你了解物聯網無線傳感器節(jié)點嗎？無線傳感器節(jié)點（WSN）在促進物聯網（IOT）發(fā)展方面發(fā)揮著關鍵作用。WSN的優(yōu)點在于，它的功耗極 低，尺寸極小，安裝簡便。對很多物聯網的應用而言，傳感器節(jié)點都發(fā)揮著重要作用。

什么是傳感器節(jié)點？傳感器節(jié)點是一種微型嵌入式設備，隸屬于無線傳感器網絡，要求它的價格低、功耗小，這些限制必然導 致其攜帶的處理器能力比較弱、存儲器容量比較小。為了完成各種任務，傳感器節(jié)點需要完成監(jiān)測數據的采集 和轉換、數據的管理和處理、應答匯聚節(jié)點的任務請求和節(jié)點控制等多種工作。如何利用有限的計算和存儲資 源完成諸多協同任務成為傳感器網絡設計的挑戰(zhàn)之一。

傳感器節(jié)點是無線傳感網的一個基本組成部分。根據應用需求的不同，傳感器節(jié)點必須滿足的具體要求也 不同。傳感器節(jié)點可能是小型的、廉價的或節(jié)能的，必須配備合適的傳感器，具有必要的計算和存儲資源，并 且需要足夠的通信設施。一個典型的傳感器節(jié)點由感知單元、處理單元（包括處理器和存儲器）、通信單元、能星供給單元和其他 應用相關單元組成。

感知單元主要用來采集現實世界的各種信息，如溫度、濕度、壓力、聲音等物理信息，并將傳感器采集到 的模擬信息轉換成數字信息，交給處理單元進行處理。處理單元負責整個傳感器節(jié)點的數據處理和操作，存儲本節(jié)點的采集數據和其他節(jié)點發(fā)來的數據。通信單元負責與其他傳感器節(jié)點進行無線通信、交換控制消息和收發(fā)采集數據。能量供給單元提供傳感器節(jié)點運行所需的能星，是傳感器節(jié)點最重要的單元之一。

另外，為了對節(jié)點精確定位以及對移動狀態(tài)進行管理，傳感器節(jié)點需要相應的應用支持單元，如位置查找 單元和移動管理單元。

從無線傳感器網絡的特點來了解傳感器節(jié)點

無線傳感器網絡是一種無中心節(jié)點的全分布系統。通過隨機投放的方式，眾多傳感器節(jié)點被密集部箸于監(jiān) 控區(qū)域。這些傳感器節(jié)點集成有傳感器、數據處理單元和通信模塊，它們通過無線通道相連，自組織地構成網 絡系統。傳感器節(jié)點借助于其內置的形式多樣的傳感器，測星所在周邊環(huán)境中的熱、紅外、聲吶、雷達和地震波信 號，也包括溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等眾多人們感興趣的 物理現象。傳感器節(jié)點間具有良好的協作能力，通過局部的數據交換來完成全局任務。

下面將從無線無線傳感器網絡的的特點來進一步了解傳感器節(jié)點：

大規(guī)模網絡

為了獲取精確信息，在監(jiān)測區(qū)域內通常部署大量傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點數量可能達到成千上萬，甚至更多。傳感器網絡的大規(guī)模性包括兩方面的含義：一方面是傳感器節(jié)點分布在很大的地理區(qū)域內，如在原始大森林中采用傳感器網絡進行森林防火和環(huán)境監(jiān) 測，需要部署大星的傳感器節(jié)點。

另一方面，傳感器節(jié)點部署很密集，在一個面積不是很大的空間內，密集部署了大量的傳感器節(jié)點。傳感 器網絡的大規(guī)模性具有如下優(yōu)點：通過不同空間視角獲得的信息具有更大的信噪比；通過分布式處理大星的采 集信息能夠提高監(jiān)測的準確度，降低對單個節(jié)點傳感器的準確度要求；大量冗余節(jié)點的存在，使得系統具有很 強的容錯性能；大量節(jié)點能夠增大覆蓋的監(jiān)測區(qū)域，減少盲區(qū)。

自組織網絡

在傳感器網絡應用中，通常情況下傳感器節(jié)點被放置在沒有基礎結構的地方。傳感器節(jié)點的位置不能預先 精確設定，節(jié)點之間的相互鄰居關系預先也不知道，如通過飛機播撒大量傳感器節(jié)點到面積廣闊的原始森林 中，或隨意放置到人不可到達或危險的區(qū)域。

這樣就要求傳感器節(jié)點具有自組織的能力，能夠自動進行配置和管理，通過拓撲控制機制和網絡協議自 動形成轉發(fā)監(jiān)測數據的多跳無線網絡系統。在傳感器網絡的使用過程中，部分傳感器節(jié)點由于能量耗盡或環(huán)境 因素造成失效，也有一些節(jié)點為了彌補失效節(jié)點、增加監(jiān)測準確度而補充到網絡中，這樣在傳感器網絡中的 節(jié)點個數就動態(tài)地增加或減少，從而使網絡的拓撲結構隨之動態(tài)地變化。傳感器網絡的自組織性要能夠適應 這種網絡拓撲結構的動態(tài)變化。

多跳路由

網絡中節(jié)點通信距離有限，一般在幾十到幾百米范圍內，節(jié)點只能與它的鄰居直接通信。如果希望與其射 頻覆蓋范圍之外的節(jié)點進行通信，則需要通過中間節(jié)點進行路由。網絡的多跳路由使用網關和路由器來實 現，而無線傳感器網絡中的多跳路由是由普通網絡節(jié)點完成的，沒有專門的路由設備。這樣每個節(jié)點既可以是 信息的發(fā)起者，也可以是信息的轉發(fā)者。

動態(tài)性網絡

傳感器網絡的拓撲結構可能因為下列因素而改變：環(huán)境因素或電能耗盡造成的傳感器節(jié)點出現故障或失效；環(huán)境條件變化可能造成無線通信鏈路帶寬變化，甚至時斷時通；傳感器網絡的傳感器、感知對象和觀察者這三要素都可能具有移動性；新節(jié)點的加入。這就要求傳感器網絡系統要能夠適應這種變化，具有動態(tài)的系統可重構性。

可靠的網絡傳感器網絡

可靠的網絡傳感器網絡特別適合部署在惡劣環(huán)境或人類不宜到達的區(qū)域，傳感器節(jié)點可能工作在露天環(huán)境 中，遭受太陽的暴曬或風吹雨淋，甚至遭到無關人員或動物的破壞。傳感器節(jié)點往往采用隨機部箸，如通過飛 機播撒或發(fā)射“炮彈”到指定區(qū)域進行部署。

這些都要求傳感器節(jié)點非常堅固，不易損壞，適應各種惡劣的環(huán)境條件。由于監(jiān)測區(qū)域環(huán)境的限制以及 傳感器節(jié)點數目巨大，不可能人工“照顧”到每個傳感器節(jié)點，網絡的維護十分困難甚至不可維護。傳感器網 絡的通信保密性和安全性也十分重要，要防止監(jiān)測數據被盜取和獲取偽造的監(jiān)測信息。因此，傳感器網絡的軟 硬件必須具有魯棒性和容錯性。

(6)以數據為中心的網絡

傳感器網絡是任務型的網絡，脫離傳感器網絡談論傳感器節(jié)點沒有任何意義。傳感器網絡中的節(jié)點采用節(jié) 點編號標志，節(jié)點編號是否需要全網唯一取決于網絡通信協議的設計。由于傳感器令點隨機部署，構成的傳感 器網絡與節(jié)點編號之間的關系是完全動態(tài)的，表現為節(jié)點編號與節(jié)點位置沒有必然聯系。用戶使用傳感器網絡 查詢事件時，直接將所關心的事件通告給網絡，而不是通告給某個確定編號的節(jié)點。網絡在獲得指定事件的 信息后匯報給用戶。

這種以數據本身作為査詢或傳輸線索的思想更接近于自然語言交流的習慣。所以通常說傳感器網絡是一 個以數據為中心的網絡。例如，在應用于目標跟蹤的傳感器網絡中，跟蹤目標可能出現在任何地方，對目標 感興趣的用戶只關心目標出現的位置和時間，并不關心哪個節(jié)點監(jiān)測到目標。事實上，在目標移動的過程 中，必然是由不同的節(jié)點來提供目標的位置消息的。

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