黃耀華

（江蘇省淮安技師學(xué)院，江蘇 淮安 223001）

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要由傳感器單元、 數(shù)據(jù)處理單元、無(wú)線接收單元、電池單元等共同構(gòu)成，具有多功能、低耗能、使用率較高、成本較低的優(yōu)勢(shì)。 在實(shí)際使用的過(guò)程中，無(wú)線傳感器能夠借助節(jié)點(diǎn)中的傳感器單元收取周邊的環(huán)境數(shù)據(jù)，比如空氣濕度、溫度、光照、空氣壓力等，形成物理參數(shù)，通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元中，通過(guò)數(shù)據(jù)分析與加工，形成有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還具備大規(guī)模、自組織、動(dòng)態(tài)性、數(shù)據(jù)性、可靠性的基本特點(diǎn)，能夠充分適應(yīng)不同的作業(yè)環(huán)境，滿足不同的需求，因此能夠被運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域中，凸顯傳感器技術(shù)優(yōu)勢(shì)[1]。

1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其結(jié)構(gòu)分析

1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定義

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)又稱為“WSN”，是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，其末梢是能夠檢測(cè)與感知到外界變化的傳感器，其中的傳感器單元通過(guò)無(wú)線通信單元進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸， 這一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有設(shè)置靈活、設(shè)備可變更的特點(diǎn)，還能夠與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接，形成一個(gè)具有多條自組織的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸運(yùn)用于軍事、環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生、智能交通等各個(gè)領(lǐng)域中。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的對(duì)象信息等功能； 無(wú)線傳感器單元類型較多， 包括地震探測(cè)傳感器單元、光強(qiáng)度探測(cè)傳感器單元、土壤成分傳感器單元、壓力傳感器單元、移動(dòng)物體探測(cè)傳感器單元等，能夠充分滿足不同的應(yīng)用要求。

1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析

結(jié)合上述傳感器網(wǎng)絡(luò)定義內(nèi)容， 根據(jù)目前現(xiàn)有傳感器網(wǎng)絡(luò)體系進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)主要由傳感器節(jié)點(diǎn)EndDevice、管理節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)Router 共同構(gòu)成。

在實(shí)際使用的過(guò)程中，大量的傳感器節(jié)點(diǎn)被分布部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)部， 通過(guò)自組織的方式構(gòu)建形成網(wǎng)絡(luò)體系，此時(shí)傳感器節(jié)點(diǎn)獲取到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)通過(guò)附近的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸， 這些數(shù)據(jù)可能被多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)多次傳輸之后匯聚到節(jié)點(diǎn)中，最后通過(guò)衛(wèi)星或者互聯(lián)網(wǎng)渠道達(dá)到管理節(jié)點(diǎn)中，由技術(shù)人員對(duì)管理節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行配置與管理，獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析監(jiān)測(cè)結(jié)果[2]。

關(guān)于“傳感器節(jié)點(diǎn)”，其具有一定的信息獲取能力、傳輸能力、儲(chǔ)存能力與通信能力，多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)搜集被區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)對(duì)其他節(jié)點(diǎn)傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行儲(chǔ)存、整理與融合，實(shí)現(xiàn)多個(gè)節(jié)點(diǎn)協(xié)同合作完成任務(wù)的模式。

關(guān)于“匯聚節(jié)點(diǎn)”，具有數(shù)據(jù)處理能力、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存能力、通信能力， 這一節(jié)點(diǎn)是連接傳感器與外部網(wǎng)絡(luò)的重要關(guān)卡，能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，能向傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)布任務(wù)，將節(jié)點(diǎn)搜集到的數(shù)據(jù)發(fā)布到外部網(wǎng)絡(luò)中。 在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，能夠利用匯聚節(jié)點(diǎn)，將獲取的信息數(shù)據(jù)編成資料文件，分析傳感器節(jié)點(diǎn)儲(chǔ)存的代碼與協(xié)議，修改程序代碼，將其加載到傳感器中。

關(guān)于“管理節(jié)點(diǎn)”，具有動(dòng)態(tài)管理功能，負(fù)責(zé)整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行管理，能夠?yàn)榧夹g(shù)人員獲取與操作無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供平臺(tái)。

2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基本特點(diǎn)及常見(jiàn)應(yīng)用

2.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基本特點(diǎn)

結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況，可以發(fā)現(xiàn)，其具備以下基本特點(diǎn)：

1）大規(guī)模。 在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，技術(shù)人員為了在最大范圍內(nèi)獲取最精準(zhǔn)的信息，往往會(huì)在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)布置大量的傳感器節(jié)點(diǎn)，設(shè)置成千上萬(wàn)的節(jié)點(diǎn)，形成較大的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)規(guī)模，分布于較大的地理區(qū)域內(nèi)，比如對(duì)大興安嶺森林內(nèi)進(jìn)行傳感器監(jiān)控，設(shè)置大量的防火探測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)。 此外，技術(shù)人員還可以通過(guò)增加較小空間內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)密度提升信息獲取精準(zhǔn)度。 通過(guò)布置大規(guī)模的傳感器節(jié)點(diǎn)，能夠以不同的空間視角獲取信息，提高細(xì)膩的精確度與覆蓋性， 從而降低對(duì)單個(gè)傳感器精度的要求，避免出現(xiàn)由于個(gè)別傳感器運(yùn)行狀態(tài)不佳引發(fā)的信息數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確問(wèn)題，避免出現(xiàn)傳感盲區(qū)[3]。

2）自組織。 在傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過(guò)程中，技術(shù)人員通常需要將傳感器節(jié)點(diǎn)放置于沒(méi)有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的區(qū)域， 但是傳感器的節(jié)點(diǎn)放置位置是不能夠提前設(shè)定與精確設(shè)計(jì)的，各節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系也是無(wú)法預(yù)測(cè)的，而是通過(guò)無(wú)人飛機(jī)播撒的方式設(shè)置傳感器節(jié)點(diǎn)，促使森林中覆蓋傳感器，保證傳感器能夠深入深林區(qū)域。 這就要求傳感器網(wǎng)絡(luò)具備自組織的能力， 能夠通過(guò)聯(lián)系周邊傳感器節(jié)點(diǎn)自行匹配，聯(lián)系成為節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建拓?fù)淇刂茩C(jī)制，自動(dòng)形成傳感器監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，發(fā)揮自組織優(yōu)勢(shì)。

3）動(dòng)態(tài)性。 在實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中，傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)并不是一成不變的，而是會(huì)隨著周邊環(huán)境的變化、時(shí)間的推移而逐漸發(fā)生變化的，是具備動(dòng)態(tài)性的。 若電能耗盡，則會(huì)出現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)失效、故障的問(wèn)題；周邊環(huán)境的條件變化可能會(huì)引起無(wú)線通信線路的中斷， 出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸鏈斷開(kāi)的情況。 此外，以森林監(jiān)測(cè)為例，傳感器感知對(duì)象與觀察人員皆具備移動(dòng)性與變化性， 這就要求傳感器需要具備較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力。

4）可靠性。 傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域主要是人類無(wú)法適應(yīng)的工作環(huán)境，或者是人類無(wú)法深入的區(qū)域，這就表示傳感器節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需要面對(duì)惡劣的工作環(huán)境，比如：露天、風(fēng)雪、暴曬、雨淋、動(dòng)物破壞等；且在傳感器節(jié)點(diǎn)部署時(shí)是通過(guò)飛機(jī)播撒的方式， 這就要求傳感器節(jié)點(diǎn)本身具備較強(qiáng)的可靠性，自身堅(jiān)固不易損壞[4]。

5）數(shù)據(jù)性。 數(shù)據(jù)是傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中的重要元素之一，傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種任務(wù)型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要就是利用傳感器節(jié)點(diǎn)獲取的數(shù)據(jù)信息完成運(yùn)行任務(wù)。 在技術(shù)人員使用傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)， 可以將自己的目標(biāo)關(guān)鍵詞輸入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中獲取特定事件的相關(guān)信息，因此，可以說(shuō)，傳感器網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心的[5]。

2.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的常見(jiàn)應(yīng)用

結(jié)合上述內(nèi)容，可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值與應(yīng)用優(yōu)勢(shì)， 且其在大規(guī)模應(yīng)用方面具有良好的發(fā)展空間。 根據(jù)目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用情況，可以發(fā)現(xiàn)，其主要運(yùn)用于以下領(lǐng)域：

1）環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用。 在現(xiàn)代社會(huì)中，人們對(duì)自然環(huán)境的關(guān)注程度逐漸提升，對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的要求逐漸提高，這就需要采集更多的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)， 而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)則為人們提供便利。 技術(shù)人員將無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)人機(jī)播撒到森林深處，更加深入、全面的獲取森林環(huán)境信息， 及時(shí)發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)、 蟲(chóng)害及自然災(zāi)害的苗頭，及時(shí)提出解決措施，將危害扼殺在搖籃中，以此體現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。 此外， 還可以檢測(cè)洞穴、海洋、土壤等不同區(qū)域，還可以應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，實(shí)施監(jiān)測(cè)土壤、空氣數(shù)值，為我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展提供助力。

2）醫(yī)療護(hù)理領(lǐng)域應(yīng)用。 在現(xiàn)代醫(yī)療衛(wèi)生水平不斷提升的過(guò)程中，“智能醫(yī)療”“智慧醫(yī)療”成為熱門(mén)詞匯，技術(shù)人員將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建于智能病房中， 全面監(jiān)測(cè)病房中的微塵指數(shù)、 把控居住者的基本身體特征， 比如血壓、呼吸與脈搏，監(jiān)測(cè)居住者的24 小時(shí)活動(dòng)情況。 這一技術(shù)還可以融入智能家居與智慧養(yǎng)老中，促使其家人、兒女可以遠(yuǎn)程觀察老人的身體健康狀態(tài)，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)傳遞數(shù)據(jù)信息，從而方便護(hù)理，減緩護(hù)理人的負(fù)擔(dān)[6]。

3） 工業(yè)環(huán)境領(lǐng)域。 技術(shù)人員可以將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境中，比如礦井、核電廠等，也可以將其運(yùn)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中。 舉例分析，可以在工業(yè)生產(chǎn)空間中布置傳感器節(jié)點(diǎn)，全面監(jiān)測(cè)、管理各機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，有效改善工廠的作業(yè)環(huán)境，提高工廠作業(yè)效率。

2.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究——以節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)為例

節(jié)點(diǎn)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的重要構(gòu)成，節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)是其中的關(guān)鍵技術(shù)，也是重要技術(shù)基礎(chǔ)之一，能夠結(jié)合網(wǎng)絡(luò)中的已知節(jié)點(diǎn)位置分析出其他節(jié)點(diǎn)的位置信息。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，需要分別通過(guò)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)、未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，其中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)也是“參考點(diǎn)”，而未知節(jié)點(diǎn)則為“普通節(jié)點(diǎn)”；還存在鄰居節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)能夠利用鄰居節(jié)點(diǎn)的信息對(duì)其通信半徑內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取。 在這一技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，技術(shù)人員可以操作系統(tǒng)，利用已經(jīng)節(jié)點(diǎn)位置信息為(x1，y1)，設(shè)位置節(jié)點(diǎn)位置信息為M，假設(shè)B 位置為(x，y)，則A 到B 的距離為d1，得到：d12=(x-x1)2+(y-y1)2；之后，技術(shù)人員引進(jìn)AHLos 算法，對(duì)x、y、x1、y1 等不同位置信息數(shù)值進(jìn)行操作，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸達(dá)到時(shí)間估算節(jié)點(diǎn)之間的距離，從而得到相鄰節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，為技術(shù)人員獲取的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息提供精確位置， 促使技術(shù)人員能夠清晰知道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的具體位置來(lái)源，把握監(jiān)測(cè)環(huán)境中的細(xì)微變化，凸顯技術(shù)應(yīng)用價(jià)值[7]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是目前較為新穎、科學(xué)的技術(shù)，能夠影響人們生活的方方面面，融入各個(gè)領(lǐng)域中，為我國(guó)社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展提供重要驅(qū)動(dòng)力。 結(jié)合對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分析，可以發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵技術(shù)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮作用的重要元素，不同的關(guān)鍵技術(shù)具有不同的效果，人們可以結(jié)合實(shí)際需求，引入大數(shù)據(jù)傳輸與處理技術(shù)、節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)等不同的技術(shù)，促使無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有不同的功能，能夠滿足教育、交通、治安等不同領(lǐng)域的應(yīng)用需求。