淺析無線傳感器網絡技術在物聯網中的應用

摘要：近幾年，物聯網成為一個極為熱門的研究焦點，引領起第三次信息革命浪潮，也標志著互聯網發展進入了一個新的歷史階段。物聯網應用研究所涉及的關鍵技術有：傳感器技術、射頻識別技術、二維碼技術、微機電系統、云計算技術等，其中傳感器技術備受關注，也是目前的新興研究領域，文章概括了傳感器網絡在物聯網中的應用現狀，并分析了傳感器技術在物聯網中發揮的重要作用。

關鍵詞：無線傳感器網絡；物聯網；傳感器節點

中圖分類號：TP391.44文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2012）08-0025-02

2009年在無錫成立“感知中國”中心，并且，目前針對物聯網的《國家物聯網“十二五”發展規劃》也正在制定過程中，進一步確定了物聯網技術在新興科技領域中的重要位置。而無線傳感器網絡作為物聯網中的核心產業，也需要更多的關注與研究，以促進物聯網的發展，使得物聯網成為新的全球經濟增長點。

1無線傳感器網絡和物聯網的簡介

1.1無線傳感器網絡

無線傳感器網絡（WSN， wireless sensor networks）是由部署在監測區域內的大量廉價微型傳感器節點組成，是采用無線通信的方式形成的一個多跳自組織網絡系統，能夠通過集成化的微型傳感器，協同地實時監測、感知、采集和處理網絡覆蓋區域中各種感知對象的信息，并對信息資料進行處理，再通過無線通信方式發送，并以自組多跳網絡方式傳送給信息用戶，以此實現數據收集、目標跟蹤以及報警監控等各種功能。

目前，傳感器信息獲取技術逐漸向集成化、微型化和網絡化方向發展，其智能化的發展將會帶來一場信息革命。無線傳感器網絡技術綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等先進技術，該技術具備的感知能力、計算能力、通信能力，給更多WSN的應用空間和應用價值提供了可能性，是物聯網當前研究開發的熱點之一。

1.2物聯網

物聯網（IOT， internet of things）顧名思義就是物物相連。目前較為認可的物聯網定義為：物聯網是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。

另外，物聯網可以理解為通過“泛在網絡”實現“泛在服務”，基于個人和社會的各種需求，通過融合前沿智能技術，實現人與人、人與物、物與物之間所需要的信息采集、傳遞、存儲、加工處理、決策使用等綜合服務，是一種更加廣泛深遠的未來網絡應用形態。

物聯網最為明顯的特征是物物相連，信息可以自動化處理，無需人為操作，所以效率極高，降低了人為因素引發的不穩定性。因此，物聯網在各個行業中的應用潛力非常巨大，應用領域也非常廣泛，發揮了極大的價值作用，而且物聯網將與互聯網有效地整合起來，實現人類社會與物理系統的整合。

2無線傳感器網絡在物聯網領域中的應用

物聯網是由感知層、網絡層和應用層構成的層次體系。感知層主要涉及到RFID、傳感器、二維碼等機器設備，然后通過電信網和互聯網的融合網絡層，及時準確地傳遞物體基本信息，在應用平臺上，利用各種先進智能技術對信息資料進行分析處理，以便對物體進行智能控制。如圖1所示，傳感器在基礎感知層，負責對物體信息的采集和抓取，這一功能對于物聯網技術的發展和應用，起著至關重要的支撐作用。

2.1無線傳感器網絡在軍事領域中的應用

無線傳感器網絡的可快速隨機部署、可自組織、隱蔽性強、高容錯性等特點，使得傳感器節點在惡劣的戰場環境中發揮極大的作用。

在軍事領域應用方面，結合無線傳感器技術思想，將大量廉價傳感器節點，通過飛機或火炮等發射裝置，按照一定的密度投放到待監測區域內，對節點周邊環境的各種參數，如溫度、濕度、聲音、磁場等信息進行采集，然后由傳感器自組織網絡，通過網關、互聯網、衛星等通訊方式，傳回信息中心，實時監控敵軍兵力與裝備，實時監視沖突區，進行目標定位，戰場評估，并實現各種攻擊的監測和搜索等功能，有效地提高軍隊的作戰決策能力。

2.2無線傳感器網絡在工業領域中的應用

無線傳感器網絡在工業領域中的應用比較廣泛，比如工業安全、先進制造、交通控制管理、安防系統、倉儲物流管理等領域，其中工業安全領域的應用研究已日趨壯大。在計算機技術、無線通信技術、微電子技術和網絡技術發展的推動下，工業通信技術正朝著智能化和網絡化的方向不斷發展。目前，隨著測控系統規模的不斷擴大，煤礦、石化、核電等行業對工作人員安全及易燃、易爆、有毒物質的監測成本非常昂貴。其中，煤炭行業對先進的井下安全生產保障系統的需求日漸巨大。因此，降低投資和使用成本成為工業通信技術發展新階段的迫切要求。而無線傳感器網絡的成本低廉、方便簡捷、泛在感知等特點可以滿足工業通信領域的多個要求。對傳感器節點經防爆處理和技術優化后，用于危險的工作環境，實時全面地監控員工安全及工業全流程，及時獲取險惡工作環境下工作現場的員工基本情況、工作環境狀況以及其它無法在線監測的重要工業過程參數，并在此基礎上，優化控制工業流程，提高產品質量，降低工業生產過程中的各種安全事故，達到國家指定的安全生產目標。目前，作者所在的山東省科學院省計算中心部門無線傳感器網絡團隊開展了煤礦井下定位系統的研究，取得了重要的研究成果。

2.3無線傳感器網絡在農業領域中的應用

農業作為中國發展經濟的一大基礎，促進其優質高產將產生重大的意義。無線傳感器網絡的通信簡便、部署簡捷、可密集分布等優勢，可以充分地發揮在農業生產領域中，用以監測土壤環境狀況、農作物灌溉及生長情況、牲畜和家禽的環境狀況以及大面積的地表特征檢測。再結合目前成熟的互聯網技術、GPS技術，可以構建能動態實時管理的系統平臺。例如英特爾公司在俄勒岡建立的世界上第一個無線葡萄園，通過無線傳感器監測葡萄生長環境中得各種因素，并分析葡萄質量與各種影響因素之間的關系，是典型的精準農業、智能耕種的實例。在國內，在“九五”計劃中，“工廠高效農業工程”把智能傳感器和傳感器網絡化的研制列為國家重點項目，可以看出無線傳感器網絡在農業領域中的重要作用和意義。

2.4無線傳感器網絡在醫療護理領域中的應用

目前，隨著國家人口老齡化日趨明顯，在醫療護理方面的問題也愈加增多起來，對于病患者的病情實時關注成為亟待解決的問題。無線傳感器網絡在此方面發揮了重要作用，在患者身上可以安放各種傳感器，用以檢測采集各種生理信息，比如體溫、呼吸、血壓等生理數據，一方面可以隨時關注患者的病情發展情況，另一方面，可以將收集的生理數據作為研制新藥品的參考資料。另外，也可以在患者居住的環境里安放多個傳感器節點，有效監測病人的活動狀況，進行遠程的人體行為監測。現在，美國已經開展了一個無線傳感器網絡系統項目，可以實現家庭護理，方便老年人獨居時給予及時的幫助。

2.5無線傳感器網絡在智能家居領域中的應用

目前，智能家居是物聯網發展的一個重要方向。從一定意義上講智能家居就是高科技的家庭自動化系統，融合了計算機網絡系統、自動化控制系統、綜合布線技術及網絡通訊技術，自動化控制、遠程控制家庭中的各種產品設備，實現擬人化的要求，提升家居安全性、便捷性、舒適性，并實現環保節能。而自動化、遠程控制所需的各種信息，均是由無線傳感器節點進行傳達的，比如環境檢測信息、安放系統的有效實施，都需要無線傳感器節點提供家庭煤氣含量、溫度、濕度等環境信息。所以，在智能家居系統中，每一個家居設備或終端，都會設置對應的傳感器節點，通過無線傳感器網絡節點間的自組織互連，實現家庭設備互連與信息控制，從而實現家居生活的智能化。

3傳感器技術在物聯網中的必要性

據分析機構預測，未來物聯網的發展將經歷四個階段，2010年之前廣泛應用于物流、零售和制藥領域，2010～2015年物體互聯，2015～2020年物體進入半智能化，2020年之后物件全智能化。經初步估計，中國物聯網產業鏈的發展和應用將有可能創造1000億元左右的產值。而且，已有部分省市的關于十二五期間物聯網發展規劃，已加快形成物聯網產業基本框架等一系列的“智慧”行動，表明了大力發展物聯網的決心。而傳感器作為物聯網關鍵物件之一，在物聯網的發展與應用過程中，傳感器網絡技術的提高與發展勢必會產生巨大的推動作用。

物聯網包含感知層、網絡層和應用層三個層面，葉云認為，目前中國最缺乏的是感知層的產品和技術，是信息的抓取和聚合。在感知層中，由于傳感器技術的技術成熟度和成本問題，阻礙了無線傳感器網絡及物聯網的大規模發展及應用。余建美指出，四個方面的因素將最終將決定物聯網的普及程度，一是無線傳感器的進一步低功耗化，二是發展無線供電或采電技術，三是能源的超微型化，四就是無線傳感器自身的微型化。除此之外，傳感器的集成制造技術、信號檢測的智能化發展，也是無線傳感器需要考慮改善的重要方面。

因此，目前的傳感器技術的主要研究工作就要注重以上四個方面的因素，突破這些研究熱點，物聯網的發展水平勢必會突飛猛進，應用也將會廣泛普及，市場規模進一步擴大，物聯網就可以真正實現物物相聯，成為會“說話”、會“思考”、會“行動”的物物信息交流網絡。

4結語

物聯網時代的到來帶來了千載難逢的機遇，而無線傳感器技術作為物聯網或不可缺的應用技術，它的突破性研究，必將促進物聯網的發展，推動各行業的廣泛應用，促進世界信息化的發展與建設。

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