浅谈无线传感器网络应用于深空探测的一些关键技术

1 / 5浅谈无线传感器网络应用于深空探测的一些关键技术论文关键词:深空探测无线传感器网络动态功率管理(DPM)动态电压调度(DVA) 论文摘要:首先介绍无线传感器网络的基本概念，对无线传感器网络应用于深空探测所必须解决的一些关键技术做出较详细的分析，并从理论上给出了能量问题的解决方案。0 概述 无线传感器网络是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域，它综合了传感器技术、嵌人式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作实时监测感知和采集各种环境或监测对象的信息，这些信息盈过无线方式被发送，并以自组织多跳的网络方式传送到处理终端，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通.MEMS 支持下的微小传感器技术和节点间的无线通信能力为无线传感器网络赋予了广阔的应用前景，在深空探测方面，无线传感器网络有着得天独厚的技术优势。借助于航天器布撒的无线传感器网络节点2 / 5实现对星球表明长时间的监测，应该是一种经济可行的方案。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测试和完善。首先介绍无线传感器网络的基本概念，然后对无线传感器网络应用于深空探测所必须解决的一些关键技术做出较详细的分析，并从理论上给出了能量问题的解决方案。 1 无线传感器网络的基本概念 图 1 所示为一个典型的传感器网络的系统结构，包括分布式传感器节点(群)、接收发送器、无线网络和远程控制管理中心等。其中，传感器网络节点的基本组成包括如下4 个基本单元:传感单元(由传感器和模数转换功能模块组成)、处理单元(包括 CPU，存储器、嵌入式操作系统等)、通信单元(由无线通信模块组成)以及电源。此外，可以选择的其他功能单元包括:定位系统、移动系统以及电源自供电系统等。在传感器网络中，节点可以通过飞机布撒或人工布置等方式，大量部署在被感知对象内部或者附近。这些节点通过自组织方式构成无线网络，以协作的方式实时感知、采集和处理网络覆盖区域中的信息，并通过多跳网络将数据经由 Sink 节点(接收发送器)链路将整个区域内的信息传送到远程控制管理中心。反之，远程管理中心也可以对网3 / 5络节点进行实时控制和操纵。 传感器网络节点为一个微型化的嵌人式系统，构成了无线传感器网络的基础层支持平台。目前国内外已经出现了许多种网络节点的设计，它们在实现原理上是相似的，只是分别采用了不同的微处理器或者不同的通信或协议方式，比如采用自定义协议、协议、ZigBee 协议、蓝牙协议以及UWB 通信方式等。典型的节点包括BerkeleyMotes，SensoriaWins，BerkeleyPico-nodes，MITuAMPs，SmartMeshDustmote，InteliMote 以及IntelXscalenodes,ICTCAS/HKUST 的 BUDS 等。 2 无线传感器网络应用于深空探测的一些关键技术 物理层 物理层的研究主要涉及无线传感器网络采用的传输媒体、频段选择以及调制方式。目前，采用的传输媒体主要有:无线电、红外线、光波等。 无线电传输是目前无线传感器网络采用的主流传输方式，需要解决的问题有:频段选择、节能的编码方式、调制算法设计等。在频段选择方面，ISM 频段由于具有无需注册、具4 / 5有大范围的可选频段、没有特定的标准、可以灵活使用的优点，被人们普遍采用。与无线电传输相比，红外线、光波传输则具有不需要复杂的调制解调机制，接收器电路简单，单位数据传输功耗小等优点。但由于不能穿透非透明物体，只能在一些特殊的系统中使用。 外层空间是一个非常恶劣的环境，由于没有地球大气层和臭氧层的保护，空间温差变化很大，各种辐射强烈，大大小小的流星横行，用于深空探测的无线传感器网络必须能够在恶劣环境(振动、加速度、高真空、低温、粒子辐射等)下工作。因此用于深空探测的无线传感器网络物理层一个极其重要的研究方向是:研究抗强电磁干扰、抗大冲击、高过载、能够适应极高、极低的温度环境的无线传感器网络电路设计方法。 传输层 现阶段对传输控制的研究主要集中于错误恢复机制。其他关键技术 除了以上问题外，还有许多关键技术必须注意，主要集5 / 5中在网络拓扑协议和应用相关的共性技术上。文章由于篇幅的限制，在此不做详细的说明。 3 结论 深空探测具有非常重大的意义，它不仅可以展示一个国家的综合国力和科技水平，而且对月球的探测也是一项科技产出率非常高的伟大事业。此外，在军事上也有很重要的意义。 从工