無線傳感器網絡研究

包薩仁娜

（內蒙古師范大學 計算機與信息工程學院，內蒙古 呼和浩特 010022）

無線傳感器網絡研究

包薩仁娜

（內蒙古師范大學 計算機與信息工程學院，內蒙古 呼和浩特 010022）

在信息化時代，信息的接收、處理及分析對用戶而言至關重要。特別是信息的接收環節，若收集到的信息不全、有誤或者接收不到，后續工作都將無法開展。無線傳感器是專門用于接收信息的一類工具，通過網絡操作，使人們收集到自己想要的信息。無線傳感器網絡節點的特點是智能化、功率損耗小、能接收大量信息，傳感器的工作運行離不開網絡。文章對無線傳感器目前的發展現狀、技術特點以及應用前景等方面進行了闡述。

無線傳感器；網絡技術；信息接收；智能化

現在全世界都在致力于更快、更小、更智能、更集約化的無線傳感器的研制中，它的生產融合了多個學科，集合了難度較深的知識，是當今世界上的前沿學科。

1 無線傳感器網絡的發展現狀

1.1 無線傳感器網絡的產生

無線傳感器網絡原本是由美國軍方發明的，是在軍事中應用的探測工具。最開始的網絡由許多節點組成，通過這些節點的協同作用來實現信息的收集和處理。他們能夠隨機地安放在監測環境的內部或者附近，有非常好的適應性能，對于任務的完成度十分好[1]。這項技術的產生，在國際上引發了很大的轟動，歐洲許多國家投入大量資金用于這項技術的研究，而我國也差不多是同一個時間段涉足無線傳感器網絡的研究，并取得了可觀的成果。

1.2 無線傳感器網絡的現狀

無線傳感器網絡的發展經過4個階段的沉積發展到今天的網絡，主要是功率耗損低、體積小、質量輕、采用更先進的信號編碼、信息收集功能更強大的無線智能傳感器網絡[2]。雖然無線傳感器網絡出現的時間不長，但因其具有研究價值和實用功能，使得其在世界范圍內有非常快的發展。微電子技術和計算機技術還有無線通信技術的發展，對于無線傳感器網絡的發展也有非常大的促進作用。

20世紀90年代美國國防部最先開始著手于無線傳感器網絡技術的研究，是為了能在戰爭中悄悄地監控敵情。到了2001年，美國軍方將無人值守式彈藥和傳感器系統組成新的網絡，單一傳感器的能力有了成倍的提升，各方面的功能也大大提升，從而戰斗中監測系統的能力得到了提升。在2002年，英特爾公司制定了一個關于微型傳感器網絡的新型計算發展規劃，這個規劃主要致力于微型傳感器網絡能在更多的領域中發揮作用。

我國的無線傳感器網絡的應用研究差不多與歐美國家同時開始，第一次正式出現于1999年中國科學院的一次關于信息化與自動化的報告中。到了2006年，我國將水下移動的傳感器網絡的關鍵技術列為重點研究項目。2006年初發布的《國家中長期科學與技術發展規劃綱要》為信息技術學科指導了3個前沿發展方向，他們中有2個與無線傳感器網絡的研究有關。國內也有許多企業把目光放在無線傳感器網絡技術的發展前景上，并且涉足這個行業進行投資研究。

1.3 無線傳感器網絡的研究現狀

在傳統無線傳感器網絡的研究基礎上，目前的無線傳感器網絡致力于使用體積更小、質量更輕、信號更好、更智能化、結構簡單的網絡節點[3]。無線傳感器網絡對操作者的專業要求進一步降低，采用支持編程的嵌入式設備，并使用通用的網絡協議，旨在更好地收集信息，同時集信息處理和信息分析等多功能為一體。

2 無線傳感器網絡的技術特點

2.1 無線傳感器的網絡的結構特點

無線傳感器網絡非常完整并且具有特點，它的結構分為3個部位，分別是拓撲結構、節點結構和通信結構，他們是相互獨立的結構單元，但在功能上又相互聯系、相互協同來完成工作。它的通信結構是指，在無線傳感器的網絡中分散有許多的節點，每一個傳感器網絡都有一個網關，負責把接收到的數據傳送給基站，然后在互聯網中把數據傳輸到遠程的數據庫中，進行最后的數據整理分析；節點結構由4部分單元組成，分別是傳感部分、數據傳輸單元、數據處理部分和電源，各結構分區明顯，但在功能上的協同性非常強；無線傳感器網絡的拓撲結構有3種形式：星形結構、網絡結構、星網混合結構，每種結構都有不同程度的適用范圍，在使用時要根據實際情況選用不同的結構。

2.2 無線傳感器網絡的技術特點

無線傳感器網絡的工作效率非常高，導致其工作時間大大縮短，所消耗的功率就很低，這樣使用它的時候就非常省電，并且在不進行數據接收工作的時候，其會自動進入到休眠狀態[4]；一個區域網絡可以有上百個設備，并且同時服務幾個主設備，網容量十分大；其提供的芯片性價比高、制作成本低、使用頻段免費；無線傳感器網絡的安全性高，非常可靠。

無線傳感器網絡的核心技術是支撐網絡有效運行的有效保證，關鍵技術主要有5個，分別是定位技術、同步技術、覆蓋技術、數據融合技術和網絡安全。定位的方法主要有兩種，距離相關和距離無關定位技術。距離相關定位方法是測量出已知節點的距離，然后再用數學方法估算出未知節點的距離，測距與信號接收強度、信號傳輸的時間及到達的時間差和角度有關，可以利用這些因素來測量兩個節點間的距離，距離無關定位技術就是利用信號到達的具體情況來估測距離，隨著計算機時代的發展，以后肯定會有更加方便、準確、高效的定位技術；無線傳感器網絡的重要組成部分之一就是時間同步，其他幾項關鍵技術就是在時間同步的前提下才能成立的，無線傳感器網絡協議是采用分散式時間同步，其能夠適應各種突發情況，數據丟失一部分也沒有影響；覆蓋問題是無線傳感器網絡的一個最基本的問題，其能反映網絡對數據的敏感程度，從而對無線傳感器網絡的空間資源進行有效的配置，這樣才能更好地完成數據的收集工作；數據融合工作是在無線傳感器網絡中非常重要的一個環節，無線傳感器網絡是由許多網絡節點來完成數據的分散收集，然后經過網絡傳輸，最后集中進行數據的處理和融合，這樣的處理方式會更加高效，對使用者更方便；網絡安全現已成為最為關注的問題，其建立了網絡的安全機制和網絡協議，為在節點與節點之間的通信提供了更高強度的安全保障。

3 無線傳感器網絡的應用前景

無線傳感器網絡的應用沒有時間地點、空間環境的限制，在任何情況下都能進行數據的收集處理工作，所以其應用非常廣泛。無線傳感器網絡可以被應用在國防軍事事業中、農業生產設備、環境的監控、醫療衛生行業、救震抗災、交通管理、智能家裝、生產制造行業等等廣泛的地方中。

現代戰爭比較少，無線傳感器網絡可以應用在邊防事業中，利用分散分布的網絡節點，可以對狹長的邊境線的整體情況有全局把握，可以隨時隨地監測到鄰國的軍事動作，對未知的軍事情況可以進行提前預防；在醫療事業中，各個醫療設備和每個病人都要進行全方位的監測，數據是非常大的，無線傳感器網絡分散的網絡節點，可以進行大規模的分散收集數據，強大的數據處理系統為這些數據的處理提供可能性；無線傳感器網絡可以對植物的生長環境情況、動物的生長環境情況、天氣的變化情況、火災和洪水等情況進行監測，對其變化的可能可以進行分析處理，擬定出可應變的方案；在現在智能家裝的過程中，利用無線傳感器網絡可以對家里的電器設備進行精確的遠程控制。

隨著技術的不斷更新，無線傳感器網絡在未來還會有更加廣泛的應用，能給人們的生活帶來更多便利。

4 結語

現階段的無線傳感器網絡還存在一些有待解決的問題，比如分散的節點收集的數據量非常大，存在數據的積壓問題，這樣可能會影響傳感器的使用性能；現在最大的問題就是安全保密問題，現存的每個傳感器網絡都存在這樣一個問題，這值得每個無線傳感器網絡愛好者努力研究解決。

[1]張曦煌.無線傳感器網絡的研究—無線傳感器網絡路由優化與維護算法[D].無錫：江南大學，2008.

[2]孫亭，楊永田，李立宏.無線傳感器網絡技術發展現狀[J].電子技術應用.2006（6）：1-5.

[3]杜曉明，陳巖.無線傳感器網絡的研究現狀與應用[J].北京工商大學學報，2008（1）：41-43

[4]趙洪磊，王英龍，張先毅.無線傳感器網絡熱點問題的研究[J].信息技術與信息化，2008（2）：50-52.

Research on wireless sensor networks

Baosarenna
（Computer and Information Engineering School of Inner Mongolia Normal University, Hohhot 010022, China）

In the information age, information’s receiving, processing and analysis process is very important for users. Especially the receiving link information, if the information collected is not complete, wrong or not received, the follow-up work could not be carried out. The wireless sensor is a kind of tools designed to receive information through the network. The operation, make people to collect the information you want. Wireless sensor network node possesses the features which is intelligent, low power consumption and can receive a lot of information, the working sensor cannot do without the network. The current situation of the development of current wireless sensor technology characteristics and application prospects are discussed in this paper.

wireless sensor; network technology; information receiving; intelligent

包薩仁娜（1980— ），女，內蒙古通遼，碩士，講師；研究方向：網絡技術。