面向物聯網的無線傳感器網絡綜述研究

段軍雨 侯俊丞

摘 要：文中介紹了無線傳感器網絡和物聯網的基本概念及關鍵技術，對物聯網方面無線傳感器網絡的應用進行分析，并且將在學習課程的過程中進行歸納總結，提出部分發(fā)展新思路，對面向物聯網的無線傳感器網絡進行相關展望。

關鍵詞：物聯網;無線傳感器網絡;新興發(fā)展;網絡優(yōu)化;信息化時代;互聯網

中圖分類號：TP274文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）04-00-02

0 引 言

物聯網的發(fā)展應用為人們的日常生活帶來了很大便利，無疑物聯網應用已經成一種發(fā)展?jié)摿O大的技術手段。無線傳感器網絡的“誕生”，一度成為當今信息領域研究的熱點之一，更被應用到社會的各個方面，如軍事領域、農業(yè)領域、工業(yè)領域、醫(yī)療領域、智能交通與家居等，而無線傳感器網絡在這些領域新方向的發(fā)展中將扮演著“重要角色”。無線傳感器作為支持物聯網發(fā)展的關鍵技術，對面向物聯網的無線傳感器進行研究有著很大的意義。

1 物聯網與無線傳感器網絡概述

1.1 物聯網概述

物聯網（Internet of Things，IoT）是在互聯網基礎上發(fā)展起來的，是互聯網技術的延伸與拓展。其主要特點是通過運用其內含有的識別、感知、通信等技術，將物體與物體連接，并實現信息共享，運用其自身連接的特點，將用戶自身與互聯網或其他控制設備相連，實現新型信息化控制。物聯網起初應軍事需求而發(fā)展，在其應用前景不斷被發(fā)掘的同時，伴隨著傳感器網絡技術的迅速發(fā)展，物聯網相關技術的應用也越來越普遍。

1.2 物聯網關鍵技術

物聯網所包含的關鍵技術分為軟件和硬件兩部分。軟件技術主要包括信息管理技術、自組織管理技術和安全技術;硬件技術包括無線傳感器網絡、射頻識別技術、智能嵌入式技術和納米技術。

1.3 無線傳感器網絡的概述

無線傳感器（Wireless Sensor Networks，WSNs）是一種通過分布式傳感通信網絡，用其末梢感知和檢查外部世界的傳感器。無線傳感器通過無線通信方式形成了一種多跳自組織網絡，它可以協作感知、采集、處理和傳輸網絡覆蓋地理區(qū)域內被感知對象的信息，并最終把這些有價值的信息和相關領域發(fā)送給網絡所有者[1]。無線傳感器有多個特點，如大規(guī)模、自組織、動態(tài)性、可靠性、以數據為中心等，這些特點的核心都在不斷適應當今時代發(fā)展的需求，應對著信息的飛速發(fā)展。

1.4 無線傳感器網絡結構特點

無線傳感器網絡的結構一般由傳感器節(jié)點、網聚節(jié)點、服務器終端用戶組成。許多傳感器節(jié)點以自組織形式在環(huán)境中隨機分布，其監(jiān)測到的數據信息通過傳送，匯聚到網聚節(jié)點進行分析與處理，網聚節(jié)點再利用Internet或者GPRS將數據傳輸到服務器終端，用戶便可查看和分析收集到的數據信息。無線傳感器網絡結構如圖1所示。

2 無線傳感器網絡關鍵技術

2.1 網絡信息處理技術

在處理信息時，根據不同的信息功能，能夠將無線傳感器網絡劃分為多類信息服務，并建立起較為靈活的服務結構，再將其中的各個功能按類劃分，傳導相應數據。付俊松[2]提到，目前網內信息處理技術主要包括數據聚合、查詢、融合、壓縮、挖掘、預測以及協同處理等研究內容，已經被廣泛應用于無線傳感器網絡。理論和實驗表明，網內信息處理技術對于降低網絡數據傳送量、減小數據傳送時延、提高監(jiān)測數據質量、延長網絡壽命等具有重要作用。

2.2 網絡安全技術

在面對物聯網無線傳感器網絡的安全問題上[3]，由于VPN、硬件防火墻等多種因素的影響使得入侵者破解密碼而獲得權限，從而對無線傳感器的網絡安全造成很大威脅。因此如何規(guī)避黑客、病毒等因素對網絡安全造成的影響，采用有效的安全控制技術尤為重要。目前關于無線傳感器的網絡安全技術主要包括混沌加密技術、密鑰管理以及防火墻技術等，雖然取得了一定成果，但受其自身物理特性和外界因素的制約與影響，還有很多領域需要探索。

2.3 網絡使用技術

無線網絡傳感器具有通信功能，在網絡運行過程中，須遵守網絡通信協議的規(guī)定，關于無線傳感器網絡的通信功能，則以TCP/IP協議為網絡的基礎協議，實現無線傳感器的信息傳輸。無線傳感器在使用的同時，定位技術也尤為關鍵，在人類探索的盲區(qū)部署大量傳感器節(jié)點，并結合現代先進的計算機技術，分布式處理大量采集信息，不僅能夠提高監(jiān)測精確度，系統(tǒng)還能擁有很強的容錯性能。

3 面向物聯網的無線傳感器網絡優(yōu)化

無線傳感器網絡作為物聯網的重要組成，逐漸成為與人們生活、服務息息相關的組成部分，隨著技術的發(fā)展與科學的進步，面向物聯網的無線傳感器也應該進一步優(yōu)化，從而滿足人們不同的需求。徐拓[4]在文章中所說，無線傳感器網絡優(yōu)化需要對網絡協議技術進一步完善，首先在滿足個體個性化需求的同時，盡量避免對傳統(tǒng)無線傳感器網絡的復雜設置。另一方面，在深入探尋相關數據信息的過程中，能夠積極利用IP技術優(yōu)化通信協議，進而使數據信息更加簡易有效，為技術人員在改進技術工作方面提供寶貴經驗。在優(yōu)化的同時，也要求相關技術人員對低能耗技術的研發(fā)進一步加強，盡可能降低無線傳感器網絡節(jié)點的能耗，響應當今時代環(huán)保節(jié)能的號召。

4 關于面向物聯網的無線傳感器網絡發(fā)展新思路

4.1 低耗能無線傳感器

對于任何一個能源供應的器械來說，節(jié)能低耗無疑非常重要。如今隨著物聯網的普及，無線傳感器逐漸走進家家戶戶，對于無線傳感器系統(tǒng)能耗的要求也越來越高。傳感器節(jié)點比較小，所儲能量十分有限，所以降低耗能就是關鍵所在。設計者在設計精巧傳感器的同時，也要對無線傳感器與傳統(tǒng)傳感器網絡加以區(qū)分，并根據不同的傳感器系統(tǒng)功能來解決耗能問題。

4.2 普通環(huán)境下無線傳感器研究趨勢

在不同的無線傳感器應用背景下，要求不同的網絡支持策略和服務形式，所以研究者更加關心無線傳感器的差異性，這是在不同應用背景下無線傳感器開發(fā)所注重的。同時，這也是無線傳感器網絡區(qū)別于傳統(tǒng)網絡的一個顯著特征。曾東在無線傳感器網絡研究中提到[5]，用戶在不同的時間、地點滿足自身需求從而促使物聯網產生不需要根據周邊環(huán)境和時間便可自由獲取滿足自身需求的條件。物聯網應充分利用其技術優(yōu)勢，建立滿足多種需求的網絡支持策略與服務形式，拒絕應用帶來的無線傳感器設計差異復雜性。

4.3 IP數據信息不同情況下的網絡發(fā)展

在物聯網逐漸普及使用的過程中，海量的數據信息隨之而來。研究者需要對IP技術進行探索和研究，盡可能實現對物聯網尋址的統(tǒng)一方法。由于不同的地理信息和網絡環(huán)境，使得IP數據信息存在或多或少的差異，在數據匯集的時候容易產生偏差，因此，統(tǒng)一的方法尤為重要。

4.4 基于多宿主形式的網絡傳輸

無線傳感器作為物聯網的重要組成部分，是其獲得外部信息的重要手段之一，為提升物聯網的有效性與可靠性，多宿主形式能夠提高信息獲取的便利性。在網絡傳輸過程中，無線傳感器所采集的數據信息則是通過多條鏈路傳輸到上層網絡，與之類似地通過多條鏈路進行傳輸也適用于從上而下的指令。段蘇峰[6]《無線多媒體傳感器上的高效的多宿主傳輸系統(tǒng)》中提到，該形式下的無線傳感器網絡能夠使傳輸鏈路更加穩(wěn)定，傳輸更加迅速、準確。

5 結 語

伴隨著當今信息時代的飛速發(fā)展，網絡已深入到人們生活的各個方面，給社會帶來前所未有的改變。無線傳感器網絡作為網絡的重要感知技術和物聯網的重要組成部分，定會給物聯網帶來多元化的發(fā)展。雖然如今面向物聯網的無線傳感器網絡技術相對較高，但也存在很多不足與挑戰(zhàn)，仍要對無線傳感器網絡進行優(yōu)化與創(chuàng)新，持續(xù)增加人們對物聯網的認知與應用，努力使其成為物質世界與虛擬世界的重要接口。

參 考 文 獻

[1]黃鋒，劉士興，顧勤東.無線傳感器網絡節(jié)點概述[J].合肥工業(yè)大學學報（自然科學版），2008，31（8）：1208-1210.

[2]付俊松.無線傳感器網絡網內信息處理關鍵技術研究[D].北京：北京交通大學，2018.

[3] ANALYTICS C.Internet of Things：Connectivity vs Vulnerability by Content Specialist-Engineering[Z].2018.

[4]徐拓.面向物聯網的無線傳感器網絡研究[J].時代農機，2018（7）：249.

[5]曾東.普適計算環(huán)境下無線傳感器網絡研究[J].數字通信，2012，11（6）：43-46.

[6]段蘇峰，董瑜.無線多媒體傳感器上的高效的多宿主傳輸系統(tǒng)[J].計算機科學與探索，2018，12（3）：393-402.

[7]張帥.面向物聯網的無線傳感器網絡節(jié)能技術研究[D].北京：北方工業(yè)大學，2017.

[8]杜鵬飛.面向最優(yōu)信息質量的無線傳感器網絡資源分配[D].西安：電子科技大學，2017.

[9]姜冰，吳韶波，李雨謙，等.D2D技術與無線傳感器網絡比較研究[J].物聯網技術，2018，8（5）：30-31.

[10]李婧，溫蜜，薛梅.面向電網監(jiān)測的無線傳感器網絡關鍵技術研究[J].上海電力學院學報，2017，33（4）：367-371.