張俊蓮 史媛

摘要：無(wú)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(wú)線傳感器發(fā)展現(xiàn)狀，系統(tǒng)地討論了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前應(yīng)用領(lǐng)域和實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。

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

1 前言

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是由大量具有計(jì)算能力和無(wú)線通信能力的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無(wú)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(duì)象的信息，并將其提供給觀察者。與傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于功耗低、成本低、布局靈活、監(jiān)測(cè)精度高而得到了廣泛的應(yīng)用。

2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀

在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史中，美國(guó)是第一個(gè)從事無(wú)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(jì)算問(wèn)題，這種最先由軍事需要發(fā)展起來(lái)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在經(jīng)過(guò)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(dòng)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。對(duì)于我國(guó)而言，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展是比較晚的，但是我們國(guó)家對(duì)于無(wú)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(shí)間內(nèi)，我國(guó)在研究、應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)化方面已經(jīng)可以和國(guó)際的先進(jìn)水平相媲美，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到快速發(fā)展的同時(shí)，隨著“感知中國(guó)”計(jì)劃的提出，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于國(guó)家層面并且已經(jīng)進(jìn)入到戰(zhàn)略實(shí)施階段，這表明“感知中國(guó)”計(jì)劃的提出對(duì)中國(guó)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)起到了一定的促進(jìn)作用，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨著一個(gè)巨大的機(jī)遇。

3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

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

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)以無(wú)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(diǎn)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(duì)象的信息，并發(fā)送給用戶。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最基本的組成要素是傳感器節(jié)點(diǎn)，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(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)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(diǎn)能夠感知溫度、濕度、噪聲、移動(dòng)物體的大小、速度和方向等信息。處理單元負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作、存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)傳輸單元負(fù)責(zé)與其他傳感器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)各部件提供運(yùn)行所需的能量，通常采用微型電池。

3.2無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

無(wú)線傳感器中的節(jié)點(diǎn)所收集到的有用消息經(jīng)過(guò)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(biāo)用戶供其使用，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)構(gòu)架包括分布式的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)組、匯集的主節(jié)點(diǎn)、傳輸媒質(zhì)以及客戶端。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)里面的節(jié)點(diǎn)通常都是采用人工安裝、飛行器拋撒等方法達(dá)到讓無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)隨意分散在待監(jiān)測(cè)的地方。把傳感網(wǎng)絡(luò)當(dāng)做中心，在傳感網(wǎng)絡(luò)的感知區(qū)域里面，許多無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)用無(wú)線自組網(wǎng)的形式來(lái)進(jìn)行通信，其中所有的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)都可以作為一個(gè)路由器，另外所有的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)都有著具備動(dòng)態(tài)搜索、實(shí)時(shí)定位以及自主恢復(fù)聯(lián)接的能力，無(wú)線傳感器的節(jié)點(diǎn)會(huì)把它監(jiān)測(cè)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(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用

4.1國(guó)防軍事領(lǐng)域

在軍事作戰(zhàn)中，通過(guò)飛機(jī)空投等方式，將大量微型的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)任意散布在預(yù)定檢測(cè)區(qū)域，這些節(jié)點(diǎn)可以監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境的變化，以及對(duì)方發(fā)射炮彈等武器的微觀數(shù)據(jù)，由此確定戰(zhàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。此外，由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有可快速部署、分布隨機(jī)、可自組織、適應(yīng)惡劣環(huán)境、隱蔽性強(qiáng)和高容錯(cuò)等特點(diǎn)，它能實(shí)現(xiàn)對(duì)敵軍兵力部署和裝備的監(jiān)控、目標(biāo)的定位、戰(zhàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視、戰(zhàn)場(chǎng)評(píng)估等功能，可以有效降低傳統(tǒng)的靠偵查兵收集情報(bào)所造成的犧牲。同時(shí)，當(dāng)部分傳感器失效后，無(wú)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(cè)和獲取敵軍情報(bào)、有效監(jiān)控戰(zhàn)場(chǎng)上的實(shí)時(shí)狀態(tài)方面引起了廣泛的關(guān)注。

4.2醫(yī)療健康

無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)體積小并采用無(wú)線通信技術(shù)，與固定的醫(yī)療設(shè)備相比具有可攜帶、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、功耗低、可定位等優(yōu)點(diǎn)，可以為遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)、急救、病因診斷、醫(yī)療設(shè)備追蹤、藥物管理、醫(yī)生護(hù)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(guò)給病人佩戴專用的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，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(qiáng)度等）等，對(duì)病情進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這類醫(yī)療傳感器系統(tǒng)穩(wěn)定，出錯(cuò)率低、微型，便于攜帶，總之，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(cè)方式采用人工監(jiān)測(cè)，耗費(fèi)了大量的人力物力，卻很難保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則為環(huán)境監(jiān)測(cè)帶來(lái)了極大的便利。比如在溫室大棚中就可以利用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)棚內(nèi)溫度、土壤濕度、光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)無(wú)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(cè)

近些年來(lái)，災(zāi)害預(yù)測(cè)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，但由于覆蓋范圍廣，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)量數(shù)據(jù)多等特點(diǎn)使得災(zāi)害預(yù)測(cè)十分困難。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由于其容量大，壽命長(zhǎng)和可定制應(yīng)用等特點(diǎn)很好的解決了災(zāi)害預(yù)測(cè)中的困難，如在森林防火中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)就可以大范圍的覆蓋整個(gè)森林，并對(duì)溫度、煙霧等信息進(jìn)行采集，以防止火險(xiǎn)發(fā)生，在災(zāi)害發(fā)生后，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)也可提供起火點(diǎn)、火場(chǎng)溫度、過(guò)火面積等數(shù)據(jù)來(lái)幫助救援人員實(shí)現(xiàn)有效救援。

5 總結(jié)

無(wú)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(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線通信模塊加大注意力，以此實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器與國(guó)家軍事、環(huán)境、醫(yī)療、城市交通管理等方面的對(duì)接，從而更好地服務(wù)于人類，促進(jìn)人類的進(jìn)步。

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