無線傳感器網絡應用與研究現狀

【摘要】隨著社會的發展及科技的進步，我國在網絡技術上的發展也取到了令人矚目的成就，在新的時代背景下，網絡的應用對人們的生活產生了很大的影響，在生活中處處都有網絡的身影。無線通信技術和微處理器以及傳感器這三個高新科技發展迅猛。二十世紀九十年代美國在無線傳感器網絡技術上有了新的發展，它作為一種新型的信息處理和獲取的技術，應用相當廣泛。本文主要對無線傳感器網絡的特點以及結構進行說明，而后在其現狀和應用方面進行分析探究，希望能夠對這一領域在學術上提供一點參考。

【關鍵詞】無線傳感器；網絡應用；現狀

1.引言

在二十一世紀的今天網絡技術已經得到廣泛的應用，計算機模式在向人們的生活不斷的深入，已經成了一個發展的中心，實實在在地融入了人們的生活，成為了人們賴以交流的有力工具，方便了人們的生活。無線傳感器網絡由大量具有感知能力、計算能力和通信能力的微型傳感器以自組織方式構成，然后經過無線的通信方式形成一個多跳的自配裝置網絡系統，從而達到協作感知和采集，以及對網絡覆蓋區域里感知對象信息進行處理的目的，最后再傳送給觀察者。作為一個新型的無線傳感器網絡，它在當今的科技及社會發展中起到了很大的作用。

2.無線傳感器網絡的特點及其結構

無線傳感器的特點上主要體現在規模大、自組織、動態性、可靠性、集成化等特點。

第一在規模上，為了能夠對信息進行精確的獲取，所以在檢測的區域一般都要部署很多的傳感器的節點，這些節點數量可能達到成千上萬甚至更多。規模大的特性主要有著兩方面的含義，其一是傳感器的節點分布在比較大的地理區域當中，其二是傳感器的節點部署得很密集，故此在較小的空間當中密集部署了大量的傳感器節點[1]。

第二在組織上，無線傳感器在實際應用當中，一般情況下傳感器的節點都放置在沒有基礎結構的地方，不能進行預先設定，并且節點間的相鄰關系也不知曉。這就要求傳感器節點要具有自組織能力，進行自動的管理及配置，通過網絡協議以及拓撲控制機制自動地形成轉發監測數據的多跳無線網絡系統。

第三在動態性上，表現在：傳感器網絡的拓撲結構可能會因為環境因素或者電能耗盡而對節點造成的故障、失效；環境條件變化造成的無線通信鏈路帶寬變化，甚至時斷時通的情況；傳感器網絡中傳感器、感知對象和觀察者這三要素都可能具有移動性；新節點的加入。以上這些因素都可能發生變化，這就要求傳感器網絡系統在適應能力上要具有動態可重構性[2]。

第四在可靠性上，WSN比較適合在惡劣的環境中以及人類不宜到達的區域進行布置，并且節點能夠在露天的環境中工作。

第五在集成化上，傳感器的節點功耗以及體積都比較小，價格上也較為便宜，比較適合群組應用或者集成到其它系統中。

無線傳感器網絡的系統結構包括傳感器節點、匯聚節點及管理節點。傳感器節點的存儲能力和處理能力以及通信能力相對較弱，一般是通過小容量電池進行供電。從網絡功能上看，每個傳感器節點除了進行信息收集和數據處理外，還要對其它節點所撰發過來的數據進行存儲、管理和融合，并與其它傳感器節點進行協作來完成任務。匯聚節點在處理、存儲數據以及通信上，能力都較強，它是傳感器網絡與Internet等外部網絡連接的網關，實現兩種協議的轉換，把WSN收集到的數據轉發到外部網絡上；此外它還要向傳感器節點發布來自管理節點的監測任務。管理節點以動態的方式對整個無線傳感器網絡進行管理，傳感器網絡的所有者可以通過管理節點來訪問無線傳感器網絡的資源[3]。

3.無線傳感器網絡在現實生活中的應用

當前我國對無線傳感器網絡技術的研究雖然取得一定的成績，但要廣泛商用還有很長的路要走。目前微處理器的性能不斷提高、體積不斷縮小，這使得基于微處理器技術的無線傳感器網絡能夠在工業市場、環境監測、醫療護理以及軍事領域等方面中小規模地應用。

隨著社會的發展，人們對生態環境越來越重視，對環境的數據采集也是越來越多。無線傳感器網絡的應用給環境數據的采集工作帶來了很大的便利，避免了很多以傳統方式采集數據所帶來的弊端（傳統的采集方式會給環境造成侵入式破壞）。運用無線傳感器網絡可以對候鳥和昆蟲的遷徙進行跟蹤，也可以實時監測環境的變化對農作物的影響，還可以對海洋和土壤以及大氣的成分進行研究。英特爾研究室就利用無線傳感器網絡對緬因州“大鴨島”的氣候進行監測，以此作為對一種海燕巢評價的因素。

另外，它還可以應用在精細農業當中，用于監測作物中的害蟲以及土壤的酸堿度、施肥狀況等[4]。

無線傳感器網絡在醫療護理上也得到了應用，比如羅徹斯特大學的科學家就利用無線傳感器網絡技術建造了一個比較先進的智能化醫療房間，他們通過微塵對居住者的一些身體情況進行測量（包括脈搏、血壓、呼吸等），連睡覺的姿勢以及24小時的活動狀態也可以進行監測。而英特爾也在WSN的基礎上推出了家庭護理技術，它主要通過給家中的一些基本物品（如鞋子等）和設備嵌入微處理裝置，通過無線傳感器網絡技術來幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士，改善他們的家庭生活。

在軍事領域，由于無線傳感器網絡有著自組織以及密集型的特點，即使在惡劣的戰場環境中也能夠進行作業。像監控兵力、偵察敵情、物資裝備以及對生物化學攻擊進行正確的判斷等都可以應用。目前，“沙地直線”和“智能塵埃”這兩個重要的研究項目也已經展開。

無線傳感器網絡在一些較為危險的工作環境中也能夠進行作業，比如礦井以及核電站等高危環境，可以通過無線傳感器網絡來進行安全監測；在交通方面也可應用在車輛上作為監控的工具；同時在一些工業自動化生產線上也得到了應用。

4.當下的無線傳感器網絡研究

網絡技術的發展使人們的交往方式產生了很大的變化，無線傳感器網絡是我國計算機研究方面的一個新領域。相較外國而言，我國在這方面的系統研究較晚，在近些年才取得了一定的成績。

2001年我國科學院依托上海微系統成立的微系統研究與發展中心，其主要目的就是為了使WSN得到進一步的發展。在2002年，一些重要的大學如清華大學、哈爾濱工業大學等，都在時間同步、定位以及在傳感器的數據管理系統方面正式展開了研究工作，在2004-2006年的幾年時間里，把無線傳感器網絡作為一個重點研究項目。當下的一些企業對無線傳感器網絡也越來越重視，比如寧波中科等已經對無線傳感器網絡技術進行了研究[5]。

5.結語

當今科技發展迅猛，高新技術的應用能夠給我們的生活帶來很大的便利，無線傳感器網絡在無基礎架構的分布式多跳無線通信系統這方面者有著重要的優勢，在靈活性上得到了充分的體現，在我國的網絡技術不斷的發展的前提下，無線傳感器網絡發展定能取得更好的成績。

參考文獻

[1]韓萬強，史少輝，吳海濱，張明軒.基于RFID無線傳感網智能安防系統的設計[J].物聯網技術.2014（03）：29-30.

[2]宋慧敏，楊社堂，趙棟棟.基于人工神經網絡的無線傳感器定位算法[J].計算機測量與控制.2014（02）：08-09.

[3]章彬彬，王亞剛，李燁.無線傳感器網絡節點定位技術[J].信息技術.2014（01）：35-36.

[4]何永賢，胡月明，葉云，姜晟，張飛揚.無線傳感器網絡在農畜產品生產環節監測中的應用研究[J].農業網絡信息.2013（11）：28-29.

[5]劉晉，楊一晨，郭健.Android和物聯網無線傳感技術在智能家居中的應用[J].微型機與應用.2013（22）：19-20.