大规模传感器网络应用面临的问题

无线传感器网络是由大量固定或移动传感器以自组织和多跳方式组成的无线网络。

其目的是在网络覆盖的地理区域内协同感测，收集，处理和传输感测对象的监视信息，并将其报告给用户。

传感器网络通常由传感器节点，接收器节点和数据服务器组成。

传感器网络的越来越多的研究和技术针对特定的行业和应用。

其中，许多应用程序需要大规模部署以实现高覆盖率，高精度感知和其他目的。

例如，森林火灾监控，战场上的敌方情况监控等，在环境中部署了数千个传感器节点以完成监控任务。

但是，与小规模应用程序相比，除了节点数量不同外，大型应用程序还会产生一系列问题，例如节点管理困难和资源使用不平衡。

1大规模应用面临的问题随着传感器网络理论和技术的发展，尽管已广泛应用于各行各业，但目前大多数应用仍局限于小规模。

例如，在火山活动监测[1]的应用中，设计人员在火山口中布置了16个传感器节点，以监测火山的温度，振动和其他信息。

在野生斑马监测系统中[2]，部署了6〜10个。

这套衣服放在斑马的脖子上，以监视斑马的运动和生活习惯。

在大鸭岛行为监控系统[3]中，部署了32个节点来监控岛上鸟类的习性。

少数传感器网络的部署，网络，能源和其他方面的问题不会太突出，并且其解决方案和处理的重点与大规模应用程序的重点不同。

因此，要探索大规模传感器网络中的问题和解决方案，就必须依靠大规模传感器网络的应用系统。

许多科研机构和公司已开始在大规模传感器网络应用中进行实验。

例如，由香港科技大学和浙江省天目山市的其他单位建立的“绿地千种传输系统” [4]已部署了数千个节点，并且已经进行了1年多的监测温度的工作，森林环境中的湿度，光线和二氧化碳浓度。

。

为了减少冬季一氧化碳中毒事故的发生，在北京市朝阳区翠谷庄乡部署了一氧化碳监测报警系统。

每个村庄大约有8,000至12,000个房间，并且每个房间中都部署了一氧化碳监测传感器节点。

节点将室内一氧化碳浓度信息收集到管理节点进行监控和管理。

现有的应用示例为我们在大规模传感器网络和系统上的设计和研究提供了强大的基础。

通过对大规模传感器网络系统的研究，总结了大规模应用面临的三个主要问题。

1.1流量不平衡在传感器网络中，每个节点的流量都不相同。

这主要是因为传感器网络中的数据聚合服务是主要业务。

在从感知节点到聚合节点的数据聚合过程中，节点越靠近聚合节点，节点需要承担的转发任务越多，则节点与宿节点越近，则数据量越大，导致漏斗流动效果。

流量的不平衡很容易过早耗尽大流量节点的能量，从而影响整个网络的连通性和工作寿命。

当传感器节点网络的规模增加时，网络中的流量将成倍增加，每个数据包经历的平均跳数将增加，从而使中间节点不得不花费大量精力进行数据传输，从而减少了能耗使用效率；并且由于节点数量的增加，路由维护成本也相应增加。

1.2需求和功能之间的不平衡在Internet中，数据处理设备和数据传输设备通常具有明显的界限，并且由于使用环境大多不受限制，因此其性能和功能很容易匹配。

相反，在传感器网络中，节点既是信息收集设备又是中间路由功能。

几乎每个节点都需要完成传感，传输和计算的功能。

但是，传感器节点通常是嵌入式系统，这会导致与其网络分辨率降低的事实严重不匹配。