無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與研究現(xiàn)狀

【摘要】隨著社會(huì)的發(fā)展及科技的進(jìn)步，我國(guó)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上的發(fā)展也取到了令人矚目的成就，在新的時(shí)代背景下，網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用對(duì)人們的生活產(chǎn)生了很大的影響，在生活中處處都有網(wǎng)絡(luò)的身影。無(wú)線通信技術(shù)和微處理器以及傳感器這三個(gè)高新科技發(fā)展迅猛。二十世紀(jì)九十年代美國(guó)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上有了新的發(fā)展，它作為一種新型的信息處理和獲取的技術(shù)，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。本文主要對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明，而后在其現(xiàn)狀和應(yīng)用方面進(jìn)行分析探究，希望能夠?qū)@一領(lǐng)域在學(xué)術(shù)上提供一點(diǎn)參考。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線傳感器；網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；現(xiàn)狀

1.引言

在二十一世紀(jì)的今天網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)模式在向人們的生活不斷的深入，已經(jīng)成了一個(gè)發(fā)展的中心，實(shí)實(shí)在在地融入了人們的生活，成為了人們賴(lài)以交流的有力工具，方便了人們的生活。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力的微型傳感器以自組織方式構(gòu)成，然后經(jīng)過(guò)無(wú)線的通信方式形成一個(gè)多跳的自配裝置網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而達(dá)到協(xié)作感知和采集，以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域里感知對(duì)象信息進(jìn)行處理的目的，最后再傳送給觀察者。作為一個(gè)新型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，它在當(dāng)今的科技及社會(huì)發(fā)展中起到了很大的作用。

2.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及其結(jié)構(gòu)

無(wú)線傳感器的特點(diǎn)上主要體現(xiàn)在規(guī)模大、自組織、動(dòng)態(tài)性、可靠性、集成化等特點(diǎn)。

第一在規(guī)模上，為了能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行精確的獲取，所以在檢測(cè)的區(qū)域一般都要部署很多的傳感器的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)數(shù)量可能達(dá)到成千上萬(wàn)甚至更多。規(guī)模大的特性主要有著兩方面的含義，其一是傳感器的節(jié)點(diǎn)分布在比較大的地理區(qū)域當(dāng)中，其二是傳感器的節(jié)點(diǎn)部署得很密集，故此在較小的空間當(dāng)中密集部署了大量的傳感器節(jié)點(diǎn)[1]。

第二在組織上，無(wú)線傳感器在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，一般情況下傳感器的節(jié)點(diǎn)都放置在沒(méi)有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的地方，不能進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，并且節(jié)點(diǎn)間的相鄰關(guān)系也不知曉。這就要求傳感器節(jié)點(diǎn)要具有自組織能力，進(jìn)行自動(dòng)的管理及配置，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及拓?fù)淇刂茩C(jī)制自動(dòng)地形成轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

第三在動(dòng)態(tài)性上，表現(xiàn)在：傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能會(huì)因?yàn)榄h(huán)境因素或者電能耗盡而對(duì)節(jié)點(diǎn)造成的故障、失效；環(huán)境條件變化造成的無(wú)線通信鏈路帶寬變化，甚至?xí)r斷時(shí)通的情況；傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器、感知對(duì)象和觀察者這三要素都可能具有移動(dòng)性；新節(jié)點(diǎn)的加入。以上這些因素都可能發(fā)生變化，這就要求傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在適應(yīng)能力上要具有動(dòng)態(tài)可重構(gòu)性[2]。

第四在可靠性上，WSN比較適合在惡劣的環(huán)境中以及人類(lèi)不宜到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行布置，并且節(jié)點(diǎn)能夠在露天的環(huán)境中工作。

第五在集成化上，傳感器的節(jié)點(diǎn)功耗以及體積都比較小，價(jià)格上也較為便宜，比較適合群組應(yīng)用或者集成到其它系統(tǒng)中。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)及管理節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)能力和處理能力以及通信能力相對(duì)較弱，一般是通過(guò)小容量電池進(jìn)行供電。從網(wǎng)絡(luò)功能上看，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)除了進(jìn)行信息收集和數(shù)據(jù)處理外，還要對(duì)其它節(jié)點(diǎn)所撰發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和融合，并與其它傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作來(lái)完成任務(wù)。匯聚節(jié)點(diǎn)在處理、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及通信上，能力都較強(qiáng)，它是傳感器網(wǎng)絡(luò)與Internet等外部網(wǎng)絡(luò)連接的網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議的轉(zhuǎn)換，把WSN收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外部網(wǎng)絡(luò)上；此外它還要向傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)布來(lái)自管理節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)任務(wù)。管理節(jié)點(diǎn)以動(dòng)態(tài)的方式對(duì)整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，傳感器網(wǎng)絡(luò)的所有者可以通過(guò)管理節(jié)點(diǎn)來(lái)訪問(wèn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的資源[3]。

3.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用

當(dāng)前我國(guó)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究雖然取得一定的成績(jī)，但要廣泛商用還有很長(zhǎng)的路要走。目前微處理器的性能不斷提高、體積不斷縮小，這使得基于微處理器技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠在工業(yè)市場(chǎng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療護(hù)理以及軍事領(lǐng)域等方面中小規(guī)模地應(yīng)用。

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)生態(tài)環(huán)境越來(lái)越重視，對(duì)環(huán)境的數(shù)據(jù)采集也是越來(lái)越多。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用給環(huán)境數(shù)據(jù)的采集工作帶來(lái)了很大的便利，避免了很多以傳統(tǒng)方式采集數(shù)據(jù)所帶來(lái)的弊端（傳統(tǒng)的采集方式會(huì)給環(huán)境造成侵入式破壞）。運(yùn)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)候鳥(niǎo)和昆蟲(chóng)的遷徙進(jìn)行跟蹤，也可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境的變化對(duì)農(nóng)作物的影響，還可以對(duì)海洋和土壤以及大氣的成分進(jìn)行研究。英特爾研究室就利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)緬因州“大鴨島”的氣候進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以此作為對(duì)一種海燕巢評(píng)價(jià)的因素。

另外，它還可以應(yīng)用在精細(xì)農(nóng)業(yè)當(dāng)中，用于監(jiān)測(cè)作物中的害蟲(chóng)以及土壤的酸堿度、施肥狀況等[4]。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療護(hù)理上也得到了應(yīng)用，比如羅徹斯特大學(xué)的科學(xué)家就利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建造了一個(gè)比較先進(jìn)的智能化醫(yī)療房間，他們通過(guò)微塵對(duì)居住者的一些身體情況進(jìn)行測(cè)量（包括脈搏、血壓、呼吸等），連睡覺(jué)的姿勢(shì)以及24小時(shí)的活動(dòng)狀態(tài)也可以進(jìn)行監(jiān)測(cè)。而英特爾也在WSN的基礎(chǔ)上推出了家庭護(hù)理技術(shù)，它主要通過(guò)給家中的一些基本物品（如鞋子等）和設(shè)備嵌入微處理裝置，通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士，改善他們的家庭生活。

在軍事領(lǐng)域，由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著自組織以及密集型的特點(diǎn)，即使在惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中也能夠進(jìn)行作業(yè)。像監(jiān)控兵力、偵察敵情、物資裝備以及對(duì)生物化學(xué)攻擊進(jìn)行正確的判斷等都可以應(yīng)用。目前，“沙地直線”和“智能塵埃”這兩個(gè)重要的研究項(xiàng)目也已經(jīng)展開(kāi)。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在一些較為危險(xiǎn)的工作環(huán)境中也能夠進(jìn)行作業(yè)，比如礦井以及核電站等高危環(huán)境，可以通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)；在交通方面也可應(yīng)用在車(chē)輛上作為監(jiān)控的工具；同時(shí)在一些工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線上也得到了應(yīng)用。

4.當(dāng)下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使人們的交往方式產(chǎn)生了很大的變化，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是我國(guó)計(jì)算機(jī)研究方面的一個(gè)新領(lǐng)域。相較外國(guó)而言，我國(guó)在這方面的系統(tǒng)研究較晚，在近些年才取得了一定的成績(jī)。

2001年我國(guó)科學(xué)院依托上海微系統(tǒng)成立的微系統(tǒng)研究與發(fā)展中心，其主要目的就是為了使WSN得到進(jìn)一步的發(fā)展。在2002年，一些重要的大學(xué)如清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等，都在時(shí)間同步、定位以及在傳感器的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)方面正式展開(kāi)了研究工作，在2004-2006年的幾年時(shí)間里，把無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)重點(diǎn)研究項(xiàng)目。當(dāng)下的一些企業(yè)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)也越來(lái)越重視，比如寧波中科等已經(jīng)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了研究[5]。

5.結(jié)語(yǔ)

當(dāng)今科技發(fā)展迅猛，高新技術(shù)的應(yīng)用能夠給我們的生活帶來(lái)很大的便利，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在無(wú)基礎(chǔ)架構(gòu)的分布式多跳無(wú)線通信系統(tǒng)這方面者有著重要的優(yōu)勢(shì)，在靈活性上得到了充分的體現(xiàn)，在我國(guó)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷的發(fā)展的前提下，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展定能取得更好的成績(jī)。

參考文獻(xiàn)

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