无线传感器网络架构及其应用

近年来，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）在处理器、通信和低功耗嵌入式计算设备等方面的技术不断发展，是目前商业和工业应用中最为标准的服务。无线传感器网络由温度、湿度、压力、位置、振动、声音等节点组成，这些节点可以用于各种实时应用中，完成智能检测、邻居节点发现、数据处理和存储、数据采集、目标跟踪、监测和存储等任务基站和节点之间的控制、同步、节点定位和有效路由。

目前，无线传感器网络正开始以增强的方式组织起来，预计10到15年后，世界将受到无线传感器网络的保护，并通过互联网向它们提供服务，这可以用互联网变成物理网络来衡量。这项技术在医疗、环境、交通、军事、娱乐、国土防卫、危机管理以及智能空间等许多应用领域都具有无限的潜力。

无线传感器网络是一种无线网络，包括大量循环的、自定向的、微小的、低功耗的设备，称为传感器节点（motes）。这些网络当然覆盖了大量的空间分布的、小型的、电池供电的嵌入式设备，这些设备通过网络来收集、处理数据，并将数据传输给运营商，它控制了计算和处理的能力。节点是微型计算机，它们共同工作形成网络。

传感器节点是一种多功能、节能的无线设备。节点在工业上的应用十分广泛，传感器节点的集合从环境中收集数据，以实现特定的应用目标。在无线传感器网络中，节点的数量可以是成百上千的，与传感器网络相比，Ad Hoc网络在没有任何结构的情况下具有更少的节点。

关于无线传感器网络体系结构，最常见的WSN架构遵循OSI架构模型。无线传感器网络的体系结构包括五层和三个交叉层。在传感器网络中，我们主要需要五层，即应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。这三个跨平面分别是电源管理、移动性管理和任务管理。这些层的无线传感器网络被用来完成无线传感器网络，并使传感器协同工作，以提高无线传感器网络的整体效率网络。

应用层

应用层负责流量管理，并为许多应用程序提供软件，这些应用程序以清晰的形式转换数据以查找积极的信息。传感器网络在农业、军事、环境、医疗等领域有着广泛的应用。

传输层

传输层的功能是提供拥塞避免和可靠性，其中许多提供此功能的协议在上游都是实用的。这些协议使用不同的机制来识别和恢复丢失。当一个系统计划与其他网络连接时，传输层是完全必要的。

提供一个可靠的损失恢复是更节能的，这是TCP不适合无线传感器网络的主要原因之一。一般来说，传输层可以分为包驱动和事件驱动。在传输层有一些流行的协议，即STCP（传感器传输控制协议）、PORT（价格导向的可靠传输协议）和PSFQ（泵慢速获取。

网络层

网络层的主要功能是路由，它有很多基于应用的任务，但实际上，主要任务是在节能、部分内存、缓冲区，传感器没有通用的ID，必须是自组织的。

路由协议的简单思想是根据一个被称为度量（metric）的确信尺度来解释可靠的车道和冗余的车道，而度量尺度因协议而异。现有的网络层协议很多，可以分为平面路由和层次路由，也可以分为时间驱动、查询驱动和事件驱动。

数据链路层

数据链路层负责复用数据帧检测、数据流、MAC和差错控制，确认点-点（或）点-多点的可靠性。

物理层

物理层提供用于在物理介质上传输比特流的边缘。该层负责频率的选择、载波频率的产生、信号检测、调制和数据加密。IEEE 802.15.4被认为是典型的低速率特定区域和无线传感器网络，具有低成本、低功耗、低密度、通信范围等优点，可以提高电池的使用寿命。CSMA/CA用于支持星对点拓扑结构。IEEE 802.15.4.V有几个版本。

无线传感器网络的特点包括以下几个方面：带电池节点的功耗限制；处理节点故障的能力；节点的一些移动性和节点的异构性；大规模分布的可扩展性；确保严格环境条件的能力；使用简单、跨层设计、无线传感器网络的优势。

无线传感器网络的优点包括：网络安排可以在没有固定基础设施的情况下进行；适用于山区、海上、农村、森林等难以到达的地方；如果需要额外的工作站时出现临时情况，会比较灵活；执行定价便宜；它避免了大量的布线；它可以随时为新设备提供住宿；它可以通过使用集中监视打开等。

无线传感器网络可以由许多不同类型的传感器组成，如低采样率、地震、磁、热、视觉、红外、雷达和声学，这些传感器能够很好地监测各种环境状况，传感器节点用于执行器的恒定感应、事件ID、事件检测和本地控制。无线传感器网络的应用主要包括军事应用、健康应用程序、环境应用、家庭应用程序、商业应用、区域监测、卫生保健监测、环境/地球感应、空气污染监测、森林火灾探测、滑坡探测、水质监测、工业监测等商业领域。