作为一种新型的无线通信技术,无线传感器网络具有非常显著的特点,无线传感器网络的这些特点直接影响了该网络所承载的上层业务应用。
1.多跳网络
传统网络的组网方式通常是星形或树形的,而无线传感器网络通常采用比较灵活的组网方式——自组织和多跳网络,通常也称这种网络为网状网。在通常的网络结构中,下一级节点到上一级节点一般都是直接连接,例如手机是直接连接到基站的。考虑到降低节点的能耗和降低成本,无线传感器网络中节点的通信距离较短,一般在几十到几百米范围内,再加上一些特殊环境的限制,有时候末梢节点很难直接连接到网关(汇聚节点),所以必须通过其他一些节点进行中转,如图9.15所示,A跳到B再跳到C、D、E最后到达汇聚节点,这样相互配合组成了一个多跳的网络,实现了无线传感器网络对较大区域的覆盖。能起到多跳作用的节点除了完成自己数据采集的任务的同时,还要承担起路由中转的作用,所以这类节点称为路由节点,而那些不能起到多跳作用的节点通常称为传感器节点。
图9.15 无线多跳网络
图9.16 典型无线传感器节点外形图
2.自组织网络
多跳网络很多情况下是在网络安装过程中人为进行配置的,但无线传感器网络由于节点易受到干扰或因为没电、损坏导致预先配置的多跳链路不可用,所以在网络形成的过程中引入了自组织的技术。节点部署到监测区域后,或者原先的多跳链路中的某个节点(例如图9.15中的C节点)发生故障不能继续使用,自组织网络能够根据环境情况自动进行配置和管理(如图9.17所示,A跳到B再跳到F、D、E最后到达汇聚节点),通过拓扑控制机制和网络协议自动形成多跳无线网络。(www.daowen.com)
图9.17 无线自组织网络
3.网络节点数量巨大
现代通信网络的接入点数量通常不会超过本地人口数量的量级,如手机数量一般都是以当地人口数量作为上限,宽带连接的上限也基本是当地的家庭总数。而无线传感器网络面向的不再是人,而是世界上的各类物品,所以节点数量要比传统通信网络大很多。学过网络的人都知道,网络上的IP协议地址采用的是32位的地址编码(IPv4协议),理论上最多可以为世界上40多亿个设备提供网络IP地址,这对于目前的互联网、移动互联网就已经显得捉襟见肘了。为了应对物联网对网络节点地址的大量需求,无线传感器网络在寻址方面多采用多级寻址方式,在网关到骨干网之间可以使用与目前互联网一致的IPv4协议,而在终端无线局域网内采用私有的地址协议,以降低对骨干网地址的需求。
4.低功耗无线传输
无线传感器网络中的传感器节点、路由节点,因为环境限制,往往都只能是电池供电,所以低功耗是无线传感器网络技术研究的重点。低功耗本质上与传播距离、自组织、多跳都有直接的关系,也决定了无线传感器网络节点的功耗不会太大。从目前的工业应用来看,仅无线通信芯片部分的工作电流大概在几十毫安左右,待机状态甚至能达到微安级别。
蓝牙4.0是2012年出的最新蓝牙版本,主要特点是较3.0版本更省电、成本低、3毫秒低延迟等。蓝牙4.0与3.0版本相比最大的不同就是低功耗,4.0版本的功耗较老版本降低了90%,更省电。随着蓝牙技术由手机、游戏、耳机、便携电脑和汽车等传统应用领域向物联网领域的扩展,对低功耗的要求会越来越高,同时也为使用蓝牙作为无线传感器网络技术奠定了基础。
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