无线传感网技术.

无线传感网技术——空间海洋测探间空探索外部星球一直是人类梦寐以求的理想，借助于航天器布撒的传感器网络节点实现对星球表面大范围、长时期、近距离的监测和探索。这种方式经济可行：成本很低节点体积小节点之间可以通信节点可以和地面站通信美国国家航空航天局（NASA）的JPL（JetPropulsionLaboratory)实验室研制的SensorWebs就是为将来的火星探测进行技术准备的，已在佛罗里达宇航中心周围的环境监测项目中进行了测试和完善。2019/12/29海洋资源--------海洋无线传感器海洋观测系统目录简单介绍水下传感器网络的研究进展当前境况水下传感器网络发展前景水下传感器网络通信技术水下传感器网络节点水下传感器网络体系结构水下声学传播特征水下传感器网络关键协议研究进展海洋无线传感器一、简单介绍当前境况海洋是人类维持生存繁衍和社会实现可持续发展的重要基地.开发海洋、发展海洋经济是整个人类生存和社会发展极为现实的必由之路.目前世界各国对海洋权益日益重视，开发利用海洋的热潮正在全球兴起；陆地无线传感器网络的研究得到了飞速发展。这些因素使得研制具有低成本、高可靠性能的水下无线传感器网络（以下简称水下传感器网络）正在成为一个新的研究热点.水下传感器网络是指将能耗很低、具有较短通讯距离的水下传感器节点部署到指定海域中，利用节点的自组织能力自动建立起网络。网络中的节点利用传感器实时监测、采集网络分布区域内的各种监测信息，经数据融合等信息处理后，通过具有远距离传输能力的水下节点将实时监测信息送到水面基站，然后通过近岸基站或卫星将实时信息传递给用户。水下传感器网络发展前景我国是一个海洋大国，拥有1.8万公里的大陆海岸线和1.4万公里的岛屿岸线，管辖海域面积达300万平方公里.海洋经济在我国国民经济建设中的地位正在逐步提升，预计到2010年海洋经济增加值将占到国内生产总值的5％.因此水下传感器网络在我国有着广阔的应用前景.二、水下传感器网络的研究进展水下传感器网络通信技术无线电波通信激光通信水声通信无线电波通信无线电波在海水中衰减严重，频率越高衰减越大。无线电波只能实现短距离的高速通信，不能满足远距离水下组网的要求。激光通信蓝绿激光在海水中的衰减值小于1×10-2dB/m，对海水穿透能力强.水下激光通信需要直线对准传输、通讯距离较短、水的清澈度会影响通讯质量，这都制约着它在水下网络中的应用水声通信目前水下传感器网络主要利用声波实现通信和组网.随着20世纪90年代DSP(DigitalSignalProcessing)芯片及数字通信技术的出现，尤其是水下声学调制解调器的问世，为水下传感器网络的发展奠定了坚实的基础.水下传感器网络节点水下传感器节点负责数据采集和网络通信，是水下传感器网络的硬件支撑。水下传感器网络节点基本组成：控制器（CPU）、存储器、传感器和水声调制解调器等组成工作原理控制器通过调制解调器发送或接收数据.发送数据时，数据信息经过调制编码，然后通过水声换能器的电致伸缩效应将电信号转换成声信号发送出去.在接收信号时，则利用水声换能器压电效应进行声电转换，将接收的信息解码还原成有效数据送往控制器.水下传感器移动节点水下节点可以在海床上固定部署，但节点移动部署可以扩大监测区域.利用洋流或海流，可以实现节点的移动.①可以通过控制信号沉到水中预定深度的球形节点.这种节点随海流漂移对海洋环境污染进行监测；②将水下节点搭载在自主式水下航行器(AUV)或水下滑翔机(underwaterglider)等水下移动设备上，也可以成为水下移动节点水下传感器网络体系结构按其监测的空间区域不同大致可分为二维、三维和海洋立体监测网络三种1）二维监测网络：在该模型中，传感器节点被锚定在海底，监测信息可以通过AUV定时收集，或直接发往浮在水面上的基站，然后通过无线电与卫星、船舶或岸上陆基基站，最终将海底监测信息实时地传送给用户.2）三维监测网络：可分为固定3D监测网络和移动3D监测网络.固定3D监测网络可由带有气囊的水下节点锚定在海底，形成固定的监测网络.利用海面浮标，将节点下降到不同的深度，也可以形成3D监测网络.移动3D监测网络可由多个AUV、水下滑翔机等单独组成网络，或与固定节点形成3D混合监测网络3）海洋立体监测网络由水面上的无线传感器网络和水下传感器网络两部分组成，二者结合为一个统一的网络：水下传感器网络使用声波通信，传播介质是水，这与无线电波在空中传播有显著的不同，主要体现在以下几方面：1）高时延和时延的动态变化2）水声信号衰减大，通信信道带宽低3）多径效应严重4）传输误码率高水下声学传播特征水下传感器网络关键协议研究进展水下传感器网络协议栈按照与无线传感器网络相似的分法，可分为：物理层数据链路层网络层传输层应用层物理层物理层主要解决数字化调制与解调的问题.由于水下信道具有高度动态时变特性，物理层必须能够自适应水下环境的变化.物理层采用的技术主要有非相干调制技术、相干调制技术、正交频分复用(OFDM)和多输入多输出技术(MIMO)等.数据链路层数据链路层主要解决媒体接入控制问题，即MAC(MediumAccessControl)协议.水下高时延、时延的动态变化、低带宽以及低能耗的要求，对水下MAC协议的研究带来了挑战.水下MAC协议一般可分为基于竞争类和基于固定分配类两种.1）基于竞争的MAC协议2）基于固定分配的MAC协议网络层网络层主要解决路由问题，即在数据源节点和目的节点间建立一条数据传输路径.水下传感器网络的三维移动性和稀疏网的特点是水下路由需要考虑的问题.水下路由协议一般可分为主动路由协议、按需路由协议和地理路由协议三种传输层传输层负责数据的可靠性传输，包括差错控制、流量和拥塞控制等.水下信道的不可靠性、高时延等特点，对数据的可靠性传输带来了挑战结论水下传感器网络的研究近几年得到了很大的发展，但仍面临着许多问题和挑战.目前实际的组网实验很少,没有成熟的仿真系统,对水下传感器网络安全问题的研究不够.另外，对于跨层设计、宽带水下网络、水下传感器网络的标准化问题以及水下传感器网络互联等问题有待于进一步研究.尽管水下传感器网络面临许多问题亟待解决，但随着对水下传感器网络研究的深入，水下传感器网络必将进入实用，为合理开发我国蓝色国土、振兴海洋经济和实现又好又快地发展我国经济提供有力保障！