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WSN 介绍
传感器
从基础角度说#xff0c;传感器观测采集现实世界的一些数据。
另一个名称是 transducer 换能器#xff0c;指传感器将一些形式的信号转换为其他形式的信号#xff0c;如光敏传感器 光…学习自书籍Fundamentals of Wireless Sensor Networks.
WSN 介绍
传感器
从基础角度说传感器观测采集现实世界的一些数据。
另一个名称是 transducer 换能器指传感器将一些形式的信号转换为其他形式的信号如光敏传感器 光→电信号。
传感器还可以调整信号如去除特定频率中的噪声进行 AD 转换等。
有的传感器还包括执行器可以控制物理世界如检测水位过低时打开闸门注水。
WSN
无线传感器网络里众多传感器一同检测物理环境彼此之间可以相互通信与基站可以通信以便将数据发送到更远的地方而且传感器节点自己有一定数据处理能力可以分析、聚合多个传感器的数据。
WSN 的通信
IEEE 802.11 是早期 WSN 常用的通信方式。它让具体不同协议在不同的频段下工作。但是 WSN 要求低功耗与 IEEE 802.11 不合促进了其他更低功耗协议的发展。 当所有传感器节点的传输范围足够大且可以将数据直接传输到基站时可以形成左图所示的星型拓扑。但是这样全部采用单挑功耗2还是不太合适。
因此离得比较近的传感器节点可以作为多跳的中继节点诞生了这样的网状结构。而且当其承载的其他多跳节点数量多到一定程度时可以考虑利用这个结点对收集到的数据进行分析处理减轻控制中心的负担。
WSN 的挑战
energy
众多的传感器其能源供给是个问题。电池可否充电 如何充电一般根据具体应用例子来决定。比如要采集几年以上的冰川数据这种传感器最好是可以充电而且在该环境中便于充电的而临时测一次的数据可能用一次性用完即丢的传感器更划算。
能源的管控不只限制于硬件的开发也需要网络协议、操作系统的良好设计。
自我管理能力
在极端环境下运行的一些传感器我们希望其抗压能力比较强以及遇到故障等的处理能力强。这方面一般对自组织网络能力要求较高。如飞机空投的传感器机器人可能绝对位置要求不高我们需要其落地后迅速查找周围存活的节点并构建起通信网络。
Wireless Networking
信号在传输过程中会逐渐衰减。特别是还可能遇到一些障碍物的情况。
我们要考虑结点与基站之间的距离的问题要考虑结点与中继路由之间距离的问题。有些网络采用占空比来节约能量即不是所有结点一直开着的用的时候打开这样的网络我们还要考虑需要传输数据时开启哪些结点路径等问题。
分散管理
由于能耗和容量等问题我们知道信号都发到中心基站处理不太好。
我们可以让部分结点自己分而治之自己做出自己的路由决策。
这样的决策不一定是全局来看最佳的决策但是一定是最节能的。
设计约束
硬件、操作系统、网络协议、中间件等众多制约因素。
安全
结点可能遭受攻击、数据窃取还要设计算法和一定的算力来尽可能保护结点。
总结
相较于一般网络WSN 更多的是专门为某种特定目的而设计的网络。其也会因需求而微调自己的设计如低延迟需求、高存储多硬件需求等。
应用
本章节主要讨论 WSN 的一些应用及其实现。
结构健康检测
如桥梁结构我们知道桥梁一旦崩塌后果不堪设想。
以往人力如何监测桥梁健康
道路维修员每天巡视专家等会来进行仔细检查。道路维修员费人力而且监测效果不一定好专业检查员则需要耗费大量财力物力时间比较繁琐。
检测技术一般分为两种仔细些的局部监测和全局监测。局部检测可以探测出一些难以察觉的裂缝需要超声波、x光等技术但是比较影响桥梁的正常运行全局监测则是通过一些如骑车驶过桥面时桥面的形变量变化监测的也可以强行施加一些外力如拿锤子砸。
优势有以下几点传感器结点可以到达一些大型测量设备无法到达的结构多个节点之间可以汇总定位出出问题的结构的具体位置传感器节点测试更少停止桥梁的正常通行。
交通控制
随着私家车越来越多拥堵和事故也出现的越来越多。可以通过 WSN 输入街道状况并计算向司机告知最佳道路的建议。
医疗健康
可以检测身体状态应对很多人没有时间和钱财去医院检查治疗的问题并及时提供救治。
管道检测
检测最好能持续的检测但我们知道这不方便。WSN 也可以一定程度地解决这个问题。
精准农业
可以检测气候、虫害、土壤状况等甚至包括一些农民伯伯自己仅凭人力很难检测的指标。
活火山检测
这个属于是比较危险还挺需要检测的例子。可以用很多廉价些的 sensor 结点对网络的需求也没那么高等。
地下开采
旷工采矿以及一些地下救援活动不仅可以较精确定位还可以探测气体泄漏等危险。
