無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點及應(yīng)用

郭祥東

摘 要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種現(xiàn)代化的先進網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它為國家的現(xiàn)代化發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。因此，研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點及應(yīng)用具有重要意義。本文介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成，講解了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點，說明了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一些具體應(yīng)用，包括軍事應(yīng)用、醫(yī)療衛(wèi)生應(yīng)用、環(huán)境及農(nóng)業(yè)方面應(yīng)用以及智能家居建筑中的應(yīng)用等等。

關(guān)鍵詞：無線傳感器；網(wǎng)絡(luò)；技術(shù)

中圖分類號： TP393 文獻標(biāo)志碼：A

0 引言

近些年，國家相關(guān)主管部門加大了對無線通信技術(shù)的研究和發(fā)展力度，尤其是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)并不是一個單一的學(xué)科，而是需要很多專業(yè)交叉使用，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)形成一個龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它是由感知、計算、通信等功能集成的一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，按照應(yīng)用者的相關(guān)具體要求，可以對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行設(shè)定，覆蓋一定的感知范圍。

目前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)應(yīng)用非常廣泛，本文首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成，講解了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點，并說明了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一些具體應(yīng)用，包括軍事應(yīng)用、醫(yī)療衛(wèi)生應(yīng)用、環(huán)境及農(nóng)業(yè)方面應(yīng)用、智能家居建筑中的應(yīng)用等等，最后提出關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展期望，希望能夠為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)進度提供參考。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要由四大部分組成，包括節(jié)點、傳感網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星和用戶這4部分。其中，節(jié)點一般是通過一定方式將節(jié)點覆蓋在一定的范圍，整個范圍按照一定要求能夠滿足監(jiān)測的范圍；傳感網(wǎng)絡(luò)是最主要的部分，它是將所有的節(jié)點信息通過固定的渠道進行收集，然后對這些節(jié)點信息進行一定的分析計算，將分析后的結(jié)果匯總到一個基站，最后通過衛(wèi)星通信傳輸?shù)街付ǖ挠脩舳耍瑥亩鴮崿F(xiàn)無線傳感的要求。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種比較新穎的傳輸技術(shù)，它主要有以下技術(shù)特點：

（1）節(jié)點的電源能力。一般情況下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點電力是由電池提供的，每個節(jié)點都需要一個電力來源，如果電池電量用完，節(jié)點將不能繼續(xù)正常使用。

（2）節(jié)點布置多。按照監(jiān)測范圍的要求，范圍越大，節(jié)點布置的就越多。而且為了取得更加準(zhǔn)確的內(nèi)容，就必須將節(jié)點布置的更加細密，增加節(jié)點信息的數(shù)量，當(dāng)出現(xiàn)節(jié)點信息錯誤時也不會影響整個系統(tǒng)判斷的準(zhǔn)確性。

（3）動態(tài)管理。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點時能夠修改或移動的，如果任務(wù)需要就可以將某個節(jié)點轉(zhuǎn)移或停止運行。

（4）自組織網(wǎng)絡(luò)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，一般情況下傳感器節(jié)點的位置不能預(yù)先精確設(shè)定。節(jié)點之間的相互鄰居關(guān)系一般也不能預(yù)先知道，如果通過飛機撒播大量傳感器節(jié)點到面積廣闊的森林中，或者隨意放置在危及人們生命安全的區(qū)域，這樣就要求傳感器節(jié)點具有自組織的能力，能夠自動進行配置和管理。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織性還要求能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動態(tài)變化。

（5）多跳路由。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點通信距離一般要求在幾十到幾百米范圍內(nèi)，節(jié)點只能與它的鄰居直接通信。如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節(jié)點通信，必須需要通過中間節(jié)點進行路由。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由是由普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點完成的，沒有專門的路由設(shè)備。這樣每個節(jié)點既可以是信息的發(fā)起者，也可以是信息的轉(zhuǎn)發(fā)者。

（6）以數(shù)據(jù)為中心。傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點要進行編號標(biāo)識，節(jié)點編號不需要全網(wǎng)唯一。由于傳感器節(jié)點隨機部署，節(jié)點編號與節(jié)點位置之間的關(guān)系是完全動態(tài)的，沒有必然聯(lián)系。用戶需要進行查詢事件時，可以直接將所關(guān)心的事件通告給網(wǎng)絡(luò)，而不是通告給某個確定編號的節(jié)點。網(wǎng)絡(luò)在獲得指定事件的信息后匯報給用戶。

3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)隨著技術(shù)的不斷進步，能夠獲得非常準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為很多領(lǐng)域提供了大量的數(shù)據(jù)支持，在大數(shù)據(jù)發(fā)展的背景下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一定在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。以下重點介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一些主要應(yīng)用，包括：軍事應(yīng)用、醫(yī)療衛(wèi)生應(yīng)用、環(huán)境及農(nóng)業(yè)方面應(yīng)用、智能家居建筑中的應(yīng)用等等。

3.1 軍事應(yīng)用

一些發(fā)達國家已經(jīng)在20世紀(jì)在軍事中實現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究，尤其是在軍事技術(shù)中大量應(yīng)用了這種現(xiàn)代技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠適應(yīng)各種環(huán)境，收集敵軍的情報數(shù)據(jù)，確定對方的任務(wù)目標(biāo)，鎖定主要建筑物等等。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有成本低廉、體積小、能耗小等戰(zhàn)略優(yōu)勢，可以收集環(huán)境氣候的主要參數(shù)，甚至還能收集一些主要金屬的運動情況，從而為作戰(zhàn)部隊提供相關(guān)信息，做到知己知彼，百戰(zhàn)不殆。同時，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在國際反恐工作中也成為不可或缺的角色。

3.2 醫(yī)療衛(wèi)生應(yīng)用

隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展和進步，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)初步應(yīng)用在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域。一些醫(yī)療服務(wù)機構(gòu)已經(jīng)在嘗試通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，在病人的身體或房間內(nèi)設(shè)置采集節(jié)點，時刻收集分析病人的脈搏、呼吸等健康數(shù)據(jù)，及時將這些數(shù)據(jù)進行分析整理判斷，如果病人的相關(guān)身體指標(biāo)超過一定限值時，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠立即提出警報，按照專業(yè)護理人員及時進行救治，確保病人的生命安全。同時，這種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療衛(wèi)生中的應(yīng)用省去了大量的查房、檢測、化驗等護理內(nèi)容，為醫(yī)院和病人都節(jié)省了時間和精力。

3.3 環(huán)境及農(nóng)業(yè)方面應(yīng)用

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境和農(nóng)業(yè)方面也有著大量的應(yīng)用。通過在農(nóng)田里設(shè)置無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，能夠及時了解農(nóng)田里農(nóng)作物的生長環(huán)境，記錄土壤、空氣、水等這些主要環(huán)境中的營養(yǎng)物質(zhì)的含量，分析氣候?qū)r(nóng)作物生長的影響，從而制定一個科學(xué)合理的農(nóng)田管理方案，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。通過在森林、沙漠中設(shè)置無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以時刻了解環(huán)境污染情況，了解大自然環(huán)境中瀕危野生動物的生長情況，了解自然災(zāi)害的情況等等，甚至為預(yù)測自然災(zāi)害的工作提供了大量的支持性統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

3.4 智能家居建筑中的應(yīng)用

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對人們的生活也有一定的影響，智能家居建筑就廣泛應(yīng)用了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。通過在家中設(shè)置無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，能夠及時收集家中的溫度、濕度、空氣污染指標(biāo)以及水中的污染指標(biāo)等數(shù)據(jù)，通過分析判斷，可以調(diào)整不合適的環(huán)境指標(biāo)，讓人們的生活居住更加舒適，更加便捷，更加現(xiàn)代化。在建筑物中通過設(shè)置無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，能夠長期的監(jiān)測建筑物中混凝土、鋼筋等情況，將這些信息反饋給相關(guān)主管部門，如果需要進行維修時可以及時進行維修，避免建筑物發(fā)生垮塌，減少人員傷亡或財產(chǎn)損失。

3.5 其他應(yīng)用

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以應(yīng)用在一些非常危險的環(huán)境中，它可以根據(jù)要求，設(shè)計和制造出滿足相關(guān)環(huán)境要求的節(jié)點，將收集的數(shù)據(jù)進行整理、分析，傳送到人們可以正常工作的地方，從而減少了人類的生命安全風(fēng)險，也為人類探索世界未知領(lǐng)域提供了更多的技術(shù)手段。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以應(yīng)用在自動化領(lǐng)域，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以大量減少工廠中的員工數(shù)量，將一些日常的檢查、分析、數(shù)據(jù)采集等工作交由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)完成，從而減少了工程的人工管理成本，也降低了人為操作的失誤概率，同時能夠降低企業(yè)管理成本，大大縮短生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)效率。

結(jié)語

隨著國家改革開放、工業(yè)發(fā)展現(xiàn)代化以及人們生活水平不斷提高的過程中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有很多的技術(shù)優(yōu)勢和特點，它能夠全方位的在軍事領(lǐng)域、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境及農(nóng)業(yè)方面、智能家居、工程建筑、自動化、工業(yè)化等領(lǐng)域范圍得到更多的應(yīng)用。目前，各國也正在加緊對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究和應(yīng)用，可以預(yù)測，未來的世界將是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的世界，它為人們生活帶來便利的同時，也提高了勞動生產(chǎn)效率，提高了現(xiàn)代工業(yè)的自動化水平，具有非常大的市場應(yīng)用價值。

參考文獻

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