传感器网络的概念与问题

1、传感器网络的概念与问题李建中计算机科学技术学院哈尔滨工业大学传感器网络的概念 传感器接近感知对象 传感器仅产生数据流 传感器无计算能力 无传感器间通信能力SensorsObject信号分析传统的感知方法有线/无线连接现代感知方法Sensing AreaObjectUser端 传感器网络覆盖感知对象区域 每个传感器完成其临近感知对象的观测 多传感器协同完成感知区域的大观测任务 使用多跳路由算法向用户报告观测结果SinkInternet或通信卫星Sensor networkUser端现代微型传感器感知能力计算能力通信能力体积小能耗小由六部分组成Nested SoftwarePower UnitSe

2、nsing UnitSensorADCProcessing UnitCommunication UnitStorage现代传感器网络传感器技术嵌入式计算技术分布式信息处理技术无线通信技术传感器节点密集传感器节点静止或移动具有通信路径自组织能力(Ad Hoc)感知信息通过多跳的方式传输给用户传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络, 其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息, 报告给用户.传感器网络的定义军事应用: 作战环境侦查与监控军事侦查、情报获取战场监测与指挥民事应用:环境监测交通管理灾难预防(如森林火灾监测)危险区域监测有灭绝

3、危险或珍贵动物的跟踪监护民用和工程基础设施的安全性监测等等，等等传感器网络是扩大人类感知能力的一场革命传感器网络可以为增加 “耳、鼻、眼、舌” 等感知能力传感器网络的应用大地监测环境监测 Contaminant Flow MonitoringSensor attached to every vehicle.Capable of detecting their location, vehicle sizes, speeds and ; road conditionsAlternate routes, estimate trip times Traffic Control Biological S

4、ystems作战环境侦查战场监测与指挥传感器网络的特点与挑战通信能力有限节点带宽窄，而且经常变化节点通信覆盖范围只有几十到几百米， 而且经常变化挑战之一如何在如此有限通信能力的条件下, 高质量地完成感知数据的查询、分析、挖掘与传输？在传感器网络环境下，发现最小化算法通信复杂性的机理是我们面临的第一个挑战问题！多源、多跳是主要通信方式多个传感器节点向一个目标传送信息一次多源信息传输需要多条由多个传感器节点组成的路径挑战之二如何为多源信息传输选择优化通信路径？在传感器网络环境下，建立选择优化或近似优化通信路径的理论是我们面临的第二个挑战问题！节点移动、断接频繁在移动网络中，节点移动频繁节点间通信的

5、断接频繁，导致通信失败.经常受到高山、建筑物、障碍物等地势地貌以及风雨雷电等自然环境的影响, 因此传感器可能会长时间脱离网络, 离线工作挑战之三 通信路径重构成为突出问题？路由算法必须具有自适应性？ 如何建立网络随机连通性的数据理论，为通信路径重构和自适应路由算法设计奠定坚实理论基础是我们面临的第三个挑战问题？ 电源能量有限传感器的电源能量极其有限由于电源能量的原因经常失效或废弃电源能量约束是传感器网络应用的障碍现有电源部件不能满足传感器网络的需要传感器传输信息比执行计算更消耗电能传感器传输1位信息需要的电能足以执行3000条计算指令挑战之四如何传感器网络在工作过程中节省能，实现能源均衡，最大

6、化网络生命周期？建立能源复杂性和能源均衡理论是我们面临的第四个挑战性问题！计算能力有限传感器网络中传感器通常都具有嵌入式处理器和存储器，具有计算能力但是，处理器性能、存储器容量和能源都很有限，导致传感器的计算能力十分有限挑战之五 如何使用大量具有有限计算能力的传感器设计能源有效的高性能分布式算法? 设计同时最小化能源、时间、空间和通信复杂性的分布式算法是我们面临的第五个挑战性问题！传感器数量大、分布范围广传感器网络中传感器节点密集，数量巨大，可能达到几百、几千万，甚至更多传感器网络可以分布在很大区域，也可以分布在险恶环境下传感器数量大、分布广的特点使得网络的维护十分困难甚至不可维护挑战之六如何

7、使传感器网络软硬件具有高强壮性和容错性是我们面临的第六个挑战性问题！大规模分布式触发器很多传感器网络需要对感知对象进行控制（如温度控制）传感器需要配备回控装置和控制软件我们称回控装置和控制软件为触发器挑战之七如何管理成千上万分布式触发器是我们面临的第七个挑战性问题？感知数据流无限传感器网络每个传感器都产生无限的流式数据，并具有实时性每个传感器仅具有有限的存储器和计算资源，难以处理巨大的实时数据流挑战之八如何设计高效率、能源有效、实时的海量感知数据流的查询、分析和挖掘的分布式算法？以数据为中心传感器网络不是通常的网络用户感兴趣的是数据而不是网络和传感器硬件用户很少询问“A节点到B节点的连接是如何

8、实现的？”用户经常询问“网络覆盖区域中那些地区出现毒气？”传感器网络不是以地址为中心的用户不会询问“地址为27的传感器的温度是多少？”用户感兴趣是“某个地理位置的温度是多少？”数据传输以聚集方式进行,而不是地址到地址的路由 传感器网络是以数据为中心的网络把传感器视为感知数据流或感知数据源把传感器网络视为感知数据空间或数据库把数据管理和处理作为网络的应用目标挑战之九如何建立以数据为中心的传感器网络？ 以感知数据管理和处理为中心; 把数据管理和处理技术与网络技术融为一体; 为用户提供有效的感知数据空间或感知数据库; 使用户如同使用通常的数据库系统和数据处理 系统一样自如地使用感知数据.传感器网络数据管理系统的理论和技术是我们面临的第九个挑战性问题！需要多种多样的感知器物理传感器生物传感器化学传感器挑战之十如何建立新感知器概念、理论、技术和各种新型感知器是我们面临的第十个挑战性问题？其他