基于超宽带技术的无线传感器网络( 二 ) _云知道

1.1; 网络体系结构
图1给出了一个典型的无线传感器网络的系统结构，包括分布式传感器节点(群)、接收发送器(Sink)、互联网(或卫星等)和任务治理界面等[1] 。其中，传感器网络节点结构如图2所示，基本组成包括4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CPU、存储器和嵌入式操作系统等)、无线通信单元以及电源。另外，可以选择的其他功能单元有：电源自供电系统、定位系统等。

对于无线传感器网络来说，其网络体系结构不同于传统的计算机网络和通信网络。图3给出了一种无线传感器网络的体系结构，由分层的网络通信协议和传感器网络治理模块组成。分层的网络通信协议由物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层组成；网络治理模块包括能量治理、拓扑治理、Qos控制、移动性治理和网络安全等。
1.2; 网络研究进展和应用前景
在美国军方、美国国家自然科学基金和一些跨国企业的支持下，美国在90年代初便开展了无线传感器网络的研究和开发。其中，具有代表性的项目包括：1993—1999年间由美国国防高级研究计划署(DARPA)资助，加州大学洛杉矶分校(UCLA)承担的WINS项目；1999—2001年间由DAPRA资助，UC Berkeley承担的Smart Dust项目；1998—2002年DARPA资助，加州大学伯克利分校等25个机构联合承担的SensIT计划；1999—2004年间海军研究办公室的SeaWeb计划等。目前为止，已开发的无线传感器网络节点有：Berkeley Motes、Berkeley Piconodes、Sensoria WINS、MIT uAMPs、Smart Mesh Dust Mote、Intel iMote以及Intel Xscale Nodes等。不同的节点设计针对不同的应用场合，硬件大小、功耗、设计代价也不尽相同，但大部分的节点都支持TinyOS操作系统。近年来，在中国国家自然科学基金、国家“863”计划基金的支持下，中国的一些研究机构也开始开展无线传感器网络领域的研究，包括中国科学技术大学、清华大学、中科院计算所、上海微系统所、沈阳自动化所以及合肥智能所等研究单位。

国内外研究机构纷纷开展无线传感器网络的研究，完全归功于其广阔的应用前景和对社会生活的巨大影响。表1总结归纳了无线传感器网络潜在的应用领域。

2 基于超宽带技术的无线传感器网络的主要优势
无线传感器网络具有广阔的应用前景，但是传统的正弦载波通信由于其固有的组成以及一些无法克服的缺陷无法满足传感器节点低成本、低功耗、低设计复杂度、抗干扰等方面的要求。超宽带脉冲无线电技术是近年来发展迅猛，备受工业界和学术界关注的新型通信技术，具备了许多正弦载波通信技术无法比拟的优势，能够为无线传感器网络提供高效合理的通信传输手段。
2.1 收发信机和硬件电路成本、功耗、设计复杂度低
超宽带通信技术是一种非传统的、新奇的无线传输技术，采用极窄脉冲或极宽的频谱传送信息。整个收发信机不含有传统的中频和射频电路，设计代价简单，成本和功耗也远远低于传统的正弦载波通信系统。所以，基于超宽带技术的无线传感器网络可以很好的解决传统无线传感器网络中关于体积、成本和功耗的难题，非凡适合于微小传感器节点的设计要求。另外，超宽带无线通信技术在短距离的高数据传输能力，也为一些网关节点传输大量数据和提供实时多媒体业务提供了便利。超宽带(UWB)和其他一些传统低功耗无线通信模块(如蓝牙、Zigbee、TR系列等)相比，传输每比特信息UWB的功耗远远低于其他无线通信技术[2] 。
2.2; 空间传输容量大
在节点密度高的无线传感器网络中，通信技术的空间传输容量是一个非常重要的因素。就单位面积的传输容量而言，超宽带技术远远高于其他短距离无线通信。因此，以超宽带技术作为通信传输手段，更加适合于节点密集的无线传感器网络。

基于超宽带技术的无线传感器网络( 二 )

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