無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用趨勢探討

黃科技

（鎮(zhèn)江技師學(xué)院,江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)改善了人類的生活與工作方式，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展具有重要意義。為了進(jìn)一步提升物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用效果，要加強(qiáng)對(duì)多種先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，其中包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過提升數(shù)據(jù)采集質(zhì)量與效率，達(dá)到全面監(jiān)控與管理的目的。

1 概念介紹

1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是指在一定區(qū)域范圍內(nèi)，根據(jù)實(shí)際需求，部署一定數(shù)量與相應(yīng)類型的傳感器元件，以此構(gòu)建出一個(gè)對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行全面監(jiān)測與掃描的網(wǎng)絡(luò)。在該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，由于傳感器數(shù)量眾多，且這些傳感器具有不同的功能，可全面采集區(qū)域內(nèi)部各方面信息，將這些信息傳輸給控制系統(tǒng)后，可通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析，得到更加真實(shí)、準(zhǔn)確的結(jié)論，以此為區(qū)域管理提供幫助[1]。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)概述

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，催生出了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并被廣泛應(yīng)用到社會(huì)各個(gè)方面。所謂的物聯(lián)網(wǎng)，可從字面上進(jìn)行解釋，即將物與物有效連接到一起。物聯(lián)網(wǎng)的專業(yè)定義為：利用射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、GPS系統(tǒng)等技術(shù)與工具，將實(shí)物與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接，以此促進(jìn)兩者間信息的交換與傳輸，為提升實(shí)物的監(jiān)測、管理效果提供支持。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的重要性

在社會(huì)迅猛發(fā)展的今天，社會(huì)各界對(duì)生產(chǎn)、服務(wù)工作提出了更高的要求，只有確保生產(chǎn)與服務(wù)工作符合要求，才能推動(dòng)現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。在這一背景下，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用深入各個(gè)領(lǐng)域，并取得了良好的效果，促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展。然而對(duì)現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來說，如檢測范圍較窄，監(jiān)測指標(biāo)較為單一等，在一定程度上影響了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用效果[2]。應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可有效改善這一問題。

3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的具體應(yīng)用

3.1 在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)存在諸多優(yōu)勢，如能夠快速隨機(jī)地捕捉、自組織性強(qiáng)、隱秘性能良好且容錯(cuò)率非常高，正是這些優(yōu)勢的存在，使其在惡劣環(huán)境中也能夠發(fā)揮出較大的作用，所以在軍事領(lǐng)域越來越被重視。具體應(yīng)用時(shí)，以無線傳感器技術(shù)為依托，結(jié)合區(qū)域監(jiān)測的實(shí)際需求，確定出適當(dāng)數(shù)量的監(jiān)測點(diǎn)，然后以此為基礎(chǔ)，利用軍用飛機(jī)、火炮等工具，將這些傳感器投放到該區(qū)域內(nèi)，以此對(duì)整個(gè)區(qū)域內(nèi)部環(huán)境予以檢測。為了確保采集數(shù)據(jù)的全面性，應(yīng)采用多種不同類型的傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、聲音傳感器等[3]。這些傳感器采集到現(xiàn)場信息后，利用衛(wèi)星、無線網(wǎng)絡(luò)等方法，快速準(zhǔn)確地傳輸給操作中心，操作中心對(duì)這些數(shù)據(jù)予以分析，從而得到現(xiàn)場具體信息，從而判斷對(duì)方的實(shí)力情況，確定各個(gè)目標(biāo)的具體位置，為本方進(jìn)攻或防守方案的制定提供支持。

3.2 在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

工業(yè)是社會(huì)發(fā)展的重要組成部分，工業(yè)的發(fā)展直接關(guān)系到整個(gè)社會(huì)的發(fā)展。在工業(yè)發(fā)展過程中，人們也大量應(yīng)用了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如監(jiān)測工業(yè)現(xiàn)場的安全性，監(jiān)控工業(yè)產(chǎn)品的制造質(zhì)量，對(duì)材料、產(chǎn)品現(xiàn)場環(huán)境予以全面監(jiān)控等。應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可有效提升工業(yè)生產(chǎn)的安全性與質(zhì)量，有利于工業(yè)領(lǐng)域向著更好的方向發(fā)展。近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)與微電子技術(shù)等呈現(xiàn)出迅猛發(fā)展的態(tài)勢，在這些技術(shù)共同作用下，工業(yè)通信技術(shù)向著智能化與規(guī)?；姆较虬l(fā)展[4]。煤炭開采、電力等行業(yè)在運(yùn)行時(shí)，由于內(nèi)部存在較大的安全隱患，且這些安全隱患會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡，因此對(duì)現(xiàn)場安全性具有更高的要求。如果依然采用傳統(tǒng)監(jiān)控手段，就不僅需要投入大量的安全管理成本，還難以及時(shí)判斷出安全隱患。應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠全面采集到現(xiàn)場的溫度、濕度、煙氣等信息，通過對(duì)這些信息的分析，判斷工作現(xiàn)場是否存在安全隱患，并針對(duì)監(jiān)測結(jié)果采取相應(yīng)的處理方案。

3.3 在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)是社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著我國農(nóng)業(yè)科技的快速發(fā)展，人們對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用也越來越頻繁，如全面檢測農(nóng)田周圍環(huán)境的溫度、雨水量、土質(zhì)條件等。通過對(duì)土壤結(jié)構(gòu)成分的檢測與分析，可判斷土壤營養(yǎng)成分是否符合農(nóng)作物的生長需求；通過對(duì)周圍環(huán)境雨水情況的檢測，可判斷雨水是否符合作物生產(chǎn)情況等；通過對(duì)農(nóng)作物的檢測，可判斷農(nóng)作物的生長情況，包括是否出現(xiàn)病蟲害等。2002年，英特爾公司在美國俄勒岡建立了全球第一家無線葡萄園，該葡萄園內(nèi)全部由無線傳感器對(duì)園內(nèi)情況進(jìn)行監(jiān)控，并通過傳感器的檢測結(jié)果，對(duì)整個(gè)葡萄進(jìn)行自動(dòng)化管理。相對(duì)于傳統(tǒng)果園管理手段來說，該管理方法更加智能化與精準(zhǔn)化，使葡萄產(chǎn)量與質(zhì)量大大提升。我國在智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)過程中，也開始大力推廣與應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以轉(zhuǎn)變我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展滯后的問題。如在“十一五”規(guī)劃期間，我國一科研單位研發(fā)出了一款“西北優(yōu)勢農(nóng)作物生產(chǎn)精準(zhǔn)管理系統(tǒng)”，該系統(tǒng)能夠?qū)ξ鞑康貐^(qū)特色農(nóng)作物的生長狀況與天氣環(huán)境等予以全面檢測，以此提升西部地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量與效率。

3.4 在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用

目前，我國人口老齡化問題日益凸顯。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，2021年我國老年人增長了48萬，達(dá)到了2.67億，占總?cè)丝跀?shù)量的18.9%。對(duì)于老年人來說，由于其身體狀況較差，很容易引起一些突發(fā)疾病，如果未能及早治療，就會(huì)對(duì)老年人的生命健康造成較大危害。在看護(hù)老年人時(shí)，如果采用人工看護(hù)，就會(huì)增加家庭支出，很多家庭難以承擔(dān)，且一部分疾病較為隱秘，人工在看護(hù)過程中很難直接、準(zhǔn)確地判斷，導(dǎo)致老年人在出現(xiàn)疾病后未能第一時(shí)間被發(fā)現(xiàn)。在這一背景下，醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域逐漸以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，開發(fā)了很多用于老年人醫(yī)療護(hù)理的儀器與設(shè)備，通過對(duì)這些儀器與設(shè)備的應(yīng)用，可實(shí)時(shí)采集老人的體溫、血壓、呼吸頻率等數(shù)據(jù)。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)信息的監(jiān)測，可較為準(zhǔn)確地判斷老年人的身體狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)老年人的病情。與此同時(shí)，將這些數(shù)據(jù)整理與分析后，還可為藥品的研發(fā)提供支持。

3.5 在智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域包含很多方面，智能家居是其中較重要且是現(xiàn)代重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一。從根本上來說，智能家居就是高科技的家庭自動(dòng)化系統(tǒng)，在對(duì)家庭電器設(shè)備進(jìn)行控制與管理時(shí)，采用了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化控制、遠(yuǎn)程控制等諸多先進(jìn)技術(shù)，針對(duì)不同用戶的具體需求，采用相應(yīng)的方式予以管理，在保證家庭環(huán)境更加舒適的基礎(chǔ)上，提升了電器設(shè)備管理的便捷性與安全性，以此為居民用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。為了達(dá)到這一目的，需要準(zhǔn)確了解室內(nèi)環(huán)境的具體情況，包括溫度與濕度的高低、室內(nèi)亮度的強(qiáng)弱等。這些信息的采集需要通過各種類型的傳感器完成[5]。

應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，用戶在戶外撥通家庭電話時(shí)，客廳內(nèi)電話接口模塊根據(jù)振鈴次數(shù)決定是否摘機(jī)，若判定為摘機(jī)，該模塊通過語音反饋到戶外電話，提示用戶輸入系統(tǒng)操作密碼；待輸入的密碼得到確認(rèn)后，用戶獲取智能家居系統(tǒng)執(zhí)行權(quán)，在語音提示下，分別對(duì)家用電器進(jìn)行控制。戶外控制信息經(jīng)過電話接口模塊進(jìn)入家庭以太網(wǎng)，并發(fā)送到分布在家庭內(nèi)部的各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)分析控制信息，判斷是否為發(fā)送到本地的信息以及是否需要執(zhí)行相關(guān)操作。例如用戶在下班回家途中，撥通家庭電話，輸入正確密碼后，在語音提示下有選擇地打開衛(wèi)生間內(nèi)的熱水器（操作由衛(wèi)生間內(nèi)自動(dòng)控制模塊執(zhí)行），打開客廳內(nèi)的電燈（操作由客廳內(nèi)自動(dòng)控制模塊執(zhí)行），再打開廚房內(nèi)的電飯鍋，開始煮飯（操作由廚房內(nèi)自動(dòng)控制模塊執(zhí)行）。

3.6 在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

在經(jīng)濟(jì)迅猛增長的同時(shí)，環(huán)境破壞問題日益加劇，嚴(yán)重影響社會(huì)和諧穩(wěn)定發(fā)展，威脅人類的生活和生存。隨著人們生活水平的逐漸提升，人類對(duì)生態(tài)環(huán)境越來越重視，對(duì)自然環(huán)境的保護(hù)力度也在不斷加強(qiáng)。國內(nèi)外環(huán)保部門在開展環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)工作時(shí)，應(yīng)用了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其中，較為常見的是生物傳感器，通過應(yīng)用該類型傳感器，可檢測自然空氣中的SO2等有害氣體，及時(shí)發(fā)現(xiàn)SO2超標(biāo)的問題，并尋找出引發(fā)該問題的主要原因，制定出相應(yīng)的處理方案，以降低空氣中SO2的含量，加強(qiáng)對(duì)酸雨的預(yù)防。傳統(tǒng)檢測方法操作非常煩瑣，檢測效率也不高。采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，只需要將亞細(xì)胞類脂類固定到醋酸纖維膜上，并與氧電極制成安配型生物傳感器，即可直接對(duì)SO2予以檢測，操作非常簡單。

3.7 在智能交通領(lǐng)域的應(yīng)用

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還被應(yīng)用于智能交通領(lǐng)域。近年來，隨著私家車數(shù)量的不斷提升，城市交通壓力逐漸變大，交通擁擠的問題突出。如果按照傳統(tǒng)的方式由交警對(duì)擁堵區(qū)域的車輛進(jìn)行疏導(dǎo)，不僅需要大量時(shí)間，疏導(dǎo)效果也不是很理想。在交通領(lǐng)域應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以自動(dòng)監(jiān)測道路各個(gè)區(qū)段的車流量情況，并將這一情況傳輸給車輛駕駛者，由駕駛?cè)藛T根據(jù)各街道的車流量信息，確定最佳行駛路線，以免出現(xiàn)交通堵塞的問題。在現(xiàn)代交通領(lǐng)域，以傳統(tǒng)交通體系為基礎(chǔ)，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)出了智能交通系統(tǒng)（ITS），以此對(duì)交通運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行檢測。其中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于信息的采集、傳輸、策略控制輸出傳輸?shù)榷囗?xiàng)工作，通過應(yīng)用該系統(tǒng)，為車輛速度控制、停車管理等提供有力支持。

3.8 在特殊環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用

在一些特殊環(huán)境當(dāng)中，也對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了應(yīng)用。在開發(fā)無線溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，以PIC單片機(jī)為核心，選擇集成濕度傳感器與數(shù)字溫度傳感器設(shè)計(jì)出溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件電路，并以此為基礎(chǔ)，在無線收發(fā)元件的作用下，完成與控制中心通信的操作，在保證對(duì)特殊環(huán)境全面檢測的同時(shí)，減少能源的消耗，提升通信的安全性與穩(wěn)定性，為現(xiàn)代社會(huì)更好地發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。如在運(yùn)輸與存儲(chǔ)硫酸、天然氣等物品時(shí)，由于這些物品具有較高的危險(xiǎn)性，很容易出現(xiàn)燃燒、爆炸等問題，不但會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且還會(huì)對(duì)工作人員的人身安全造成較大危害，而應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可有效避免這一情況的發(fā)生。在物品存儲(chǔ)或運(yùn)輸工具上安裝溫度、濕度等傳感器，通過該傳感器采集存儲(chǔ)或運(yùn)輸場所的各方面信息，進(jìn)而以此為基礎(chǔ)，對(duì)整個(gè)環(huán)境予以全面分析，當(dāng)周邊溫度、濕度超過預(yù)設(shè)值，或是存儲(chǔ)、運(yùn)輸工具出現(xiàn)損傷后，監(jiān)測系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)這一問題，并向相關(guān)人員發(fā)出警報(bào)，然后由工作人員予以處理，使得問題被及時(shí)解決，防止問題進(jìn)一步擴(kuò)大而造成嚴(yán)重的安全事故。

4 物聯(lián)網(wǎng)中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 在智能建筑領(lǐng)域

近年來，商業(yè)房地產(chǎn)行業(yè)已注重運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)和智能建筑技術(shù)為人們提供更加良好的服務(wù)。特別是在新型冠狀病毒肺炎疫情頻繁出現(xiàn)的今天，通過應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，能夠加強(qiáng)對(duì)環(huán)境的管理。例如，在辦公室、酒店等公共區(qū)域，安裝大量傳感器節(jié)點(diǎn)，通過這些傳感器對(duì)人員予以追蹤，顯示區(qū)域內(nèi)的人員數(shù)量，以此判斷過度使用與為充分使用區(qū)域，從而為清潔服務(wù)提供便利，保證人員間的安全距離。

4.2 在醫(yī)療保健領(lǐng)域

新型冠狀病毒肺炎疫情的暴發(fā)，給醫(yī)療保健業(yè)帶來了巨大壓力。在這一背景下，醫(yī)療領(lǐng)域加強(qiáng)對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，可提升服務(wù)效率，強(qiáng)化供應(yīng)鏈管理，并有效控制醫(yī)療機(jī)構(gòu)運(yùn)營成本。例如，部分醫(yī)院正在研發(fā)無線跟蹤解決方案和實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)構(gòu)建出醫(yī)療資源的動(dòng)態(tài)影像，以加強(qiáng)對(duì)醫(yī)院資產(chǎn)的管理。通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的應(yīng)用，可指導(dǎo)患者居家用藥；通過睡眠監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠自動(dòng)監(jiān)測患者的心率、血壓等情況，以指導(dǎo)患者健康睡眠；通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測患者血糖水平，對(duì)患者血糖進(jìn)行控制等。應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)能為相關(guān)人員提供患者、醫(yī)護(hù)人員、醫(yī)療器械等方面的大數(shù)據(jù)信息，不但能夠提升醫(yī)療護(hù)理質(zhì)量，而且還能為整個(gè)醫(yī)療結(jié)構(gòu)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4.3 在制造業(yè)領(lǐng)域

現(xiàn)代制造業(yè)雖然應(yīng)用了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)等，但是在工作現(xiàn)場依然需要人員進(jìn)行管理，智能化水平并不是很高。新型冠狀病毒肺炎疫情的暴發(fā)大大限制了人員的行為，對(duì)制造業(yè)正常發(fā)展與運(yùn)營造成較大干擾。所以，在未來發(fā)展過程中，制造業(yè)應(yīng)在現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，進(jìn)一步提升整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的智能化水平，減少人員在現(xiàn)場的工作，人員可通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)場環(huán)境、設(shè)備予以監(jiān)控，并通過智能化控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程對(duì)整個(gè)工作場所進(jìn)行控制，以保證生產(chǎn)制作工作順利開展。

4.4 在石油、天然氣領(lǐng)域

石油與天然氣公司以先進(jìn)的無線連接與低成本傳感器為核心，加強(qiáng)對(duì)數(shù)字化管理系統(tǒng)的建設(shè)，以進(jìn)一步提升整個(gè)行業(yè)的發(fā)展速度與質(zhì)量。如在偏遠(yuǎn)的地區(qū)，安裝大量的無線傳感器節(jié)點(diǎn)，以檢測這些區(qū)域的具體情況，從而保證整個(gè)石油、天然氣領(lǐng)域的安全運(yùn)行。

4.5 在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

面對(duì)世界人口的爆發(fā)式增長和自然資源的減少，以及日益嚴(yán)重的極端氣候事件的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，農(nóng)業(yè)部門面臨極大壓力。為了在最大限度減少資源使用的同時(shí)提高產(chǎn)量，全球農(nóng)民正轉(zhuǎn)向物聯(lián)網(wǎng)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)踐。通過合并數(shù)據(jù)源和使用物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，農(nóng)場活動(dòng)每公頃可產(chǎn)生約10萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。這些數(shù)據(jù)正被轉(zhuǎn)化為可操作的知識(shí)，使農(nóng)民能夠以較少的資源（如每公頃肥料、水和能源）獲得穩(wěn)定且更高的產(chǎn)量。最終，這將帶來更高的盈利能力和長期可持續(xù)性。

5 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)加快了人們對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，使其覆蓋到人類生活、社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域，可提升各個(gè)領(lǐng)域的監(jiān)測、控制與管理效果，使各項(xiàng)工作有序開展，從而推動(dòng)現(xiàn)代社會(huì)向著更好的方向發(fā)展。