淺談無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

王學(xué)軍

（煙臺(tái)市龍口環(huán)境監(jiān)控中心，山東 煙臺(tái) 265700）

由于當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)的和諧進(jìn)步，人民群眾的生活水平得到了有效提升，大家對(duì)生活質(zhì)量和生活環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)和要求也有了顯著提高。隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，環(huán)境保護(hù)也成為了人們關(guān)心的焦點(diǎn)問(wèn)題。環(huán)境問(wèn)題是促進(jìn)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程當(dāng)中需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，改善民生、建設(shè)美好環(huán)境是我們共同的愿望，因此對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)工作一定要給予更多的關(guān)注和重視。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)當(dāng)中的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的效果，并且應(yīng)用范圍也在不斷拓展，通過(guò)這些設(shè)備可以及時(shí)監(jiān)控環(huán)境狀況，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析和嵌入式的科學(xué)處理，最終借助這些得到的數(shù)據(jù)結(jié)果達(dá)到實(shí)施環(huán)境監(jiān)測(cè)的目標(biāo)[1]。

1 環(huán)境監(jiān)測(cè)中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)研究

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中的應(yīng)用主要有以下優(yōu)點(diǎn)，首先，它可以為網(wǎng)絡(luò)組織提供更快、更全面、更有效的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)本身的高質(zhì)量性能可以詳細(xì)地揭示信息的出處。在較短的時(shí)間內(nèi)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置是便捷而全面的，對(duì)于資源的分配非常合理，也就是說(shuō)能夠優(yōu)化資源配置；其次，其可以利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)來(lái)更好地開(kāi)展環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。現(xiàn)階段，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)快速發(fā)展，而無(wú)線傳感器可以借助網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)來(lái)提高信息傳遞的效率，為環(huán)境監(jiān)測(cè)人員節(jié)省大量的工作時(shí)間，并且還可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的自動(dòng)化管理，從而保證環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。另外，信息數(shù)據(jù)的采集是通過(guò)路由器來(lái)進(jìn)行傳播的，可以展現(xiàn)出無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本身所具備的優(yōu)勢(shì)以及更多的特點(diǎn)，可以在環(huán)境監(jiān)測(cè)中獲得大量的信息數(shù)據(jù)，這些信息數(shù)據(jù)對(duì)于后續(xù)工作的展開(kāi)具有關(guān)鍵意義。在進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)工作時(shí)，相關(guān)工作人員要更加深入地開(kāi)展無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)研究，只有這樣才能提升工作效果，促進(jìn)各項(xiàng)工作更加穩(wěn)定、順利地開(kāi)展。

2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀研究

現(xiàn)如今，我國(guó)對(duì)于環(huán)境保護(hù)越來(lái)越重視，而環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)于整個(gè)環(huán)境保護(hù)工作有著極為重要的作用，因此隨著科技水平的不斷發(fā)展與進(jìn)步，已經(jīng)開(kāi)始將無(wú)線傳感器運(yùn)用到環(huán)境監(jiān)測(cè)中。20世紀(jì)80年代，部分發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)建立了相應(yīng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)站，并且借助一些無(wú)線傳感設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控[2]。無(wú)線傳感器能夠非常迅速地進(jìn)行鋪設(shè)，相對(duì)來(lái)說(shuō)是較為方便，而且無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的抗毀性，因此應(yīng)用較為廣泛，很大程度上促進(jìn)了我國(guó)環(huán)境保護(hù)工作的開(kāi)展。具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)無(wú)線電、網(wǎng)絡(luò)，以及光學(xué)、電學(xué)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的知識(shí)的運(yùn)用，研發(fā)出遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，使人們?cè)诰嚯x較遠(yuǎn)的地方就能對(duì)該地區(qū)的某些環(huán)境狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，以更好地開(kāi)展環(huán)境保護(hù)工作。但是目前無(wú)線傳感器在我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)等多個(gè)部門(mén)的運(yùn)用并不是非常廣泛，因?yàn)闊o(wú)線傳感器是一種新興的事物，它的發(fā)展以及應(yīng)用還是需要一段時(shí)間的，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用的過(guò)程當(dāng)中還有一些技術(shù)方面的問(wèn)題沒(méi)有解決，這些技術(shù)方面的問(wèn)題是非常關(guān)鍵的。國(guó)內(nèi)對(duì)于無(wú)線傳感器的應(yīng)用可以說(shuō)還處在起步階段，在環(huán)境監(jiān)測(cè)當(dāng)中的使用經(jīng)驗(yàn)不足。而由于無(wú)線傳感器在不同的場(chǎng)合有不同的應(yīng)用方法，所使用到的技術(shù)手段也不一樣，因此在對(duì)無(wú)線傳感器進(jìn)行應(yīng)用時(shí)要符合相關(guān)技術(shù)要求。除傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)外，還可與新技術(shù)相結(jié)合，以顯著提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，降低人工和材料成本。

3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)以及特點(diǎn)分析

3.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)由無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組成，主要負(fù)責(zé)信號(hào)調(diào)制和信號(hào)的有效傳輸和接收，比如說(shuō)紅外線、數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層是對(duì)數(shù)據(jù)成幀以及數(shù)據(jù)成幀的檢測(cè)工作進(jìn)行負(fù)責(zé)，展開(kāi)媒體對(duì)于協(xié)議進(jìn)行嚴(yán)格的訪問(wèn)，它還可以在沒(méi)有套接控制的情況下實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信目標(biāo)[3]。其最為重要的目的是提高信息的一致性，因?yàn)橐粋€(gè)節(jié)點(diǎn)收到信息后，一定的機(jī)制可以保證源節(jié)點(diǎn)是完全匹配的。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)保證了無(wú)線節(jié)點(diǎn)的通信技術(shù)和能量傳遞，對(duì)于傳輸信息的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，在大多數(shù)情況下，這種傳輸操作是以多跳的形式完成的，所以路由選擇、有效路由維護(hù)等傳輸機(jī)制是對(duì)通信服務(wù)質(zhì)量有效而嚴(yán)格的保證，因?yàn)閭鬏攲油瓿闪藢?duì)數(shù)據(jù)流的有效控制，保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息流在可管理的范圍內(nèi)。機(jī)制線傳感器包含很多應(yīng)用軟件，可以保證互聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息的各個(gè)方面都在應(yīng)用層，為應(yīng)用軟件的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)提供更充分的條件。開(kāi)發(fā)工具也是合理的，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還包括能源監(jiān)管平臺(tái)、移動(dòng)平臺(tái)和工作平臺(tái)。

3.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征分析

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有明顯的特征。首先，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的硬件資源有限，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)肯定會(huì)受到體機(jī)能耗以及存儲(chǔ)空間等多方面的影響，并且在環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中，對(duì)于相關(guān)設(shè)備的電能消耗較大，如果無(wú)線傳感器資源有限，不能夠及時(shí)進(jìn)行電池的更換，便會(huì)影響環(huán)境監(jiān)測(cè)的整體效果[4]。具體來(lái)說(shuō)，我國(guó)無(wú)線傳感器并不能根據(jù)使用情況提供相應(yīng)的資源，很大程度上會(huì)影響工作質(zhì)量。并且由于傳感器硬件資源有限，導(dǎo)致存儲(chǔ)器的容量不足。但是從目前實(shí)際情況來(lái)看，我國(guó)相關(guān)的技術(shù)在快速發(fā)展，更多能耗較低，高度集成以及價(jià)格低廉的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)逐漸涌入了市場(chǎng)。

無(wú)中心自組織以及協(xié)作式的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，同樣也是它的一個(gè)特點(diǎn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間具備明顯差異[5]。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)通常設(shè)置在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)，不依賴(lài)其他設(shè)置設(shè)施，在節(jié)點(diǎn)上電之前，通過(guò)存儲(chǔ)在節(jié)點(diǎn)中的算法和協(xié)議進(jìn)行自我定位、自我配置和自我效能管理。借助拓?fù)淇刂茩C(jī)制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，自動(dòng)形成一個(gè)獨(dú)立的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)無(wú)中心的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，這些節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系是比較一致的，不同節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作可以在一定程度上加快信息傳輸，更加便捷。

節(jié)點(diǎn)數(shù)量的密集程度也是非常重要的，在大部分情況下，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的節(jié)點(diǎn)分布非常均勻，在傳感器工作的過(guò)程中，這些節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)休眠來(lái)延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命，從而使得傳感器工作效率提高。并且不同節(jié)點(diǎn)之間既相互關(guān)聯(lián)又相互獨(dú)立，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)被損壞那么其他節(jié)點(diǎn)并不會(huì)受到這個(gè)節(jié)點(diǎn)損壞的影響，這在一定程度上能夠使無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)更加安全可靠，具有的操作性更強(qiáng)，防破壞的能力也得到了提升。因此對(duì)單個(gè)節(jié)點(diǎn)的可靠性要求相對(duì)較低。而且無(wú)線傳感器具有一定的動(dòng)態(tài)特性，由于節(jié)點(diǎn)能量有限，會(huì)成為死節(jié)點(diǎn)或直接進(jìn)入休眠狀態(tài)[6]。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的自配置能力和較高的協(xié)調(diào)能力，不會(huì)影響或攻擊網(wǎng)絡(luò)信息采集。

靈活性比較高也是無(wú)線傳感器的一個(gè)顯著特征。在大多數(shù)情況下，傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)需要基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的支持，但無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以隨時(shí)隨地部署。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在不同的干預(yù)條件下不會(huì)發(fā)生故障，不需要人工干預(yù)，更適合惡劣的工作環(huán)境。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用無(wú)線傳輸技術(shù)，可以降低安裝成本。隨著無(wú)線傳感技術(shù)的有效發(fā)展，它的性價(jià)比會(huì)不斷提高，在未來(lái)的應(yīng)用范圍也會(huì)逐漸擴(kuò)大。

4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用分析

4.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用分析

由于無(wú)線傳感器設(shè)備可以快速部署，并且具有較高的隱藏性，在自治組織中也具有一定的優(yōu)勢(shì)，因此在軍事指揮和控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)目標(biāo)獲取等多系統(tǒng)建設(shè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)敵軍及裝備設(shè)施的詳細(xì)實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)監(jiān)控和管理戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，科學(xué)地評(píng)估戰(zhàn)場(chǎng)上的情況[7]。目前，戰(zhàn)爭(zhēng)的必要性是世界許多學(xué)術(shù)領(lǐng)域的主要研究目標(biāo)，西方國(guó)家也在開(kāi)展該領(lǐng)域的研究，未來(lái)我們計(jì)劃探索無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在戰(zhàn)爭(zhēng)中的作用和應(yīng)用，通過(guò)在戰(zhàn)場(chǎng)上科學(xué)部署各種無(wú)線傳感器快速地洞察戰(zhàn)事情況。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用消除了依賴(lài)于其他基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備的自配置功能的需要，其配置特征是非常明顯的，可以更加有利于適應(yīng)設(shè)備的變化和發(fā)展，并且還可以展開(kāi)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，靈活地反映任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的各種需求。

4.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用分析

由于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中意外事故多發(fā)，可見(jiàn)對(duì)于工廠的安全監(jiān)管監(jiān)測(cè)是十分必要的。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展不斷加快，當(dāng)前產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的發(fā)展也非常復(fù)雜，在當(dāng)下展開(kāi)監(jiān)測(cè)工作的難度也會(huì)隨之不斷增大。和傳統(tǒng)的有線型對(duì)比，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的部署是非常有效的[8]。因?yàn)闊o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的功耗相對(duì)比較低，而且傳輸速度不斷加快，構(gòu)建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)非常便捷。在構(gòu)建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上展開(kāi)工業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)，還可以實(shí)現(xiàn)定位以及安全警告等多方面的功能，使工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)安全性得到了進(jìn)一步保證。因此在當(dāng)下，應(yīng)對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所起到的作用以及具體應(yīng)用情況進(jìn)行更加深入的研究，只有這樣才能夠獲得更好的效果[9]。

4.3 擴(kuò)展無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍不應(yīng)受到限制。我們必須最大限度地利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。例如，我們可以將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)不同地區(qū)的土壤水分、pH值和光照條件，也可以應(yīng)用于監(jiān)測(cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖和林地利用情況[10]。

4.4 堅(jiān)持“尊重自然”的原則

在使用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，要盡可能減少人類(lèi)活動(dòng)對(duì)周?chē)匀画h(huán)境的不利影響，尤其是在生物多樣性非常豐富的云南省，很多生物種群對(duì)外界環(huán)境非常敏感，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性也很差，所以在使用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)時(shí)，一定要注意保護(hù)自然環(huán)境的完整性[11]。

4.5 重視信息安全

各種傳感器監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)和信息非常有價(jià)值，這些數(shù)據(jù)可以為制定更科學(xué)、更完善的環(huán)境管理計(jì)劃提供技術(shù)支持。但事實(shí)上，無(wú)線傳感器中的大量監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)仍存在較大的安全漏洞，犯罪分子可以利用這些漏洞對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行監(jiān)控。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們首先要做的就是不斷改進(jìn)和更新技術(shù)，尤其是要設(shè)計(jì)一個(gè)更靈活、更強(qiáng)大的密鑰管理方案。密鑰管理方案還必須高度適應(yīng)無(wú)線傳感器的有限資源。節(jié)點(diǎn)可以保證當(dāng)部分節(jié)點(diǎn)受到攻擊時(shí)，只有少數(shù)相鄰節(jié)點(diǎn)會(huì)受到影響，網(wǎng)絡(luò)的整體安全不會(huì)受到威脅[12]。

5 結(jié)語(yǔ)

總體來(lái)看，由于環(huán)境監(jiān)測(cè)中無(wú)線傳感器技術(shù)的協(xié)調(diào)發(fā)展與進(jìn)步，促進(jìn)了其在環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中的應(yīng)用格外廣泛，應(yīng)用范圍的不斷拓展，使得更多的人關(guān)注到了這些設(shè)備。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，為我們實(shí)現(xiàn)更高效的環(huán)境監(jiān)測(cè)創(chuàng)造了有利條件。許多環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的公司和機(jī)構(gòu)也發(fā)現(xiàn)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的巨大優(yōu)勢(shì)，并致力于將這種先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中。其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：可以快速地在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)；可對(duì)大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速采集、管理和分析，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)當(dāng)中的有效使用也能夠保證環(huán)保工作信息數(shù)據(jù)的獲取更加準(zhǔn)確，更加全面，使環(huán)境監(jiān)測(cè)的效率水平得到進(jìn)一步提升。因此在當(dāng)前一定要關(guān)注無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)當(dāng)中的實(shí)際應(yīng)用狀況，有效提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用水平[13]。