芻議無線傳感器網絡在智慧校園中的應用

王世運+魏月蓮

摘要：本文探討了無線傳感器網絡的技術特點和應用現狀，重點分析無線傳感器網絡在智慧校園網中的應用，以及對教學的支撐、對科研環境的保障以及校園師生管理。

關鍵詞：無線傳感器網絡；智慧校園；應用現狀

中圖分類號：TP212.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）09-0224-01

智慧校園是指以物聯網技術為基礎的智能化、智慧化的校園教學、科研、學習和生活一體化環境，這一體化環境將科研、教學、校園生活和管理等進行充分融合，它的特點一是為廣大師生提供一個全面的綜合信息服務門戶和智能感知環境系統，實現提供基于個性化定制服務；二是將整合學校的各個應用與服務領域，實現數據共享和協同協作；三是通過綜合信息服務門戶和智能感知環境系統，為學校與外部世界提供一個相互交流和相互感知的接口。

無線傳感器網絡，簡稱WSN，是一種分布式的無線傳感網絡，是由現代計算機技術、網絡技術、傳感器技術和通信技術組成的，它的末梢是由大量可以采集、感知或檢測外部環境的傳感器組成。因無線傳感器網絡中各個傳感器均通過無線方式進行通信，還具有實時處理信息、存儲信息和對感知到的信息進行響應，故它的網絡設置靈活多樣，完全可以依照使用環境的需求來設置，并且可以隨時重新配置網絡，本文就該無線傳感器網絡在智慧校園中的應用領域做個簡單分析。

1 基于智慧校園的無線傳感器網絡的特點

一般來說，無線傳感器網絡是為彌補有線網絡或無線網絡在網絡部署上的不足，比如因環境惡劣，無法部署有線網絡或無線網絡。它主要是為了完成對監測目標的數據采集或監測任務，是以數據存儲、轉發、處理為中心的網絡。它的網絡則可能包括成千上萬個節點，且節點的分別更為密集[1]。

1.1 有限的工作模式

采用電池供電的傳感器節點容易受節點的體積和電池容量影響，采用電池供電的傳感器節點往往可能部署在惡劣的環境里，有些環境具有極高的危險性，造成維護人員不能現場維護，出現損壞只能丟失或重新部署，這樣使得傳感器網絡的日常維護中需要損耗大量的資源。

1.2 異構的網絡

無線傳感器網絡的一個特性是異構性，它基本可以分為兩大類：網絡間的異構性、網絡內的異構性。產生網絡內的異構性的原因是一般是一個網絡內包含多種類型的傳感器節點，每種傳感器節點根據應用的需求具有不同的硬件配置和執行器節點。產生網絡間的異構性一般是不同傳感器網絡之間的異構性或傳感器網絡與其他類型網絡之間的異構性。網絡間的異構性表現在通信協議、數據管理、節點系統等方面的差異。

1.3 與應用軟件密切相關

無線傳感器網絡被用來監測或采集多種目標的數據，應用前景廣闊，但就目前來說，無線傳感器網絡還沒有統一的通信協議平臺，這對把無線傳感器網絡作為運行環境的各種應用軟件來說，就需要根據不同的無線傳感器網絡調整相關應用軟件的通信協議，這增加了大量的成本，阻礙了無線傳感器網絡的大規模使用[2]。

2 無線傳感器網絡對教學的支撐

無線傳感器網絡的感知能力在對智慧校園的教學支撐方面是多樣的。它可以是帶有執行器和各種傳感器的智能化系統，用于對教學樓內的照明、電力、電梯空調和給排水等設施進行集中感知與檢測，實現分散操作控制、管理，從而達到節能、經濟、安全管理目標。比如，在教室里，它能感知教學環境的溫度、濕度，從而智能調整教室的空調、風扇等，并且可以感知教室的在用情況，以實現人走后教室各種設備，包括電腦、投影儀、空調、電扇等自動關閉，以達到節能的要求。在實驗室里，可以實現人臉識別的門禁功能，自動記錄實驗室的使用情況，監測實驗室用水用電情況等[3]。

在學生學習方面，提供了豐富的、有針對性的網絡學習環境，同時能自動匹配學生的學習行為。如在微格教室里，當學員登上講臺，做固定的教學動作（喊起立），微格教室里的講臺燈光、攝像機等自動開啟，錄制下整個教學演示過程，結束后可自動放映給學生觀摩。在考勤方面，自動感知在一個教室內的上課人數，以供教學管理和教學督察使用。另外，在理論課教學上，還可以自動識別課堂上的聲音是學生討論問題的聲音，還是噪音，若是噪音，代表授課教師在課堂教學過程中存在教學要求不嚴格等。

3 無線傳感器網絡對科研環境的保障

通過對科研環境的智能感知，可以提高實驗室管理人員和科研工作人員對實驗環境的管理。如，農業的科研場所一般是在寬闊的田野，這樣，無線傳感器網絡可以在環境監測方面發揮巨大的作用，比如可以監視農作物的灌溉，當降雨量達到指定的最高值時，可以降低或不灌溉等；可以檢測土壤PH值，預警可能的PH值提高或降低。在預報方面，可以通過無線傳感器網絡的系統分析功能，對監測到的降雨量、土壤水分、農藥殘留等進行記錄與分析，并提供相關的預警[4]。

4 無線傳感器網絡對師生管理

在學生管理方面，一般的高校均有校園一卡通，通過一卡通可以監控學生進出各個教室、實驗室的情況，通過集成在一卡通上的芯片，還可以實現學生在教室自動點名功能；在夜晚可以智能感知人活動，讓校道中的路燈自動關閉，以達到節能目標。在圖書館使用上，無線傳感器網絡除了能根據學生在館人數智能調整空調溫度外，還能統計入館每日人數或入館高峰和低峰時刻，以方便學生根據自己的需求選擇合適的入館時間。特別重要的是，可以將幾百個傳感器散布于校園人群較為密集地中，能夠為火災地點的判定提供最快的信息；同時也能為可能的大規模人群聚焦提供預警，以防出現踩踏等事故。

5 結語

無線傳感器網絡在物聯網時代的應用前景非常廣闊，它被認為是影響人類社會未來發展的重要技術，它提供的一種全新、全面的信息獲取、信息處理的途徑，將會促進互聯網向物聯網轉變的巨大革命。由于無線傳感器網絡對國家和社會未來的發展意義重大，國內外對于無線傳感器網絡的研究較多，都希望能夠將無線傳感器網絡引入到日常的管理和監測中，實現各項管理工作的智能化、智慧化。因此無線傳感器網絡作為可以長期無人值守的工作狀態下工作，它將在國防軍事、農業科學、醫療、城市管理、景區管理、環境監測等較多領域具有巨大的使用價值和廣闊的市場前景。

參考文獻

[1]昂志敏，金海紅，范之國，段勇.基于ZigBee的無線傳感器網絡節點的設計與通信實現[J]，現代電子技術，2007，（10）：47-49.

[2]李春杰，劉瑞霞，王繼志.基于無線傳感器網絡的監控平臺設計[J].傳感技術學報，2006，（1）：13-15.

[3]劉剛.傳感器網絡組織結構與管理技術研究[D].西北工業大學，2005.

[4]鄧瑩.基于無線傳感器網絡的智能大廈安防系統研究[D].武漢理工大學，2007.endprint