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基于超寬帶技術的無線傳感器網(wǎng)絡

云知道

摘要：無線傳感器網(wǎng)絡集成了傳感器、微機電系統(tǒng)和網(wǎng)絡通信三大技術，由于其巨大的應用前景而備受學術界和工業(yè)界的廣泛關注 。文章在介紹無線傳感器網(wǎng)絡基本概念、應用前景、網(wǎng)絡體系結(jié)構和一些代表性研究項目的基礎上，結(jié)合超寬帶無線傳輸技術的特點，闡述了超寬帶無線傳感器網(wǎng)絡的主要優(yōu)勢，給出了物理層通信鏈路技術、介質(zhì)訪問控制方法、網(wǎng)絡層路由協(xié)議以及測距定位技術等要害技術的研究思路 。要害詞：無線傳感器網(wǎng)絡；超寬帶；介質(zhì)訪問控制；路由技術；定位 Abstract:A wireless sensor network integrates sensor, micro-elector-mechanism system and communication networks. More and more academic researchers and insiders are engaged in developing wireless sensor networks due to their bright future with various applications. In this paper, the basic concepts, the network protocol，some valuable applications and research projects are briefly introdUCed. Combining with the advantages of UWB technology, the hot spots including physical layer communication link, media Access control schemes, network layer routing protocol, and the location methods are discussed in detail and several future research directions are put forward. Key Words:wireless sensor network; ultra-wideband; media access control; routing technology; location 基金項目：國家“863”計劃項目(2005AA123310)；中科院創(chuàng)新基金項目(CXJJ-127)
無線傳感器網(wǎng)絡是當前國際上備受關注的由多學科交叉的新興前沿研究熱點領域 。傳感器網(wǎng)絡綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、無線網(wǎng)絡通信技術、分布式信息處理技術以及微機電技術等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，通過嵌入式系統(tǒng)對信息進行處理，并通過隨機自組織無線通信網(wǎng)絡以多跳中繼方式將信息傳送到終端用戶，從而實現(xiàn)“無處不在的計算”理念 。2003年，美國《技術評論》雜志論述未來新興十大技術時，無線傳感器網(wǎng)絡被列為第一 。美國《今日防務》雜志更認為無線傳感器網(wǎng)絡的應用和發(fā)展將引起一場劃時代的軍事技術革命和未來戰(zhàn)爭的變革 ?？梢灶A計，無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展和廣泛應用，將對人們的社會生活和產(chǎn)業(yè)變革帶來極大的影響和產(chǎn)生巨大的推動 。

無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的一個重要特征就是低功耗、低成本和小體積 。傳統(tǒng)的正弦載波無線傳輸技術由于存在中頻、射頻等電路和一些固有組件的限制難以達到無線傳感器網(wǎng)絡的要求 。超寬帶通信技術是一種非傳統(tǒng)的、新奇的無線傳輸技術，它通常采用極窄脈沖(脈寬在納秒至皮秒量級)或極寬的頻譜(相對帶寬大于20%或絕對帶寬大于500 MHz)傳送信息 。相對于傳統(tǒng)的正弦載波通信系統(tǒng)，超寬帶無線通信系統(tǒng)具有高傳輸速率、高空間頻譜效率、高測距精度、低截獲概率、抗多徑干擾、與現(xiàn)有系統(tǒng)頻譜共享、低功耗、低成本、易于全數(shù)字化等諸多優(yōu)點 。這些優(yōu)點使超寬帶無線傳輸技術和無線傳感器網(wǎng)絡形成天然的結(jié)合，使基于超寬帶技術的無線傳感器網(wǎng)絡的研究和開發(fā)得到越來越多的關注 。

1 無線傳感器網(wǎng)絡
無線傳感器網(wǎng)絡是一種非凡的自組織(Ad-hoc)網(wǎng)絡，可應用于布線和電源供給困難的區(qū)域、人員不能到達的區(qū)域(如受到污染、環(huán)境不能被破壞或敵對區(qū)域)和一些臨時場合(如發(fā)生自然災難時，固定通信網(wǎng)絡被破壞) 。它不需要固定網(wǎng)絡支持，具有快速展開，抗毀性強等特點，可廣泛應用于軍事、工業(yè)、交通、環(huán)保等領域 。

無線傳感器網(wǎng)絡的典型工作方式如下：使用飛行器將大量傳感器節(jié)點拋撒到感愛好區(qū)域，節(jié)點通過自組織快速形成一個無線網(wǎng)絡 。節(jié)點既是信息的采集和發(fā)出者，也充當信息的路由者，采集的數(shù)據(jù)通過多跳路由到達網(wǎng)關 。網(wǎng)關(一些文獻稱其為Sink Node)是一個非凡的節(jié)點，可以通過Internet、移動通信網(wǎng)絡、衛(wèi)星等與監(jiān)控中心通信，也可以利用無人機飛越網(wǎng)絡上空，通過網(wǎng)關采集數(shù)據(jù) 。

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