传输站或簇头节点。作为数据采集器，数据采集模块采集周围环境的数据(如温度和湿度)，并通过通信路由协议直接或间接将数据传输到远程基站或sinknode作为数据传输站，该节点不仅完成收集任务，还接收邻居节点的数据，并将其转发给离基站最近的邻居节点，或者直接转发给基站或汇聚节点。簇头节点负责收集类中所有节点收集的数据，并在数据融合后将其发送给基站或汇聚节点。这些传感器节点可以任意部署在监控区域，通过无线通信形成多跳、自组织的网络，完成信息采集、数据传输和信息处理。无线传感器网络通过节点的数据采集和传输，可以随时随地获取物体的信息，对环境变化具有很强的鲁棒性。因此，它具有广阔的应用前景，可应用于军事情报侦察、工业生产过程控制、环境监测与保护、现代交通管理等领域。无线传感器网络的节点结构和网络体系结构网络体系结构是网络协议层和网络协议的集合。它是网络及其组件应该完成的功能的定义和描述。对于无线传感器网络，其网络结构不同于传统的计算机网络和通信网络。网络体系结构由三部分组成:分层网络通信协议、传感器网络管理和应用支持技术。传感器网络节点结构传感器网络节点的基本组件包括以下四个基本单元:传感单元(由传感器和模数转换功能模块组成)、处理单元(包括中央处理器、存储器、嵌入式操作系统等)。)、通信单元(由无线通信模块组成)和电源。此外，可以选择的其他功能单元包括:定位系统、移动系统和电源自供电系统。传感器网络体系结构网络体系结构是网络的协议层次和网络协议的集合。它是网络及其组件应该执行的功能的定义和描述。对于无线传感器网络，其网络结构不同于传统的计算机网络和通信网络。网络体系结构由三部分组成:分层网络通信协议、传感器网络管理和应用支持技术。分层网络通信协议结构类似于TCP/IP协议体系结构。传感器网络管理技术主要是管理传感器节点自身和管理传感器网络的用户。基于分层协议和网络管理技术，支持传感器网络的应用支持技术。无线传感器网络的物理组成无线传感器网络中的传感器节点数量通常很大。它们不仅体积小、成本低，而且要求传感器节点的功耗很低，以满足用电池维持长期工作状态的要求。因此，这些特性决定了传感器节点的设计需要尽可能简单地满足应用需求。无线传感器节点通过硬件层和软件层的协作来完成任务。无线传感器的硬件层一般包括以下四个单元:电源单元、数据采集单元(包括传感器和模数转换装置)、数据处理单元(包括存储器和微控制器)和无线通信单元。微控制器充当传感器节点，并在其上运行嵌入式系统软件，从而控制其他三个单元的工作。在选择硬件时，应尽可能采用低功耗设备。也可以考虑在没有数据采集和数据通信时，命令微控制器进入“睡眠”状态，并切断无线通信单元的部分电源，从而降低功耗。无线传感器软件层无线传感器网络的软件层包括三层:硬件抽象层、系统服务层和应用层。硬件抽象层用于抽象硬件平台(电源、数据采集、数据处理和无线通信单元)，屏蔽上层底层硬件细节，简化系统平台移植。系统服务层包括通信服务、传感服务、能耗管理服务和实时内核四个部分。在这一层，除了实现操作系统的任务调度和信号量等核心服务外，它还将实现各种路由和安全算法，并支持各种通信传输协议。应用层由用户根据具体应用的需要定义，上层软件可以利用系统服务层提供的接口方便地设计。软件层用于控制硬件层，是整个传感器的“大脑”。除了最基本的数据收集和传输之外，还有一系列关于网络拓扑、自组织、路由选择、节能、错误处理、可靠性保证等的算法和设计。需要根据应用情况来实现。对于一些简单的应用，可以使用具有单回路逻辑的软件。然而，在一些复杂的应用场景中，由于无线传感器网络的特点，有必要使用嵌入式操作系统。。无线传感器网络的主要特征1。在无线传感器网络的应用中，传感器节点通常放置在没有基本设备的地方。传感器节点的位置不能预先精确设置。节点邻居之间的关系无法事先知道，例如，大量的传感器节点被飞机分散在广阔的原始森林中，或者随机放置在不可到达或危险的区域。这样，要求传感器节点具有自组织能力，能够自动配置和管理，并自动形成多跳无线网络系统，通过拓扑控制机制和网络协议转发监测数据。在无线传感器网络的使用过程中，一些传感器节点由于能量耗尽或环境因素而失效，为了弥补失效节点的不足，提高监测精度，一些传感器节点被加入到网络中。因此，无线传感器网络中的节点数量动态地增加或减少，并且网络拓扑动态地改变。无线传感器网络的自组织应该能够适应网络拓扑的动态变化。2.多跳路由网络中节点之间的通信距离是有限的，通常在几十到几百米的范围内。节点只能与其邻居直接通信。如果您想与射频覆盖范围之外的节点通信，您需要通过中间节点进行路由。该网络中的多跳路由由网关和路由器实现，而无线传感器网络中的多跳路由由普通网络节点完成，不需要专门的路由设备。这样，每个节点都可以既是信息的发起者又是信息的转发器。3.动态网络拓扑无线传感器网络是一个动态网络，节点可以到处移动；由于电池能量耗尽或其他故障，节点可能退出网络运行。由于工作需要，也可以将节点添加到网络中。在一些特殊的应用中，无线传感器网络是移动的，并且传感器节点可能由于能量消耗或其他故障而停止工作。这些因素将改变网络拓扑。4.以数据为中心的网络传感器网络是一种基于任务的网络。谈论没有传感器网络的传感器节点是没有意义的。传感器网络中的节点由数字标识。节点号是否需要在整个网络中唯一取决于网络通信协议的设计。由于传感器节点的随机部署，传感器和节点数之间的关系是完全动态的，这表明节点数不一定与节点位置有关。当用户使用传感器网络查询事件时，他们直接通知网络感兴趣的事件，而不是一定数量的节点。网络在获得指定事件的信息后向用户报告。这种将数据本身作为查询或传输线索的想法更接近自然语言交流的习惯。因此，一般认为传感器是一个以数据为中心的网络。无线传感器网络的发展状况可以追溯到20世纪70年代，当时通过将传统传感器与点对点传输和传感器控制器连接起来形成了传感器网络的原型。我们将其归类为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展和进步，传感器网络也具备了获取各种信息信号的综合处理能力。通过与传感器控制器的连接，形成具有信息集成和处理能力的传感器网络。这是第二代传感器网络。自上世纪末以来，现场总线技术已经应用于传感器网络。人们用它来组成智能传感器网络。大量多功能传感器通过无线技术使用和连接。无线传感器网络正在逐步形成。近年来，无线通信技术和微电子技术的不断进步极大地推动了无线传感器网络的快速发展。无线传感器网络是由大量随机部署在一定地理范围内的小型传感器节点组成的自组织网络。这些微小的节点具有数据采集、信号处理和无线通信的功能。它们通过无线通信和相互协调形成一个智能传感器网络。无线传感器网络通过节点的数据采集和传输，可以随时随地获取物体的信息，对环境变化具有很强的鲁棒性。因此，通过合理的节点部署和网络设计，无线传感器网络可以在危险和恶劣的环境中执行任务，如敌方军事侦察。然而，由于低设计和制造成本以及节点本身的小尺寸，单个节点只能携带有限的能量用于简单的本地信号处理和短程无线通信。因此，如何设计一种高效的分布式信号处理算法来降低网络中的能量和带宽消耗成为当前无线传感器网络研究的热点问题之一。3无线传感器网络关键技术作为当今信息领域的一个新的研究热点，无线传感器网络有许多关键技术需要发现和研究。然而，功耗和安全问题是无线传感器网络最重要的两个性能指标。因此，WSN的关键技术必须集中在降低网络功耗和保证网络安全上。下面介绍一些关键技术，如网络拓扑控制和数据融合。网络拓扑控制对于自组织传感器网络具有特殊的意义。拓扑控制自动生成的良好网络拓扑可以提高路由协议和媒体访问控制协议的效率，为数据融合、目标定位等诸多方面奠定基础，有利于节约节点能量，延长网络寿命。因此，拓扑控制是WSN研究的核心技术之一。目前，WSN拓扑控制的主要研究问题是在满足网络覆盖和连通性的前提下，通过功率控制和骨干网节点选择来消除节点间不必要的无线通信链路，并为数据转发生成高效的网络拓扑结构。拓扑控制包括两个方面:节点功率控制和分层拓扑控制。功率控制机制调整网络中各节点的传输功率，在满足网络连通性的前提下降低节点的传输功率，平衡节点在单跳内可以到达的邻居数量；目前，已经提出了基于邻居节点度的算法和利用邻居图生成拓扑结构的DRNG和DLSS算法。分层拓扑控制使用分簇机制，让一些节点作为簇头，形成骨干网络来处理和转发数据。其他非主干网络节点可以暂时关闭通信模块并进入睡眠状态以节省能量。在无线传感器网络中，节点传感器收集数据并将其发送到网络终端。然而，在数据采集和传输的过程中，采集到的数据总是要被处理的，因此存在着如何处理和融合采集到的数据的问题。如果收集的数据在本地节点上被完全处理，并且只发送处理结果，则可以降低传输数据的功耗，但是增加本地节点的处理器的功耗；如果传输原始收集的数据，则可以降低节点处理器的功耗，但是增加传输数据的节点的功耗。因此，如何对采集到的数据进行处理和融合，对降低节点能耗有着重要的作用。一般来说，网络中有很多传感器，传感器采集的数据具有一定的冗余性。因此，将多个节点收集的数据组合在一起进行处理，可以减少整个网络中的数据传输量，有效降低系统的功耗。问题是如何在局部节点处理和节点联合处理之间找到平衡点。位置信息是传感器节点采集的数据中不可缺少的一部分。没有位置信息的监控消息通常是没有意义的。为了提供有效的位置信息，随机部署的传感器节点必须能够在部署后确定自己的位置。由于传感器节点具有资源有限、随机部署、通信易受环境干扰甚至节点失效的特点，定位机制必须满足自组织、鲁棒性、能效、分布式计算等要求。根据定位机制的不同，现有的WSN定位算法可以分为基于测距的方法和基于非测距的方法。基于测距的定位机制利用到达时延、信号到达时间差和接收信号强度来估计距离或到达方向，然后利用三边测量或最大似然估计来计算未知节点的位置。然而，不基于距离测量的定位机制不需要距离或角度信息，或者不需要直接测量这些信息，仅根据网络连通性等信息实现节点定位。与距离无关的定位机制的定位几乎不受环境因素的影响。虽然定位误差相应增加，但定位精度能够满足大多数传感器网络应用的需求，是目前关注的焦点。无线通信技术传感器网络需要低功耗和短距离无线通信技术。该标准是用于低速无线个人区域网的无线通信标准，以低功耗和低成本为主要设计目标。由于标准网络特征与无线传感器网络有许多相似之处，许多研究机构将其视为无线传感器网络的无线通信平台。此外，超宽带无线通信以其高速、低功耗、抗多径和低成本等优势成为室内短程无线网络的首选方案，为WSN数据传输开辟了新的方案。由于传感器网络的节能策略，节点大部分时间处于休眠状态，因此需要解决通信同步问题，即通信时两个通信节点需要同时醒来。另外，传感器网络是一个分布式网络，所有的节点都有相同的通信状态，没有优先级。因此，为了使整个网络在有效状态下工作，通常需要同步整个网络中或某个范围内的所有节点，而不是简单地同步两个通信方。4无线传感器网络的应用尽管无线传感器网络的大规模商业应用由于技术和其他限制还有很长的路要走，但近年来，随着计算成本的降低和微处理器的体积越来越小，大量的无线传感器网络已经投入使用。目前，无线传感器网络的应用主要集中在以下几个领域:环境监测和保护随着人们对环境问题越来越重视，需要收集越来越多的环境数据。无线传感器网络的出现为随机研究数据的获取提供了便利，也可以避免传统数据采集方法对环境造成的入侵性破坏。例如，英特尔研究实验室的研究人员曾将32个小型传感器连接到互联网上，测量缅因州鸭岛的气候变化，并评估海燕巢穴的状况。无线传感器网络还可以跟踪候鸟和昆虫的迁徙，研究环境变化对农作物的影响，并监测海洋、大气和土壤的组成。无线传感器网络还可以在医学研究和护理中发挥巨大作用。罗切斯特大学的科学家利用无线传感器创建了一个智能医疗室，利用微小的灰尘来测量生命体征(血压、脉搏和呼吸)、睡眠姿势和一天24小时的活动。英特尔还推出了面向无线传感器网络的家庭护理技术，这是为应对老龄化社会而开发的技术项目(CAST)的一部分。该系统通过将半导体传感器嵌入家庭道具和设备，如鞋子、家具和家用电器，帮助老年人、老年痴呆症患者和残疾人的家庭生活。使用无线通信来连接传感器可以有效地传输必要的信息，以便于接受护理，并且还可以减轻护理人员的负担。英特尔预防性健康保险研究主管埃里克森曼说，无线传感器网络是发展家庭护理技术的一个有前途的领域。由于其密集和随机的分布，无线传感器网络非常适合在恶劣的战场环境中使用，包括敌情侦察、部队、设备和材料的监控以及生化攻击的判断。美国国防部视觉研究署已经投资数千万美元帮助大学开发智能灰尘传感器技术。哈伯研究公司总裁阿尔门·丁格预测，智能灰尘传感器和相关技术的销售额将从2004年的1000万美元增加到2010年的数十亿美元。建筑结构监测无线传感器网络用于监测建筑物的健康状况，不仅成本低，而且可以解决传统监测中布线复杂、线路老化、易损坏等问题。斯坦福大学提出了一种基于无线传感器网络的楼宇监控系统，该系统采用基于分簇结构的两层网络系统。传感器节点由EVK915模块和ADXL210加速度传感器组成，簇头节点由无线调制器和EVK915连接而成。NETSHM是南加州大学的一种用于监控建筑物的无线传感器网络系统，它不仅可以监控建筑物的健康状况，还可以定位建筑物的受损位置。自然灾害的预防在一些容易发生自然灾害的地方，如泥石流和滑坡，无线传感器网络被用来及时和长期地监测这些地方的地形变化和各种环境因素，收集相关数据并进行适当的分析。当灾难即将发生时，我们可以提前发出预警报告，做好准备或采取相应措施防止灾难再次发生。企业和家庭监控无线传感器网络可以实时监控企业和家庭中人员的移动和环境的变化，有利于企业和家庭采取有效的安全防护措施和灾害应对措施。此外，在我国其他领域也有大量的应用，如无线传感器网络在井下无人煤矿安全监控系统中的应用，以及无线传感器网络在温室网络信息采集与分析系统中的应用。5.现有问题面临的技术问题就目前无线传感器网络的技术水平而言，无线传感器网络在正常运行和大量投入使用时仍然面临许多问题:(1)网络中的通信问题在无线传感器网络中的正常通信链路中，信号可能会受到某些障碍物或其他电子信号的干扰。如何安全有效地沟通是一个需要研究的问题。(2)成本在无线传感器网络中，需要使用大量的微型传感器，因此成本将制约其发展。(3)目前，解决系统能源供应问题的主要方法包括:使用高能电池；降低感应功率；此外，传感器网络中还存在自能量收集技术和无线电池充电技术，其中后两者备受关注。(4)高效的无线传感器网络结构无线传感器网络的网络结构是一种组织无线传感器的网络技术。有许多形式和模式。合理的无线传感器网络可以最大限度地利用资源。在这方面，还有许多问题需要解决，如大规模传感器网络中的网络安全协议问题和节点移动性管理问题。传感器网络主要应用于军事和商业领域，安全性是一个重要的研究内容。由于传感器网络中节点的随机部署、网络拓扑的动态性和信道的不稳定性，传统的安全机制无法应用。因此，有必要设计一种新的网络安全机制，可以借鉴扩频通信、接入认证、数据水印、数据加密等技术。目前，有许多方法可以确保网络安全。(1)借助特殊的无线传感器终端。PTD()被用作传感器网络的终端，并且在网络中设置认证服务器以提供传感器所需的服务，同时在PTD和服务器之间建立认证和加密系统。只有在服务器上注册的PTD终端才能获得服务，而没有注册的终端不能获得服务，从而保证了系统的安全性。通常，这种系统用于家庭环境。(2)使用SecureOverlay。一种被称为SCANv2()安全内容网络寻址的安全覆盖被用来实现无线传感器网络的安全性。SCANv2实际上是一个覆盖实际网络层的虚拟结构。通过使用哈希函数，实际网络中的节点被映射到掩码空上，并且某个区域或函数的节点位于掩码空之间的某个公共特定位置。当用户从网络获得服务时，他们需要进入相应的安全认证空的房间，然后通过加密和解密过程进入映射空的实际网络以获得所需的服务。无线传感器网络是一种新的信息采集和处理技术。在特殊领域，它具有传统技术无法比拟的优势。对它的研究仍处于初级阶段。无线传感器网络具有非常广阔的应用前景。它不仅在工业、农业、军事、环境和医疗等传统领域具有巨大的应用价值，而且在未来的许多新兴领域，如家庭、医疗保健、交通运输等领域也将显示出它的优势。我们可以大胆地预见，未来无线传感器网络将无处不在，并将完全融入我们的生活。例如，微型传感器网络可能最终将家用电器、个人电脑和其他日常用品与互联网连接起来，以实现远程跟踪。家庭中使用无线传感器网络来负责安全控制、节能等。它的应用可以涉及人类日常生活和社会生产活动的所有领域。对这些网络的进一步研究将满足中国未来高技术民用和军用发展的需要。它不仅具有重要的社会和经济意义，而且具有非常重要的战略意义。然而，我们也应该清醒地认识到，无线传感器网络刚刚开始发展，其技术和应用还远未成熟。国内企业应抓住商机，增加投资，促进整个行业的发展。从网络中摘录早在20世纪70年代，就有一个利用传统传感器点对点传输和连接传感器控制器形成的传感器网络原型。我们将其归类为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展和进步，传感器网络也具备了获取各种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制的连接，形成了具有信息集成和处理能力的传感器网络，这就是第二代传感器网络。自上世纪末以来，现场总线技术已经应用于传感器网络。人们用它来组成智能传感器网络。大量多功能传感器通过无线技术使用和连接。无线传感器网络正在逐步形成。无线传感器网络是20世纪70年代发展和应用的新一代传感器网络，将对人类生活和生产的各个领域产生深远的影响。无线传感器网络可以看作由数据采集网络、数据发布网络和控制管理中心组成。它的主要组件是集成了传感器、处理单元和通信模块的节点。每个节点通过协议自行组成分布式网络，优化后通过无线电波将采集到的数据传输到信息处理中心。无线传感器网络是由大量静态或移动传感器以自组织和多跳方式组成的无线网络。其目的是在网络覆盖的地理区域内协同感知、收集、处理和传输感知对象的监测信息，并向用户报告。它的英文名字简称为wsn。大量的传感器节点通过其他网络将检测数据通过汇聚节点发送给用户。在这个定义中，传感器网络实现了数据采集、处理和传输的三大功能，对应于现代信息技术的三大基本技术，即传感器技术、计算机技术和通信技术。[来源:中国自动化网络ca800

无线传感器是如何定义的？无线传感器网络的组成部分是什么

无线传感器的组成模块封装在外壳中。工作时，它将由电池或振动发生器供电，形成一个无线传感器网络节点。该网络由随机分布的微节点自组织地集成传感器、数据处理单元和通信模块组成。它可以采集设备的数字信号，通过无线传感器网络传输到监控中心的无线网关，并直接发送给计算机进行分析和处理。如果需要，无线传感器还可以实时传输收集的整个时间历史信号。监控中心还可以通过网关向节点无线传输控制和参数设置等信息。数据调理采集处理模块将传感器输出的微弱信号经过放大、滤波等调理电路后送入模数转换器，将微弱信号转换成数字信号，送入主处理器进行数字信号处理，计算传感器的有效值和位移值。

无线传感器的传感器类型

该节点结构紧凑，体积小，封装在树脂外壳中。节点的每个通道内部都有一个高精度120-1000ω桥式电阻和一个放大调理电路。桥式自动平衡。节点空中等传输速率可达250千比特/秒，有效实时数据传输速率可达4千比特/秒，有效室内通信距离可达100米。该节点设计有专用的电源管理软件和硬件。在实时不间断传输的情况下，节点功耗仅为25mA，使用普通9V电池可连续测量数十小时。对于长期监控应用，扭矩值每5分钟发送一次，几年内不需要更换电池，从而大大提高了系统的免维护性能。

红外传感器是无线传感器吗

自2002年诺基亚7650(7650也有扬声器感应)以来，就有了光传感器。它的优点是可以根据手机所处环境的光线来调节手机屏幕和键盘灯的亮度。在光线充足的地方，屏幕非常亮，键盘灯将被关闭。相反，在黑暗中，键盘灯亮，屏幕暗(这也与屏幕亮度的设置有关)，从而保护眼睛，节约能源，一举两得。此外，当光传感器进入睡眠模式时，它会发出蓝色的周期性闪光，非常漂亮。光传感器位于靠近前摄像机的一个小点上。如果光线充足(室外或室内)，键盘灯将在大约2-3秒后自动关闭。即使您再次操作机器，键盘灯也不会亮起，只有当灯相对较暗时，另一个键盘灯才会自动亮起。如果光线充足，试着用手盖住光传感器。2-3秒后，键盘灯将自动亮起。这是光传感器的功能，起到省电的作用。红外传感系统是一种以红外为介质的测量系统，根据功能可分为五类，根据探测机理可分为光子探测器和热探测器。红外传感技术已经广泛应用于现代科技、国防、工业和农业。传感器的特点包括小型化、数字化、智能化、多功能、系统化和网络化。它不仅促进了传统产业的转型升级，还可能建立新的产业，成为21世纪新的经济增长点。小型化是基于微机电系统(mems)技术，并已成功应用于硅器件，以制造硅压力传感器。