無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用分析

張俊蓮 史媛

摘要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種集信息收集和信息處理于一體的新技術(shù)。具有重要的科學(xué)技術(shù)意義和廣闊的應(yīng)用前景。本文主要討論了無線傳感器發(fā)展現(xiàn)狀，系統(tǒng)地討論了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的當前應(yīng)用領(lǐng)域和實際應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：無線傳感器；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；應(yīng)用

1 前言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是由大量具有計算能力和無線通信能力的傳感器節(jié)點組成的無線網(wǎng)絡(luò)。其目的是收集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域中感知對象的信息，并將其提供給觀察者。與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)相比，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于功耗低、成本低、布局靈活、監(jiān)測精度高而得到了廣泛的應(yīng)用。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史中，美國是第一個從事無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的，其發(fā)展的目的是滿足軍方偵查軍用系統(tǒng)的需求，所以研究的方向主要是傳感器網(wǎng)絡(luò)中的通信和計算問題，這種最先由軍事需要發(fā)展起來的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的革命和網(wǎng)絡(luò)思想體系的革新之后變得越發(fā)的成熟，也由此推動了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。對于我國而言，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展是比較晚的，但是我們國家對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展高度重視，在短短的幾十年時間內(nèi)，我國在研究、應(yīng)用和標準化方面已經(jīng)可以和國際的先進水平相媲美，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到快速發(fā)展的同時，隨著“感知中國”計劃的提出，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于國家層面并且已經(jīng)進入到戰(zhàn)略實施階段，這表明“感知中國”計劃的提出對中國的無線傳感網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)起到了一定的促進作用，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨著一個巨大的機遇。

3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

3.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的結(jié)構(gòu)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點以無線多跳通信方式形成的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中的傳感器節(jié)點能夠協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給用戶。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最基本的組成要素是傳感器節(jié)點，它由數(shù)據(jù)采集單元、處理器單元、數(shù)據(jù)傳輸單元和能量供應(yīng)單元四部分組成。數(shù)據(jù)采集單元負責(zé)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，借助形式多樣的傳感部件，傳感器節(jié)點能夠感知溫度、濕度、噪聲、移動物體的大小、速度和方向等信息。處理單元負責(zé)控制整個傳感器節(jié)點的操作、存儲和處理數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)傳輸單元負責(zé)與其他傳感器節(jié)點交換控制信息和傳輸采集到的數(shù)據(jù)信息。能量供應(yīng)單元為傳感器節(jié)點各部件提供運行所需的能量，通常采用微型電池。

3.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

無線傳感器中的節(jié)點所收集到的有用消息經(jīng)過多跳的轉(zhuǎn)發(fā)，最后把傳感器所收集到的有用消息發(fā)送給目標用戶供其使用，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)構(gòu)架包括分布式的無線傳感節(jié)點組、匯集的主節(jié)點、傳輸媒質(zhì)以及客戶端。無線傳感網(wǎng)絡(luò)里面的節(jié)點通常都是采用人工安裝、飛行器拋撒等方法達到讓無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點隨意分散在待監(jiān)測的地方。把傳感網(wǎng)絡(luò)當做中心，在傳感網(wǎng)絡(luò)的感知區(qū)域里面，許多無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點用無線自組網(wǎng)的形式來進行通信，其中所有的無線傳感器節(jié)點都可以作為一個路由器，另外所有的無線傳感器節(jié)點都有著具備動態(tài)搜索、實時定位以及自主恢復(fù)聯(lián)接的能力，無線傳感器的節(jié)點會把它監(jiān)測的物理信息以初步的數(shù)據(jù)處理以及信息融合的形式傳遞給觀察者，信息傳送的方法是采用相鄰無線傳感器節(jié)點之間的接力傳遞，并且最后發(fā)送給基站，最后基站采用衛(wèi)星信道或者有線網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接方式發(fā)送給觀察者。

4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用

4.1國防軍事領(lǐng)域

在軍事作戰(zhàn)中，通過飛機空投等方式，將大量微型的無線傳感器節(jié)點任意散布在預(yù)定檢測區(qū)域，這些節(jié)點可以監(jiān)測周圍環(huán)境的變化，以及對方發(fā)射炮彈等武器的微觀數(shù)據(jù)，由此確定戰(zhàn)場的實時狀態(tài)。此外，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有可快速部署、分布隨機、可自組織、適應(yīng)惡劣環(huán)境、隱蔽性強和高容錯等特點，它能實現(xiàn)對敵軍兵力部署和裝備的監(jiān)控、目標的定位、戰(zhàn)場的實時監(jiān)視、戰(zhàn)場評估等功能，可以有效降低傳統(tǒng)的靠偵查兵收集情報所造成的犧牲。同時，當部分傳感器失效后，無線傳感網(wǎng)絡(luò)作為整體仍能完成觀察任務(wù)。因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)在探測和獲取敵軍情報、有效監(jiān)控戰(zhàn)場上的實時狀態(tài)方面引起了廣泛的關(guān)注。

4.2醫(yī)療健康

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療健康領(lǐng)域也嶄露頭角，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點體積小并采用無線通信技術(shù)，與固定的醫(yī)療設(shè)備相比具有可攜帶、實時監(jiān)測、功耗低、可定位等優(yōu)點，可以為遠程監(jiān)護、急救、病因診斷、醫(yī)療設(shè)備追蹤、藥物管理、醫(yī)生護士定位等醫(yī)療需求提供新的解決方案和技術(shù)手段，通過給病人佩戴專用的無線傳感器節(jié)點，例如生理傳感器（心電、脈搏、呼吸、體溫等）、環(huán)境傳感器（溫度、濕度、光強度等）等，對病情進行實時監(jiān)測。這類醫(yī)療傳感器系統(tǒng)穩(wěn)定，出錯率低、微型，便于攜帶，總之，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用為實現(xiàn)遠程醫(yī)療監(jiān)控提供了可能。

4.3環(huán)境監(jiān)控

傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測方式采用人工監(jiān)測，耗費了大量的人力物力，卻很難保證監(jiān)測結(jié)果的實時性和準確性，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則為環(huán)境監(jiān)測帶來了極大的便利。比如在溫室大棚中就可以利用傳感器實時監(jiān)測棚內(nèi)溫度、土壤濕度、光照強度等數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)實現(xiàn)無人值守情況下的智能調(diào)溫、灌溉等功能，大大提高了工作效率。

4.4災(zāi)害預(yù)測

近些年來，災(zāi)害預(yù)測越來越受到人們的關(guān)注，但由于覆蓋范圍廣，檢測時間長，測量數(shù)據(jù)多等特點使得災(zāi)害預(yù)測十分困難。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由于其容量大，壽命長和可定制應(yīng)用等特點很好的解決了災(zāi)害預(yù)測中的困難，如在森林防火中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就可以大范圍的覆蓋整個森林，并對溫度、煙霧等信息進行采集，以防止火險發(fā)生，在災(zāi)害發(fā)生后，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也可提供起火點、火場溫度、過火面積等數(shù)據(jù)來幫助救援人員實現(xiàn)有效救援。

5 總結(jié)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為現(xiàn)代生活工作中應(yīng)用廣泛的信息技術(shù)，不但與人們生活的方方面面有緊密聯(lián)系，我們更是要對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線通信模塊加大注意力，以此實現(xiàn)無線傳感器與國家軍事、環(huán)境、醫(yī)療、城市交通管理等方面的對接，從而更好地服務(wù)于人類，促進人類的進步。

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