淺談無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用

摘要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一種特殊的Ad-Hoc無線網(wǎng)絡(luò)，其體積小、價(jià)格便宜，由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，應(yīng)用范圍十分廣泛。本文將從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀著手，簡(jiǎn)要介紹一下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，并對(duì)其前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：無限傳感器研究現(xiàn)狀應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 (2012) 09-0000-02

無限傳感器網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)稱WSN，在國(guó)際上備受關(guān)注，其涉及多種學(xué)科，綜合了傳感器技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等， 應(yīng)用十分廣泛，是知識(shí)高度交叉集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。 無限傳感器網(wǎng)絡(luò)的成本小，靈活性大，它能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并通過無線自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式將這些信息發(fā)送出去，最總是先三元世界的聯(lián)通。

一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究研究歷程及現(xiàn)狀

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新興的傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有廣泛的應(yīng)用前景和重要的科研價(jià)值，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)于20世紀(jì)末，1998年，美國(guó)國(guó)防部提出了“智能塵?！钡母拍睿_啟了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究大幕；1999年，題為“傳感器走向無線時(shí)代”的具有代表性論述的文獻(xiàn)出現(xiàn)；2001年，美國(guó)陸軍提出“靈巧傳感器網(wǎng)絡(luò)通信”計(jì)劃，WSN在軍事方面的應(yīng)用研究正式開始；2002年，英特爾公司發(fā)布了“基于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)的新型計(jì)算發(fā)展規(guī)劃”，主要側(cè)重于環(huán)境監(jiān)測(cè)、森林滅火、海底板塊、醫(yī)學(xué)和行星探測(cè)等方面的應(yīng)用；與英特爾公司的側(cè)重點(diǎn)不同，同年歐盟提出的EYES計(jì)劃，主要以研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和安全、節(jié)點(diǎn)的協(xié)作等；2003年， 美國(guó)《技術(shù)評(píng)論》雜志和《商業(yè)周刊》將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列入未來新興技術(shù)之列，美國(guó)科學(xué)基金委員會(huì)也制定了相關(guān)研究計(jì)劃，主要側(cè)重于生物攻擊、感知有毒化學(xué)物等領(lǐng)域；2005年，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和系統(tǒng)的研究計(jì)劃主要研究安全的可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)、下一代可靠性高、可編程的無線網(wǎng)絡(luò)及傳感器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)特性。此外，多個(gè)國(guó)家、高校、著名的網(wǎng)絡(luò)公司也相繼加入了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究。

與以前的傳感器技術(shù)不同，我國(guó)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究及應(yīng)用幾乎與那些發(fā)達(dá)國(guó)家同時(shí)起步，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概念于1999年正式出現(xiàn)在中國(guó)科學(xué)院《知識(shí)創(chuàng)新工程試點(diǎn)領(lǐng)域方向研究》的“信息與自動(dòng)化領(lǐng)域研究報(bào)告”中；2002年，一些科研單位和一些大學(xué)加入到研究的行列中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究工正式進(jìn)行；國(guó)家自然科學(xué)基金委員是我國(guó)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的領(lǐng)頭羊，2004年，國(guó)家自然科學(xué)基金委員將會(huì)面上傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布自治系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及協(xié)調(diào)控制理論列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目，該理論是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)項(xiàng)目，2005年，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)列入計(jì)劃；2006年，將水下移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目，近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究一直在不多深入發(fā)展，取得很多可喜的研究成果，隨著微處理器、無線通信、微機(jī)電系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐步走向成熟，其應(yīng)用也越來越廣泛，但總體上來講我國(guó)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還有很大的發(fā)展空間，還有很長(zhǎng)的路要走，仍需繼續(xù)努力。

二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

（一）軍事

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性非常適合于軍事偵察，可以有效的探測(cè)和獲取敵軍情報(bào)。通過上文我們可以知道，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究最早就是起源于軍事，由于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境惡略，收集情報(bào)十分危險(xiǎn)，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于自身功耗低、體積小、隱蔽性高、抗毀性能好、自組織能力強(qiáng)等特點(diǎn)，為軍事偵察零傷亡實(shí)現(xiàn)了可能：通過飛機(jī)撒播、特種炮彈發(fā)射等手段， 將傳感器網(wǎng)絡(luò)的檢測(cè)裝置安置在敵軍陣地，不但可以減少偵查人員的損傷，獲得精確的情報(bào)，也不易被發(fā)覺。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的這一價(jià)值已經(jīng)引起的許多國(guó)家局勢(shì)部門的極大關(guān)注。除了探測(cè)情報(bào)方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以加裝在士兵、裝備及軍火上，以供識(shí)別，分清敵我，防止誤打； 跟蹤射擊對(duì)象的位置，實(shí)現(xiàn)精確制導(dǎo)；及時(shí)、準(zhǔn)確地判斷是否有生化武器及核武器的攻擊，確定位置，最大可能地減小傷亡。

（二）環(huán)境

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，自然環(huán)境逐漸惡化，已經(jīng)引起了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，為了加強(qiáng)對(duì)自然環(huán)境的監(jiān)控，防止自然環(huán)境的進(jìn)一步惡化，人們將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到了環(huán)境監(jiān)測(cè)中：監(jiān)測(cè)平原、森林、海洋等的環(huán)境變化；進(jìn)行森林火災(zāi)、洪水檢測(cè)；災(zāi)害判定； 氣象研究、監(jiān)測(cè)空氣污染、水污染及土壤污染；；地表檢測(cè)物種跟蹤等等，不一而足。

（三）醫(yī)療衛(wèi)生

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以將采集到的信息通過上安裝特殊用途的傳感器節(jié)點(diǎn)， 如心率、血壓等監(jiān)測(cè)，醫(yī)生就可在遠(yuǎn)端隨時(shí)了解被臨護(hù)病人的病情，進(jìn)行及時(shí)處理和救護(hù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用，有著成功的應(yīng)用實(shí)例，比如，嬰兒監(jiān)測(cè)、提醒聾人、血壓監(jiān)測(cè)與追蹤、消防員身體特征信號(hào)監(jiān)測(cè)等。

（四）農(nóng)業(yè)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展有重要意義，以我國(guó)為例，我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，地大物博，幅員遼闊，環(huán)境和生態(tài)問題嚴(yán)峻，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)國(guó)家的農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大。比如可以在大型的育苗場(chǎng)或農(nóng)田灌溉區(qū)，利用無線網(wǎng)絡(luò)為農(nóng)業(yè)研究或系統(tǒng)控制采集相關(guān)的參數(shù)；通過所選點(diǎn)所測(cè)得的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行田間研究分析與生態(tài)氣候研究；檢測(cè)土壤濕度和空氣濕度以控制灌溉。

（五）智能家居建筑

近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)又有了一個(gè)新的應(yīng)用方向，那就是智能家居建筑方面，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各類建筑工程如雨后春筍般拔地而起，由于工程多，工程量大，一些大型工程的安全施工監(jiān)測(cè)的難度較大，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，這時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，很好的解決了這一問題，采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)， 在樓體自身安裝節(jié)點(diǎn)，安裝了傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能建筑就會(huì)自動(dòng)告訴管理部門它們的狀態(tài)信息， 從而可以使管理部門按照優(yōu)先級(jí)來進(jìn)行一系列的修復(fù)工作。同樣的道理，還可以通過它加強(qiáng)對(duì)古老建筑和珍貴文物的保護(hù)，將具有溫度、濕度、壓力、加速度、光照等傳感器的節(jié)點(diǎn)布放保護(hù)對(duì)象自身和周圍，可以有效的監(jiān)測(cè)被保護(hù)建筑和文物狀態(tài)，從而達(dá)到保護(hù)的目的。

三、總結(jié)與展望

通過近幾年的研究， 人們對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)已經(jīng)逐漸明確， 但是許多基礎(chǔ)性問題和關(guān)鍵技術(shù)仍需要進(jìn)一步研究解決，比如計(jì)算存儲(chǔ)能力， 傳輸層和服務(wù)質(zhì)量等等，雖然如此，但無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景會(huì)十分廣闊。與其他網(wǎng)絡(luò)不同，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以廣泛地應(yīng)用在民用環(huán)境監(jiān)測(cè)及工業(yè)等不同的領(lǐng)域。隨著工藝計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，線傳感器網(wǎng)絡(luò)必將得到越來越廣泛的應(yīng)用。作者認(rèn)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)在以下幾個(gè)方面深入研究：

（一）能效問題

能效問題研究是無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的熱點(diǎn)研究問題，雖然處理器和無線傳輸裝置可以繼續(xù)向微型化發(fā)展， 但是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要鏈接更多樣的傳感器， 許多傳感器耗電量很大。針對(duì)不同應(yīng)用的能效節(jié)點(diǎn)，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的性能，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期，在高密度網(wǎng)絡(luò)中需要大范圍時(shí)間同步，最小化長(zhǎng)時(shí)間的不確定性誤差，提高精度在遙遠(yuǎn)環(huán)境下有效供給節(jié)點(diǎn)及相應(yīng)傳感器的能源仍將需進(jìn)一步研究

（二）數(shù)據(jù)采集與管理

隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展， 所接收的數(shù)據(jù)將越來越大，而現(xiàn)有的現(xiàn)有的模式將無法適應(yīng)管理大量時(shí)空數(shù)據(jù)的需要，因而，加快時(shí)空數(shù)據(jù)處理和管理的研究、開發(fā)和研究新的模式將十分必要。

（三）無線通訊的標(biāo)準(zhǔn)問題

傳感器網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，將會(huì)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展帶來巨大困難，因此， 還需要開發(fā)新的無線通訊標(biāo)準(zhǔn)。

未來將是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大發(fā)展的時(shí)期， 傳感器多樣化及系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)微型化方面將會(huì)取得長(zhǎng)足發(fā)展。

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[作者簡(jiǎn)介]陳志濤（1978-），男，漢，籍貫：廣東紫金，學(xué)歷：碩士研究生，職稱：講師，單位：順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，畢業(yè)院校：華南師范大學(xué)，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。