宗葉平

（江蘇省蘇力環(huán)境科技有限責(zé)任公司 江蘇南京 211500）

引言

隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、無線傳感技術(shù)迅猛發(fā)展的趨勢下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)獲得了極其廣泛的應(yīng)用前景，如：空間探測、國防軍事、工農(nóng)業(yè)、醫(yī)療護理、智能家居、危急救援等，并引入到動態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，引發(fā)了人們極大的關(guān)注，相較于傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)而言，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以利用其微型無線傳感器節(jié)點，探測和感知環(huán)境信息，對監(jiān)測區(qū)域進行快速部署和監(jiān)測，適用于環(huán)境惡劣的被監(jiān)測環(huán)境之中，具有極強的信噪比和容錯能力，能夠利用分布式信息處理大量的采集數(shù)據(jù)，并對其進行智能化處理和分析，極大的提升數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)度。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括固定、移動的傳感器節(jié)點和多跳自組織的無線網(wǎng)絡(luò)，整合和集成信息感知、無線通信、數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實現(xiàn)對被監(jiān)測區(qū)域的信息感知、數(shù)據(jù)處理和傳輸，滿足和響應(yīng)不同應(yīng)用程序或用戶的實際需求，并能夠較好地延長網(wǎng)絡(luò)使用壽命。對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的相關(guān)指標(biāo)，主要涵蓋以下方面：網(wǎng)絡(luò)的能耗；網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時間；網(wǎng)絡(luò)工作壽命；網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍；網(wǎng)絡(luò)感知精度；容錯性等，對這些指標(biāo)要進行綜合、統(tǒng)一的考慮，使之具有科學(xué)合理性。

面向動態(tài)環(huán)境的監(jiān)測存在正常狀態(tài)和異常狀態(tài)，為此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用不僅要進行周期性的數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理，還要能夠?qū)Ξ惓顟B(tài)或事件進行及時、動態(tài)的預(yù)警和提示，這就需要引入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)DEM-WSN，利用其多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)通信方式，實現(xiàn)對環(huán)境中的溫度、濕度、光照、壓力、電磁場、振動等內(nèi)容的監(jiān)測，并判斷和提示異常狀態(tài)或事件。它表現(xiàn)為以下方面的主要特征：（1）極高的能量管理要求。動態(tài)環(huán)境存在各種不確定性、隨機性、突發(fā)性的復(fù)雜情形，系統(tǒng)必須持續(xù)不間斷地進行監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集和傳輸，要消耗極大的能量，這就對系統(tǒng)提出了極高的能量管理要求。（2）實現(xiàn)事件檢測。面向動態(tài)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)要對監(jiān)測環(huán)境的異常狀態(tài)進行判斷、分析和檢測，確保原始數(shù)據(jù)的真實可信性。（3）實時性。動態(tài)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須實現(xiàn)及時、遠(yuǎn)程、實時的動態(tài)監(jiān)測和控制，將異常事件引發(fā)的損失降低到最小。

2 面向動態(tài)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

動態(tài)環(huán)境監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)表現(xiàn)出不確定性的特點，系統(tǒng)中的WSN數(shù)據(jù)會受到諸多因素的影響存在部分缺失、模糊、夾雜噪音等問題，導(dǎo)致WSN數(shù)據(jù)出現(xiàn)不確定性的因素主要包括有傳感噪聲、傳感誤差、傳輸錯誤、時空偏移等。另外，還存在因非法入侵、惡意攻擊而出現(xiàn)的錯誤、無效的數(shù)據(jù)，使WSN數(shù)據(jù)出現(xiàn)非信任性的特點。為此，要重點分析和把握面向動態(tài)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)，提高環(huán)境監(jiān)測的效率和安全性：

2.1 容錯數(shù)據(jù)估計

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于動態(tài)環(huán)境監(jiān)測的復(fù)雜環(huán)境之中，會受到諸多因素的限制和影響，如：傳感器節(jié)點自身的體積、成本、溫度、濕度、電磁場、噪音等，導(dǎo)致其對環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理能力受到約束，會出現(xiàn)難以避免的節(jié)點失效性和數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，如果對這些數(shù)據(jù)缺失、異常的現(xiàn)象不進行及時的處理，就無法進行數(shù)據(jù)處理。傳統(tǒng)的直接刪除或忽略的數(shù)據(jù)處理方法存在一定的缺陷，因而可以考慮采用更為有效的數(shù)據(jù)處理方法，如：快速便捷的基于最近鄰居的缺失值估計算法；基于貝葉斯公式估計方法等，它們充分考慮數(shù)據(jù)的內(nèi)在屬性及相互關(guān)聯(lián)性，較好地實現(xiàn)對缺失數(shù)據(jù)的估計和處理。

2.2 定位技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常應(yīng)用于復(fù)雜、惡劣的環(huán)境之中，其節(jié)點位置是隨機、不確定的，為此，要對無線傳感器的節(jié)點進行準(zhǔn)確的定位，相關(guān)的定位技術(shù)包括有：（1）全球定位系統(tǒng)（GPS）。它是應(yīng)用相對成熟和普遍的技術(shù)，應(yīng)用優(yōu)勢在于精度高、抗干擾能力強；然而應(yīng)用缺陷在于受限于傳感器節(jié)點處理能力、存儲及通信能力，不適于數(shù)量龐大、能源有限的傳感器節(jié)點應(yīng)用。（2）機器定位技術(shù)。這是利用無線傳感器節(jié)點與機器人節(jié)點的相似性，而進行準(zhǔn)確的定位，然而其缺陷在于機器人節(jié)點分布松散，不適宜直接應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)定位之中。（3）節(jié)點定位算法。它主要包括有無需測距的定位技術(shù)和基于測距的定位技術(shù)，由于無需測距的定位技術(shù)抗干擾性強、成本較低、精度高，因而是當(dāng)前主要的定位技術(shù)。

2.3 事件感知與收集

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)環(huán)境監(jiān)測可以通過查詢、定時上報、事件觸發(fā)等不同模式，進行事件的感知和收集，但是，在應(yīng)用中要充分考慮不同的時空特點、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、能量消耗等，并設(shè)置高度靈活、動態(tài)的數(shù)據(jù)信息分發(fā)、收集、處理機制。

結(jié)語

要重視面向動態(tài)環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的特點，采用適宜的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)，較好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步協(xié)同處理。