分布式網(wǎng)絡(luò)傳感器綜述及其在無(wú)線局域網(wǎng)中應(yīng)用的問題探討

彭 芬

（武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430074）

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分布式網(wǎng)絡(luò)傳感器綜述及其在無(wú)線局域網(wǎng)中應(yīng)用的問題探討

彭 芬

（武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430074）

摘 要：隨著通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟，具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力的微型傳感器應(yīng)運(yùn)而生。由這些微型傳感器構(gòu)成的分布式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Distributed Sensor Network，DSN）成為近年來(lái)一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。文章介紹分布式網(wǎng)絡(luò)傳感器、無(wú)線局域網(wǎng)的發(fā)展歷程，并分析其面臨解決的一系列問題。

關(guān)鍵詞：分布式 網(wǎng)絡(luò)傳感器 發(fā)射端 接收端

1 分布式網(wǎng)絡(luò)傳感器綜述

1.1 網(wǎng)絡(luò)傳感器的發(fā)展歷程

眾所周知，傳感器是一種將測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可輸出信號(hào)的裝置。它由用于測(cè)量的敏感元件和用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換元件組成。而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器則是一種嵌入式設(shè)備，既具有信息傳輸與控制功能，同時(shí)具備通信能力和計(jì)算能力。隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器和傳統(tǒng)的傳感器相比有更多優(yōu)勢(shì)。首先，傳輸效率更高，其次，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器的抗干擾能力更強(qiáng)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤并予以糾正。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器采用先進(jìn)的接口技術(shù)，賦予系統(tǒng)更多的靈活性和便捷性，使線路布置更加簡(jiǎn)單。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器的出現(xiàn)打破了互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸?shù)木置妫箶?shù)據(jù)的無(wú)線遠(yuǎn)距離傳輸變成現(xiàn)實(shí)。如今，我國(guó)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器的研究仍然處于探索階段。

1.2 智能傳感器接口模塊標(biāo)準(zhǔn)概述

智能傳感器接口模塊標(biāo)準(zhǔn)，也被稱為IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)。在過去，傳感器和互聯(lián)網(wǎng)幾乎是相互獨(dú)立的。然而，如今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷進(jìn)步，使得兩者之間緊密相連。

眾所周知，控制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成有著千萬(wàn)種可能。不同的接口，不一樣的結(jié)構(gòu)，都會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)發(fā)生巨大變化。因此，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鞲衅髟谶\(yùn)行過程中應(yīng)當(dāng)遵從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。遺憾的是，不少網(wǎng)絡(luò)傳感器的生產(chǎn)廠家同樣無(wú)法確保產(chǎn)品能夠符合網(wǎng)絡(luò)線路布置的需求。一般來(lái)說，總線網(wǎng)絡(luò)由于使用場(chǎng)合各不相同，所以它們的優(yōu)劣勢(shì)也會(huì)有所不同。不同的網(wǎng)絡(luò)之間仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)互通和兼容，相互獨(dú)立的局面使得用戶在的使用十分不便。傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)只有通用化、科學(xué)化、合理化，才能夠真正使其生產(chǎn)商和用戶切切實(shí)實(shí)從中受益。無(wú)可否認(rèn)，IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)的建立使得網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸更加規(guī)范。

2 無(wú)線局域網(wǎng)的發(fā)展及分布式網(wǎng)絡(luò)傳感器的設(shè)計(jì)

2.1 無(wú)線局域網(wǎng)的發(fā)展

在沒有WLAN網(wǎng)絡(luò)之前，人們的通信不得不依靠一個(gè)復(fù)雜的通路。然而，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們發(fā)現(xiàn)原來(lái)的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無(wú)法滿足需求。為了進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行速度，提高辦事效率，人們利用無(wú)線通信技術(shù)發(fā)明了新的無(wú)線局域網(wǎng)。從本質(zhì)上來(lái)說，無(wú)線通信技術(shù)是一種利用電磁波實(shí)現(xiàn)信息空中傳輸功能的方式。無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展徹底改變了人們傳統(tǒng)的生活方式。如今，無(wú)線技術(shù)已經(jīng)成為我們生活中不可或缺的一種技術(shù)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)線通信技術(shù)不斷發(fā)展，給用戶帶來(lái)便利，讓數(shù)據(jù)傳輸不再受距離和速度的限制。

為了進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行速度，提高辦事效率，人們利用無(wú)線通信技術(shù)發(fā)明了新的無(wú)線局域網(wǎng)。為了規(guī)范無(wú)線局域網(wǎng)的使用，國(guó)際上制定了一個(gè)大家所認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)，并將其命名為IEEE802.11x。在標(biāo)準(zhǔn)剛建立之初，其作用僅僅局限于信息的獲取，速度相對(duì)較慢。于是，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，新的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。

2.2 分布式網(wǎng)絡(luò)傳感器的設(shè)計(jì)

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器一般由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成，能夠根據(jù)規(guī)律將接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成所需的輸出信號(hào)。如今，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器在我國(guó)的工業(yè)行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛。工業(yè)往往對(duì)傳感器的要求更加嚴(yán)格，雖然數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)量并不算很大，但是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器需要在較為復(fù)雜的環(huán)境下工作。這就要求網(wǎng)絡(luò)傳感器應(yīng)當(dāng)具備體積較小、運(yùn)行穩(wěn)定、安裝方便等特點(diǎn)。

分布式網(wǎng)絡(luò)傳感器和傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳感器有著不同之處。它采用了先進(jìn)的無(wú)線射頻芯片技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和管理。該分布式網(wǎng)絡(luò)傳感器能夠采集數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，編排數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)，并且通過設(shè)定密碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。單片機(jī)是一個(gè)具備多種功能的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，能夠?qū)⒁粋€(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)集成到一個(gè)芯片上。目前，它在電器設(shè)備、儀表、工程中應(yīng)用廣泛。單片機(jī)可以大致劃分為三種類型，分別是通用型、總線型以及控制型。通用型的單片機(jī)較為常見，它不是針對(duì)某個(gè)產(chǎn)品或者某個(gè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)，具有通用性。本文所研究的傳輸設(shè)備所使用的單片機(jī)是通用型的單片機(jī)。

3 實(shí)際應(yīng)用中亟待解決的問題

大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式網(wǎng)絡(luò)傳感器在無(wú)線局域網(wǎng)中的應(yīng)用

中亟待解決的問題主要包括以下幾個(gè)大類。

（1）通信協(xié)議，主要包括物理層通信協(xié)議、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議以及傳輸層協(xié)議等，且每種協(xié)議內(nèi)部又包括多個(gè)要素。這些協(xié)議問題能否順利解決，是實(shí)現(xiàn)該技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)。

（2）網(wǎng)絡(luò)管理，主要包括在不損失網(wǎng)絡(luò)性能的基礎(chǔ)上如何控制能量消耗以及無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的安全問題。這是該技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的保障。

（3）應(yīng)用層支撐技術(shù)。由于該技術(shù)主要針對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，所以對(duì)同步性要求極高，要求必須與網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步。此外，該技術(shù)對(duì)定位的精度要求較高，因?yàn)橹挥懈呔榷ㄎ唬拍芤宰钌俚挠布Y源、最低的成本以及最低的能耗定位相應(yīng)節(jié)點(diǎn)。

（4）對(duì)配套硬件的要求。由于該技術(shù)絕大多數(shù)時(shí)候應(yīng)用于特定技術(shù)，因此在保證精度的前提下，要求配套硬件盡可能微型化。

除上述原因外，由于可持續(xù)發(fā)展的要求，對(duì)該技術(shù)的綠色能源來(lái)源也提出了一系列要求。從上述角度上說，無(wú)線傳感器的應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展前景巨大，但在目前技術(shù)水平上可能會(huì)受到一系列制約，只有全面解決這些技術(shù)問題，才可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的推廣。

參考文獻(xiàn)

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Research on Distributed Network Sensor and Its Application in Wireless Local Area Network Problems

PENG Fen
（Wuhan Polytechnic， Wuhan 430074）

Abstract:With the rapid developm ent of communication technology， embedded computing technology and sensor technology，micro sensors with s ensing capability， com puting power and communication ability have emerged as the times require. Sensor Network Distributed （DSN） has become an important research field in recent years by the dis tributed wireless sensor networks （WSN） composed of these micro sensors. This paper introduced the development process of distributed sensor network， wireless local area network， and analyzes its face a series of problem solving.

Key words:distributed， network sensor， transmitter， receiver