面向物聯網的無線傳感器網絡綜述研究

段軍雨 侯俊丞

摘 要：文中介紹了無線傳感器網絡和物聯網的基本概念及關鍵技術，對物聯網方面無線傳感器網絡的應用進行分析，并且將在學習課程的過程中進行歸納總結，提出部分發展新思路，對面向物聯網的無線傳感器網絡進行相關展望。

關鍵詞：物聯網;無線傳感器網絡;新興發展;網絡優化;信息化時代;互聯網

中圖分類號：TP274文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）04-00-02

0 引 言

物聯網的發展應用為人們的日常生活帶來了很大便利，無疑物聯網應用已經成一種發展潛力極大的技術手段。無線傳感器網絡的“誕生”，一度成為當今信息領域研究的熱點之一，更被應用到社會的各個方面，如軍事領域、農業領域、工業領域、醫療領域、智能交通與家居等，而無線傳感器網絡在這些領域新方向的發展中將扮演著“重要角色”。無線傳感器作為支持物聯網發展的關鍵技術，對面向物聯網的無線傳感器進行研究有著很大的意義。

1 物聯網與無線傳感器網絡概述

1.1 物聯網概述

物聯網（Internet of Things，IoT）是在互聯網基礎上發展起來的，是互聯網技術的延伸與拓展。其主要特點是通過運用其內含有的識別、感知、通信等技術，將物體與物體連接，并實現信息共享，運用其自身連接的特點，將用戶自身與互聯網或其他控制設備相連，實現新型信息化控制。物聯網起初應軍事需求而發展，在其應用前景不斷被發掘的同時，伴隨著傳感器網絡技術的迅速發展，物聯網相關技術的應用也越來越普遍。

1.2 物聯網關鍵技術

物聯網所包含的關鍵技術分為軟件和硬件兩部分。軟件技術主要包括信息管理技術、自組織管理技術和安全技術;硬件技術包括無線傳感器網絡、射頻識別技術、智能嵌入式技術和納米技術。

1.3 無線傳感器網絡的概述

無線傳感器（Wireless Sensor Networks，WSNs）是一種通過分布式傳感通信網絡，用其末梢感知和檢查外部世界的傳感器。無線傳感器通過無線通信方式形成了一種多跳自組織網絡，它可以協作感知、采集、處理和傳輸網絡覆蓋地理區域內被感知對象的信息，并最終把這些有價值的信息和相關領域發送給網絡所有者[1]。無線傳感器有多個特點，如大規模、自組織、動態性、可靠性、以數據為中心等，這些特點的核心都在不斷適應當今時代發展的需求，應對著信息的飛速發展。

1.4 無線傳感器網絡結構特點

無線傳感器網絡的結構一般由傳感器節點、網聚節點、服務器終端用戶組成。許多傳感器節點以自組織形式在環境中隨機分布，其監測到的數據信息通過傳送，匯聚到網聚節點進行分析與處理，網聚節點再利用Internet或者GPRS將數據傳輸到服務器終端，用戶便可查看和分析收集到的數據信息。無線傳感器網絡結構如圖1所示。

2 無線傳感器網絡關鍵技術

2.1 網絡信息處理技術

在處理信息時，根據不同的信息功能，能夠將無線傳感器網絡劃分為多類信息服務，并建立起較為靈活的服務結構，再將其中的各個功能按類劃分，傳導相應數據。付俊松[2]提到，目前網內信息處理技術主要包括數據聚合、查詢、融合、壓縮、挖掘、預測以及協同處理等研究內容，已經被廣泛應用于無線傳感器網絡。理論和實驗表明，網內信息處理技術對于降低網絡數據傳送量、減小數據傳送時延、提高監測數據質量、延長網絡壽命等具有重要作用。

2.2 網絡安全技術

在面對物聯網無線傳感器網絡的安全問題上[3]，由于VPN、硬件防火墻等多種因素的影響使得入侵者破解密碼而獲得權限，從而對無線傳感器的網絡安全造成很大威脅。因此如何規避黑客、病毒等因素對網絡安全造成的影響，采用有效的安全控制技術尤為重要。目前關于無線傳感器的網絡安全技術主要包括混沌加密技術、密鑰管理以及防火墻技術等，雖然取得了一定成果，但受其自身物理特性和外界因素的制約與影響，還有很多領域需要探索。

2.3 網絡使用技術

無線網絡傳感器具有通信功能，在網絡運行過程中，須遵守網絡通信協議的規定，關于無線傳感器網絡的通信功能，則以TCP/IP協議為網絡的基礎協議，實現無線傳感器的信息傳輸。無線傳感器在使用的同時，定位技術也尤為關鍵，在人類探索的盲區部署大量傳感器節點，并結合現代先進的計算機技術，分布式處理大量采集信息，不僅能夠提高監測精確度，系統還能擁有很強的容錯性能。

3 面向物聯網的無線傳感器網絡優化

無線傳感器網絡作為物聯網的重要組成，逐漸成為與人們生活、服務息息相關的組成部分，隨著技術的發展與科學的進步，面向物聯網的無線傳感器也應該進一步優化，從而滿足人們不同的需求。徐拓[4]在文章中所說，無線傳感器網絡優化需要對網絡協議技術進一步完善，首先在滿足個體個性化需求的同時，盡量避免對傳統無線傳感器網絡的復雜設置。另一方面，在深入探尋相關數據信息的過程中，能夠積極利用IP技術優化通信協議，進而使數據信息更加簡易有效，為技術人員在改進技術工作方面提供寶貴經驗。在優化的同時，也要求相關技術人員對低能耗技術的研發進一步加強，盡可能降低無線傳感器網絡節點的能耗，響應當今時代環保節能的號召。

4 關于面向物聯網的無線傳感器網絡發展新思路

4.1 低耗能無線傳感器

對于任何一個能源供應的器械來說，節能低耗無疑非常重要。如今隨著物聯網的普及，無線傳感器逐漸走進家家戶戶，對于無線傳感器系統能耗的要求也越來越高。傳感器節點比較小，所儲能量十分有限，所以降低耗能就是關鍵所在。設計者在設計精巧傳感器的同時，也要對無線傳感器與傳統傳感器網絡加以區分，并根據不同的傳感器系統功能來解決耗能問題。

4.2 普通環境下無線傳感器研究趨勢

在不同的無線傳感器應用背景下，要求不同的網絡支持策略和服務形式，所以研究者更加關心無線傳感器的差異性，這是在不同應用背景下無線傳感器開發所注重的。同時，這也是無線傳感器網絡區別于傳統網絡的一個顯著特征。曾東在無線傳感器網絡研究中提到[5]，用戶在不同的時間、地點滿足自身需求從而促使物聯網產生不需要根據周邊環境和時間便可自由獲取滿足自身需求的條件。物聯網應充分利用其技術優勢，建立滿足多種需求的網絡支持策略與服務形式，拒絕應用帶來的無線傳感器設計差異復雜性。

4.3 IP數據信息不同情況下的網絡發展

在物聯網逐漸普及使用的過程中，海量的數據信息隨之而來。研究者需要對IP技術進行探索和研究，盡可能實現對物聯網尋址的統一方法。由于不同的地理信息和網絡環境，使得IP數據信息存在或多或少的差異，在數據匯集的時候容易產生偏差，因此，統一的方法尤為重要。

4.4 基于多宿主形式的網絡傳輸

無線傳感器作為物聯網的重要組成部分，是其獲得外部信息的重要手段之一，為提升物聯網的有效性與可靠性，多宿主形式能夠提高信息獲取的便利性。在網絡傳輸過程中，無線傳感器所采集的數據信息則是通過多條鏈路傳輸到上層網絡，與之類似地通過多條鏈路進行傳輸也適用于從上而下的指令。段蘇峰[6]《無線多媒體傳感器上的高效的多宿主傳輸系統》中提到，該形式下的無線傳感器網絡能夠使傳輸鏈路更加穩定，傳輸更加迅速、準確。

5 結 語

伴隨著當今信息時代的飛速發展，網絡已深入到人們生活的各個方面，給社會帶來前所未有的改變。無線傳感器網絡作為網絡的重要感知技術和物聯網的重要組成部分，定會給物聯網帶來多元化的發展。雖然如今面向物聯網的無線傳感器網絡技術相對較高，但也存在很多不足與挑戰，仍要對無線傳感器網絡進行優化與創新，持續增加人們對物聯網的認知與應用，努力使其成為物質世界與虛擬世界的重要接口。

參 考 文 獻

[1]黃鋒，劉士興，顧勤東.無線傳感器網絡節點概述[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2008，31（8）：1208-1210.

[2]付俊松.無線傳感器網絡網內信息處理關鍵技術研究[D].北京：北京交通大學，2018.

[3] ANALYTICS C.Internet of Things：Connectivity vs Vulnerability by Content Specialist-Engineering[Z].2018.

[4]徐拓.面向物聯網的無線傳感器網絡研究[J].時代農機，2018（7）：249.

[5]曾東.普適計算環境下無線傳感器網絡研究[J].數字通信，2012，11（6）：43-46.

[6]段蘇峰，董瑜.無線多媒體傳感器上的高效的多宿主傳輸系統[J].計算機科學與探索，2018，12（3）：393-402.

[7]張帥.面向物聯網的無線傳感器網絡節能技術研究[D].北京：北方工業大學，2017.

[8]杜鵬飛.面向最優信息質量的無線傳感器網絡資源分配[D].西安：電子科技大學，2017.

[9]姜冰，吳韶波，李雨謙，等.D2D技術與無線傳感器網絡比較研究[J].物聯網技術，2018，8（5）：30-31.

[10]李婧，溫蜜，薛梅.面向電網監測的無線傳感器網絡關鍵技術研究[J].上海電力學院學報，2017，33（4）：367-371.