無線傳感器系統的建設及應用要點

石玉香

引言：無線傳感器網絡是由部署在監測區域的大量具有通信、監測及計算能力的微型傳感器節點通過自組織構成的“智能”測控網絡。目前，由于無線傳感器的低能耗、能實現同步控制、自動化高等特點，在軍事、農業、環境監測、醫療衛生、工業、智能交通、建筑物監測、空間探索等領域有著廣闊的應用前景和巨大的應用價值。本文主要結合無線傳感器的構成及分類，針對無線傳感器的建設和應用展開具體的闡述。

一、無線傳感器的構成

無線傳感器網絡系統的基本架構包括三部分，第一部分是無線收發芯片，其職責是將數字信息轉換為高頻無線信號傳送出去和將接收到的高頻無線信號恢復成數字信息。就無線傳感器收發芯片而言，為了一個無線傳感器的網絡節點和路由器功能的實現，可以采用多芯片的方案。

第二部分是運行于單片機或者無線單片機的內部嵌入式軟件，也稱軟件協議棧。網絡堆棧主要有兩個職責，第一網絡堆棧具有自組織、自恢復的能力，可以處理節點間的聯捷通訊因質量和環境因素干擾無法正常進行通信的現象；第二個職能是具有很強的算法能力，可以確保信息數據準確搞笑的通過網絡拓撲在節點之間傳輸，確保信息的實時性的要求。

第三部分為應用軟件，這部分主要是各種開發用的軟件代碼，通過計算機語言進行編寫、開發，調用軟件協議棧的功能。

二、無線傳感器系統的特點

無線傳感器網絡通常具有以下特點：①自組織性：無線傳感器網絡系統的節點可以進行自動組網，節點相互之間可以進行通訊工作。②路由多跳性：通信具體、節能和功率控制等因素有時候會對節點進行限制，使節點無法正常進行通信，這時就需要通過其他節點來完成信息數據的傳輸，所以網絡數據的傳輸路由具有多跳性。③網絡拓撲動態性：無線傳感器在一些特殊的應用中是移動的，節點會因能量或故障等一些因素停止工作，這時的網絡拓撲就會發生變化。④節點有限性：主要受到技術的要求和有限的能量，導致了節點資源的有限性。

三、傳感器系統建設要點

（一）網絡拓撲管理

對于無線傳感器系統來說，網絡結構是自組織的，建設的目的是在滿足網絡的連通度和覆蓋度的情況下，選擇路由路徑，建立一個能夠高效轉發數據的拓撲結構。網絡拓撲結構有層次型拓撲結構和節點功率控制這兩種形式，層次型拓撲結構利用分簇機制控制，節點功率控制則是通過控制節點完成總的網絡拓撲管理。

（二）網絡協議

對于傳感器的網絡協議來說，主要功能是對信息傳遞的路徑進行控制，目前的建設重點主要是MAC層和網絡層。在設計MAC協議時，首先要考慮到MAC層的可拓展性以及能不能節省能量，通過MAC層的合理設計，達到控制節點的工作模式和通信過程的要求，從而降低系統的損耗，延長節點使用的時間。

（三）網絡安全建設

傳感器系統的網絡安全建設，主要的控制方法有兩種：維護路由器的安全和完善安全協議的建設。首先，找出節點和真實值之間的關系，然后在真實值的基礎上生成路由，能夠保證路由器建設的質量。其次，在設計合理的安全協議時，可以先假設基站的工作條件正常，在這種情況下滿足合適的存儲容量和計算速度，基站的功率能夠達到加密的功率需求，在這個基礎上設計出的安全協議才能滿足傳感器運行的需要。

（四）定位技術

定位技術指的是針對傳感器上的每一個節點進行準確的定位設計，一般采用的方法是分布定位和集中定位，常用的定位技術是以距離為中心的定位和與距離無關的定位。以距離為中心的定位對于硬件的要求高，精度也比較好，與距離無關的定位受到環境的影響比較大，所以應該根據傳感器的具體要求進行選擇和設計。

（五）數據融合

傳感器的內容和計算能力通常是有限的，在這種情況下，在收集數據的時候要進行有效的數據融合，刪除無用的信息，節省容量。對于數據融合，可以在多個層次中進行，首先在應用層應該利用分布式的數據庫技術，對于數據進行實時篩選，其次在網絡層運用路由協議與數據融合相結合的方法，最后對于MAC層來說，可以減少頭部開銷。

（六）時間的同步設計

在傳感器的運用過程中，例如基于TDMA的MAC協議的監測和運行，基本的要求是節點之間的問題保持同步。首先，節點通過自己記錄時間，然后反饋到第三方進行校正，所以，時間精度的大小主要的影響因素是這段校正時間的長度。

四、無線傳感器網絡應用現狀

傳感器網絡的應用與具體的應用環境密切相關，因此針對不同的應用領域，存在性能不同的無線傳感器網絡系統。

（一）在軍事領域方面的應用

在軍事領域方面的應用，可以利用無線傳感器網絡對敵我區域進行實時監控，監控敵軍兵力、裝備等，對戰場情況有個全面的把握，監測導彈軌跡，定位目標進行攻擊等。

（二）在環境監測方面的應用

無線傳感器網絡在環境檢測方面的應用，能夠做到傳統的系統無法完成的任務。對動植物的活動、生長環境進行檢測，使其更好地進行生長發育；對生化和農業的監測，可以掌控其進度；還可以提前對森林火災和洪水等災難進行檢測。

（三）對建筑結構方面的監測

無線傳感器網絡可以實時監控建筑物的情況，一旦發現建筑物的健康出現問題，可以及時解決，彌補了傳統監控線路易老化、損壞和布線復雜的弊端，而且成本還很低廉。

（四）在醫療衛生方面的應用

無線傳感器在醫療方面的應用，主要是讓人隨身佩戴相應的傳感器節點，可通過人體的提問、肌肉收縮、體內電流的相關數據，對人體的健康狀況進行非常直觀的監測。目前有針對老年人設計的，監測老年人的身體狀況的無線傳感器的網絡系統，可以除了對老年人的健康狀況進行檢測外，還可以做到在其發病時準確報告其地理位置和身體情況的功能。

（五）在智能交通方面的應用

無線傳感器在交通監測方面的應用，將節點布置在主要街道附近，對聲音、視頻、溫度等因素進行實時的監控，還可在車上放置相應的GPS全球定位設備的節點。在整個交通檢測系統中，要將重點放在數據的安全傳輸。整合。網絡的安全上面。

結束語

無線傳感器網絡系統雖然現在還沒有在國內實現真正的普及開來，但是很多公司一直投入相當多的精力去研究，相信隨著人們生活水平的不斷提高、通信技術、網絡技術的快速發展和通行成本的不斷降低，在不久的將來可以實現無線傳感器網絡系統的登門入戶。

參考文獻

[1]武斌.無線傳感器網絡覆蓋控制策略研究[D].西安電子科技大學.2011.

[2]邢二慶.無線傳感器網絡數據融合算法的研究[D].沈陽航空工業學院.2010.

[3]胡玲.無線傳感器網絡網絡信息融合與目標跟蹤的研究[D].華東理工大學.2012.

[4]李霖.傳感器應用中的常見干擾分析及對策[J]. 信息與電腦（理論版）.2011（04）

（作者單位：北京航天試驗技術研究所）