無線傳感器的網絡技術應用分析

張俊蓮 史媛

摘要：無線傳感器網絡技術是一種集信息收集和信息處理于一體的新技術。具有重要的科學技術意義和廣闊的應用前景。本文主要討論了無線傳感器發展現狀，系統地討論了無線傳感器網絡的當前應用領域和實際應用中的關鍵技術。

關鍵詞：無線傳感器；網絡技術；應用

1 前言

無線傳感器網絡（WSN）是由大量具有計算能力和無線通信能力的傳感器節點組成的無線網絡。其目的是收集和處理網絡覆蓋地理區域中感知對象的信息，并將其提供給觀察者。與傳統的無線網絡相比，無線傳感器網絡由于功耗低、成本低、布局靈活、監測精度高而得到了廣泛的應用。

2 無線傳感器網絡的發展現狀

在無線傳感器網絡的發展歷史中，美國是第一個從事無線傳感器網絡研究的，其發展的目的是滿足軍方偵查軍用系統的需求，所以研究的方向主要是傳感器網絡中的通信和計算問題，這種最先由軍事需要發展起來的無線傳感器網絡技術，在經過網絡技術的革命和網絡思想體系的革新之后變得越發的成熟，也由此推動了無線傳感器網絡的發展。對于我國而言，無線傳感器網絡的發展是比較晚的，但是我們國家對于無線傳感器網絡技術的發展高度重視，在短短的幾十年時間內，我國在研究、應用和標準化方面已經可以和國際的先進水平相媲美，在無線傳感器網絡技術得到快速發展的同時，隨著“感知中國”計劃的提出，無線傳感器網絡技術已經被應用于國家層面并且已經進入到戰略實施階段，這表明“感知中國”計劃的提出對中國的無線傳感網絡產業起到了一定的促進作用，無線傳感器網絡產業的發展面臨著一個巨大的機遇。

3 無線傳感器網絡的體系結構

3.1無線傳感器網絡節點的結構

無線傳感器網絡是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點以無線多跳通信方式形成的自組織網絡系統，其中的傳感器節點能夠協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息，并發送給用戶。無線傳感器網絡中最基本的組成要素是傳感器節點，它由數據采集單元、處理器單元、數據傳輸單元和能量供應單元四部分組成。數據采集單元負責監測區域內信息的采集和數據轉換，借助形式多樣的傳感部件，傳感器節點能夠感知溫度、濕度、噪聲、移動物體的大小、速度和方向等信息。處理單元負責控制整個傳感器節點的操作、存儲和處理數據信息。數據傳輸單元負責與其他傳感器節點交換控制信息和傳輸采集到的數據信息。能量供應單元為傳感器節點各部件提供運行所需的能量，通常采用微型電池。

3.2無線傳感器網絡的體系結構

無線傳感器中的節點所收集到的有用消息經過多跳的轉發，最后把傳感器所收集到的有用消息發送給目標用戶供其使用，無線傳感器網絡的系統構架包括分布式的無線傳感節點組、匯集的主節點、傳輸媒質以及客戶端。無線傳感網絡里面的節點通常都是采用人工安裝、飛行器拋撒等方法達到讓無線傳感器網絡中的節點隨意分散在待監測的地方。把傳感網絡當做中心，在傳感網絡的感知區域里面，許多無線傳感網絡節點用無線自組網的形式來進行通信，其中所有的無線傳感器節點都可以作為一個路由器，另外所有的無線傳感器節點都有著具備動態搜索、實時定位以及自主恢復聯接的能力，無線傳感器的節點會把它監測的物理信息以初步的數據處理以及信息融合的形式傳遞給觀察者，信息傳送的方法是采用相鄰無線傳感器節點之間的接力傳遞，并且最后發送給基站，最后基站采用衛星信道或者有線網絡的聯接方式發送給觀察者。

4 無線傳感器網絡的實際應用

4.1國防軍事領域

在軍事作戰中，通過飛機空投等方式，將大量微型的無線傳感器節點任意散布在預定檢測區域，這些節點可以監測周圍環境的變化，以及對方發射炮彈等武器的微觀數據，由此確定戰場的實時狀態。此外，由于無線傳感器網絡具有可快速部署、分布隨機、可自組織、適應惡劣環境、隱蔽性強和高容錯等特點，它能實現對敵軍兵力部署和裝備的監控、目標的定位、戰場的實時監視、戰場評估等功能，可以有效降低傳統的靠偵查兵收集情報所造成的犧牲。同時，當部分傳感器失效后，無線傳感網絡作為整體仍能完成觀察任務。因此，傳感器網絡在探測和獲取敵軍情報、有效監控戰場上的實時狀態方面引起了廣泛的關注。

4.2醫療健康

無線傳感器網絡在醫療健康領域也嶄露頭角，由于無線傳感器網絡節點體積小并采用無線通信技術，與固定的醫療設備相比具有可攜帶、實時監測、功耗低、可定位等優點，可以為遠程監護、急救、病因診斷、醫療設備追蹤、藥物管理、醫生護士定位等醫療需求提供新的解決方案和技術手段，通過給病人佩戴專用的無線傳感器節點，例如生理傳感器（心電、脈搏、呼吸、體溫等）、環境傳感器（溫度、濕度、光強度等）等，對病情進行實時監測。這類醫療傳感器系統穩定，出錯率低、微型，便于攜帶，總之，無線傳感器網絡在醫療健康領域的應用為實現遠程醫療監控提供了可能。

4.3環境監控

傳統的環境監測方式采用人工監測，耗費了大量的人力物力，卻很難保證監測結果的實時性和準確性，而無線傳感器網絡技術則為環境監測帶來了極大的便利。比如在溫室大棚中就可以利用傳感器實時監測棚內溫度、土壤濕度、光照強度等數據，并根據數據實現無人值守情況下的智能調溫、灌溉等功能，大大提高了工作效率。

4.4災害預測

近些年來，災害預測越來越受到人們的關注，但由于覆蓋范圍廣，檢測時間長，測量數據多等特點使得災害預測十分困難。無線傳感器網絡技術由于其容量大，壽命長和可定制應用等特點很好的解決了災害預測中的困難，如在森林防火中，無線傳感器網絡就可以大范圍的覆蓋整個森林，并對溫度、煙霧等信息進行采集，以防止火險發生，在災害發生后，無線傳感器網絡也可提供起火點、火場溫度、過火面積等數據來幫助救援人員實現有效救援。

5 總結

無線傳感器網絡技術作為現代生活工作中應用廣泛的信息技術，不但與人們生活的方方面面有緊密聯系，我們更是要對無線傳感器網絡的無線通信模塊加大注意力，以此實現無線傳感器與國家軍事、環境、醫療、城市交通管理等方面的對接，從而更好地服務于人類，促進人類的進步。

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