A. 感測器網路節點使用的限制因素有哪些
感測抄器網路節點使用的限制因素有以下幾點:
①電池能量有限:需要電池提供能量的模塊:感測器模塊、處理器模塊、通信模塊。
②通信能力有限:E = k × dn (K—系數、 d—距離、 n—3,4)
③計算和存儲能力有限:感測器節點是一種微型嵌入式設備,價格低、功耗小。 因此,限制處理器計算能力弱,存儲能量小。
B. 設計無線感測器網路的節點部署方案時必須考慮哪些問題
設計無線感測器網路節點需要遵循以下幾個主要的原則。
(1)微型化與低成本
由於無線感測器網路節點數量大,只有實現節點的微型化與低成本才有可能大規模部署與應用。因此節點的微型化與低成本一直是研究人員追求的主要目標之一。對於目標跟蹤與位置服務一類的應用來說,部署的無線感測器節點越密,定位精度就越高。對於醫療監控類的應用來說,微型節點容易被穿戴。實現節點的微型化與低成本需要考慮硬體與軟體兩個方面的因素,而關鍵是研製專用的片上系統(System on Chip,SoC)晶元。對於傳統的個人計算機,內存2GB、硬碟100GB已經是常見的配置,而一個典型的無線感測器節點的內存只有4kB、程序存儲空間只有10kB。正是因為感測器節點硬體配置的限制,所以節點的操作系統、應用軟體結構的設計與軟體編程都必須注意節約計算資源,不能夠超出節點硬體可能支持的范圍。
(2)低功耗
感測器節點在使用過程中受到電池能量的限制。在實際應用中,通常要求感測器節點數量很多,但是每個節點的體積很小,攜帶的電池能量十分有限。同時,由於無線感測器網路的節點數量多、成本低廉、部署區域的環境復雜,有些區域甚至人員不能到達,因此感測器節點通過更換電池來補充能源是不現實的。如何高效使用有限的電池能量,來最大化網路生命周期是無線感測器網路面臨的最大的挑戰。
感測器節點消耗能量的模塊包括:感測器模塊、處理器模塊和無線通信模塊。隨著集成電路工藝的進步,處理器和感測器模塊的功耗變得很低。圖2-43給出了感測器節點各部分能量消耗情況。從圖中可以看出,感測器節點能量的絕大部分消耗在無線通信模塊。感測器節點發送信息消耗的電能比計算更大,傳輸1bit信號到相距100m的其他節點需要的能量相當於執行3000條計算指令消耗的能量。
圖2-43感測器節點各部分能量消耗情況無線通信模塊存在四種狀態:發送、接收、空閑和休眠。無線通信模塊在空閑狀態一直監聽無線信道的使用情況,檢查是否有數據發送給自己,而在休眠狀態則關閉通信模塊。從圖中可以看到,無線通信模塊在發送狀態的能量消耗最大;在空閑狀態和接收狀態的能量消耗接近,但略少於發送狀態的能量消耗;在休眠狀態的能量消耗最少。為讓網路通信更有效率,必須減少不必要的轉發和接收,不需要通信時盡快進入休眠狀態,這是設計無線感測器網路協議時需要重點考慮的問題。
(3)靈活性與可擴展性
無線感測器網路節點的靈活性與可擴展性表現在適應不同的應用系統,或部署在不同的應用場景中。例如,感測器節點可以用於森林防火的無線感測器網路中,也可以用於天然氣管道安全監控的無線感測器網路中;可以用於沙漠乾旱環境下天然氣管道安全監控,也可以用於沼澤地潮濕環境的安全監控;可以適應單一聲音感測器精確位置測量的應用,也可以適應溫度、濕度與聲音等多種感測器的應用;節點可以按照不同的應用需求,將不同的功能模塊自由配置到系統中,而不需重新設計新的感測器節點;節點的硬體設計必須考慮提供的外部介面,可以方便地在現有的節點上直接接入新的感測器。軟體設計必須考慮到可裁剪,可以方便地擴充功能,可以通過網路自動更新應用軟體。
(4)魯棒性
普通的計算機或PDA、智能手機可以通過經常性的人機交互來保證系統的正常運行。而無線感測器節點與傳統信息設備最大的區別是無人值守,一旦大量無線感測器節點被飛機拋灑或人工安置後,就需要獨立運行。即使是用於醫療健康的可穿戴節點,也需要獨立工作,使用者無法與其交互。對於普通的計算機,如果出現故障,人們可以通過重啟來恢復系統的工作狀態。而在無線感測器網路的設計中,如果一個節點崩潰,那麼剩餘的節點將按照自組網的思路,重新組成具有新拓撲的自組網。當剩餘的節點不能夠組成新的網路時,這個無線感測器網路就失效了。因此感測器節點的魯棒性是實現無線感測器網路長時間工作重要的保證。更多http://www.big-bit.com/news/list-75.html