秦洪浪

陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院航空工程學(xué)院，陜西 咸陽 712000

互聯(lián)網(wǎng)時代，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用極大地改善了人們的生活。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)感知層收集信息的關(guān)鍵技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、居家、交通、軍事等領(lǐng)域[1]。物聯(lián)網(wǎng)感知層最關(guān)鍵的技術(shù)就是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的基石。

1 對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的理解

1.1 對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的理解

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)涉及傳感器技術(shù)、嵌入式芯片技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，通過許多微型傳感器來有效感知外部環(huán)境，進(jìn)而采集、分析和處理數(shù)據(jù)。它最大的特征是感知，傳感器是其主要的工具。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已被很多國家運(yùn)用，且應(yīng)用范圍在逐漸擴(kuò)大，預(yù)計(jì)在未來的城市規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測等方面會發(fā)揮更大的作用。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由以下三部分結(jié)構(gòu)組成。（1）傳感器節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)數(shù)量巨大，將這些不同的傳感器節(jié)點(diǎn)串聯(lián)起來，就構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)。（2）匯集節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)主要匯集由傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的信息，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)信息的歸納匯總。（3）管理節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)收集匯集節(jié)點(diǎn)匯總的信息，工作人員可根據(jù)管理節(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.2 對物聯(lián)網(wǎng)的理解

物聯(lián)網(wǎng)，通俗來講，就是將物與物相連在一起的一種互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)指的是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過各種傳感設(shè)備（控制設(shè)備、通信設(shè)備等）來感知和采集信息，并將信息傳入互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而形成一個依托于互聯(lián)網(wǎng)的“物物相連”的網(wǎng)絡(luò)，促使信息向智能化、遠(yuǎn)程控制的方向發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)主要由3 部分構(gòu)成：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。它主要有以下3 點(diǎn)特征，①獲取信息量大且范圍廣：物聯(lián)網(wǎng)主要通過與物體連接的傳感器來獲取信息，并傳播擴(kuò)散數(shù)據(jù)；②網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全、穩(wěn)定：物聯(lián)網(wǎng)需要準(zhǔn)確傳遞海量信息，這就需要物聯(lián)網(wǎng)具有穩(wěn)定、安全的運(yùn)行能力；③處理信息集中化，更加全面：物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用云計(jì)算集中分析和處理海量數(shù)據(jù)，人們根據(jù)分析報告對設(shè)備發(fā)布指令，對物體實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控[2]。

2 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中，網(wǎng)絡(luò)通信需要依靠一定的協(xié)議，若沒有這樣的協(xié)議，就會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信無規(guī)律可循，很難傳輸和轉(zhuǎn)換信息，進(jìn)而阻礙了網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展。因此，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議不可缺少。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)通信需依賴不同的協(xié)議規(guī)則來進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取與傳遞。例如借助路由協(xié)議來傳輸整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信息，進(jìn)而適應(yīng)多元化物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

2.2 數(shù)據(jù)融合技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)融合與控制數(shù)據(jù)時，需要借助數(shù)據(jù)融合技術(shù)。為有效配置資源，可通過節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)資源配置，進(jìn)而保證數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可融合控制對象不同節(jié)點(diǎn)的傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸效果最大化，以滿足用戶的實(shí)際需求。節(jié)點(diǎn)成本較低，所以，可直接運(yùn)用節(jié)點(diǎn)融合數(shù)據(jù)，以便去除無用信息，進(jìn)而確保數(shù)據(jù)傳輸更加快捷、順利。

2.3 網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采集包含時間、空間的數(shù)據(jù)信息才是有意義的數(shù)據(jù)，而一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有海量密集型節(jié)點(diǎn)，甚至移動節(jié)點(diǎn)，這就需要準(zhǔn)確定位無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息節(jié)點(diǎn)。常見的網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)是GPS，但由于GPS 應(yīng)用范圍窄，主要應(yīng)用于專有客戶端。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)耗能低，能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般運(yùn)用非測距定位與測距定位法來鎖定目標(biāo)位置。不過這兩種定位方式各有利弊，GPS 成本高，定位準(zhǔn)確；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)成本低，定位精確度遠(yuǎn)遜于GPS。

2.4 路由安全

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容易被病毒惡意入侵，一旦其中的某些節(jié)點(diǎn)被病毒入侵，就有可能出現(xiàn)破壞網(wǎng)絡(luò)的行為，例如，停止數(shù)據(jù)信息采集或信息傳遞，信息數(shù)據(jù)被盜取，甚至攻擊網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等。這就需要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必須將路由協(xié)議的穩(wěn)定性、安全性考慮在內(nèi)，采用定期殺毒、加密、系統(tǒng)修復(fù)等措施，確保網(wǎng)絡(luò)不容易受到侵害，順利運(yùn)行。

2.5 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂?/h3>

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂七B接網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備的物理布局，促使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的所有點(diǎn)都實(shí)現(xiàn)有序銜接。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而提高信息傳輸效率。為確保網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜侠恚衫脗鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)去除線路中的冗余部分，實(shí)現(xiàn)傳輸質(zhì)量最佳化；還要有效控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)量，以便無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠順利運(yùn)行。

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

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能在特殊環(huán)境中采集、處理、傳遞信號信息，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛[3-5]。

3.1 軍事領(lǐng)域中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有隱蔽性強(qiáng)、可自組織、高容錯性等特征，有助于傳感器在危險的戰(zhàn)場環(huán)境中發(fā)揮作用。在軍事領(lǐng)域中，運(yùn)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的海量傳感器節(jié)點(diǎn)，通過火炮、飛機(jī)等發(fā)射裝置投放于待監(jiān)測區(qū)域。首先采集傳感器節(jié)點(diǎn)周邊環(huán)境的聲音、溫度、磁場、濕度等信息；其次傳感器自組織網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)用衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)等通信方式，將信息傳輸至信息中心，進(jìn)而對敵軍裝備與兵力進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，對戰(zhàn)場進(jìn)行評估，并對敵方的攻擊進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，有效提高軍隊(duì)作戰(zhàn)成功效率。

3.2 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有可密集分布、部署簡捷、通信方便等優(yōu)勢，可在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中實(shí)時監(jiān)測土壤環(huán)境狀況、牲畜環(huán)境狀況、農(nóng)作物生長情況、大面積地表特征等。此外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合成熟的GPS 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可建立動態(tài)實(shí)時管理平臺，通過無線傳感器監(jiān)測農(nóng)作物生長環(huán)境，分析農(nóng)作物質(zhì)量與生長環(huán)境之間的關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智能耕種的目的。

3.3 醫(yī)療護(hù)理領(lǐng)域中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)階段，人口老齡化現(xiàn)象逐漸明顯，對患者的醫(yī)療護(hù)理成為亟須解決的問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在醫(yī)療護(hù)理領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。醫(yī)生可將各種傳感器安放在患者身上，以便實(shí)時檢測與采集患者的生理信息，如血壓、呼吸、體溫等，這樣既能夠?qū)崟r了解患者的病情發(fā)展情況，又能夠?qū)⒉杉纳硇畔⒆鳛樗幤费邪l(fā)的參考資料。除此之外，醫(yī)生還可以將多個傳感器節(jié)點(diǎn)安裝在患者居住的環(huán)境中，進(jìn)而實(shí)時對患者的活動狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，以便患者出現(xiàn)問題時及時給予幫助。

3.4 智能家居領(lǐng)域中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

智能家居在家庭中運(yùn)用高科技的自動化系統(tǒng)，它融合了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動化控制系統(tǒng)，對家庭中的電子產(chǎn)品進(jìn)行遠(yuǎn)程自動化控制，實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能，提升家居的便捷性、舒適性。然而，智能家居中遠(yuǎn)程控制所需的信息，均由無線傳感器節(jié)點(diǎn)來傳遞，例如，安防系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測信息的傳遞，均需要無線傳感器節(jié)點(diǎn)提供家庭環(huán)境的溫度、濕度等信息。因此，在每一個智能家居設(shè)備中，均配備相關(guān)的傳感器節(jié)點(diǎn)，利用這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的自組織互連，來達(dá)到家居設(shè)備互連的目的，進(jìn)而更好地控制信息，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)家居生活的智能化。

3.5 智能交通中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

隨著人們生活質(zhì)量的提高，私家車數(shù)量日益增多，再加上物流行業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的交通系統(tǒng)已經(jīng)過時，智能交通應(yīng)運(yùn)而生。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能對交通狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。通過在路面安置傳感器來監(jiān)測車輛，并集中分析路況，對每個路段的車流量進(jìn)行測算，進(jìn)而為出行者提供最佳出行路線，以便減少交通擁堵，提高交通管理效率。

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

目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還有很多不完善的地方，需要進(jìn)一步深入研究并改善，它的突破性研究將極大地推動物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

4.1 多宿主的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，為了提升物聯(lián)網(wǎng)的魯棒性，可嘗試運(yùn)用多宿主的網(wǎng)絡(luò)傳輸。它能夠?qū)⒉煌瑐鞲衅鞑杉男畔⑼ㄟ^不同鏈路傳遞到上層網(wǎng)絡(luò)，也可以通過多條鏈路來傳遞從上而下的指令。該方式能夠減少網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲，提高網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

4.2 對系統(tǒng)進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于其無線性，使得各個傳感器節(jié)點(diǎn)不能連接至能源網(wǎng)絡(luò)，再加上自身攜帶電池能量有限，要延長無線傳感器的使用壽命，就必須對系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)展開研究?，F(xiàn)階段，該研究都是基于單個傳感器的低功耗研究，未將不同傳感器聯(lián)系起來。物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理與分析能力，對系統(tǒng)進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)時，可以嘗試將各個傳感器與軟硬件協(xié)同合作。

總的來說，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)必不可少的應(yīng)用技術(shù)，已在社會諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并取得很好的應(yīng)用效果。各個行業(yè)要抓住物聯(lián)網(wǎng)時代的發(fā)展機(jī)遇，增強(qiáng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，進(jìn)而使人們的生活變得智能化、多樣化。