論無線傳感器網絡的特點及應用

葉寧

摘 ?要：宏觀信息化生態下，信息技術在我國的發展已然相當成熟，并推動著各行業的深度變革，產出了巨大的應用價值。在此過程中，無線傳感器作為一個分布式的自組織網絡，以數據應用為目的，大規模、高密度、動態性等特點，爆發出了巨大的應用潛力，并廣泛應用于軍事、環境監測、醫療健康、智能家居等領域。該文基于對無線傳感器網絡特點的分析總結，就其在主要領域的應用進行了探究。

關鍵詞：互聯網 ?無線傳感器網絡 ?技術特點 ?主要應用

中圖分類號：TP212.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2020）12（a）-0053-03

Abstract： Under the macro-informatization ecology， the development of information technology in our country has been quite mature， and it has promoted in-depth changes in various industries， and produced huge application value. In this process， wireless sensors， as a distributed self-organizing network， aiming at data applications， have the characteristics of large-scale， high-density， and dynamics. They have exploded with huge application potential and are widely used in military， environmental monitoring， medical and health， smart home and other fields. Based on the analysis and summary of the characteristics of wireless sensor networks， this article explores its applications in main areas.

Key Words： Internet; Wireless sensor network; Technical characteristics; Main applications

無線傳感器網絡簡稱WSN，它是一種分布式的傳感網絡，其網絡末梢可對分布于外部世界的各類傳感器，進行自動探查、感知。在WSN網絡系統中，傳感器的信息通信方式主要以無線的方式進行，因此相比較傳統有線網絡而言，無線傳感器網絡設置更為靈活、多變，可根據具體需要對無線傳感器位置進行隨時調整，在接入互聯網時更是可以自由選擇無線抑或有線形式。從系統組織構成而言，無線傳感器網絡是由大量或移動、或靜止的傳感器以多跳和自組織的方式構成。從主要任務方面來看，無線傳感器網絡主要負責對網絡覆蓋地理區域范圍內所有能夠被感知到的對象的網絡信息進行感知、采集、處理，并最終將這些信息傳輸到網絡管理終端。在由信息技術主導的新時代發展中，無線傳感器網絡的研發亦是取得了顯著成效，實現了人們與現實世界的遠程交互，可根據需求進行監測范圍內的各種變量信息采集，經過系統處理后，實現數據應用的目的，在現代社會發展中的應用愈加廣泛化，如地震、溫度、濕度、光強度、電磁、噪聲、壓力、速度、方向等現象的監測、探查都會用到專門的無線傳感器，其應用領域更是包含了家居、醫療、工業、保健、救災、航空、軍事、防爆、商業等各個領域當中，并憑借自身優勢特點在各領域中都創造了巨大價值，相關類課題研究備受關注。

1 ?無線傳感器網絡的特點

根據中國物聯網校企聯盟的研究，無線傳感器網絡的發展大體經過了3個階段，即傳感器、無線傳感器、無線傳感器網絡，最早可追溯到越戰時期，歷經上百年的創新探尋，已然取得了非凡的成就，國際上公認為繼互聯網之后的第二大網絡，并表現出了巨大的應用前景，包括安全監控、智能交通、環境監測、智能家居等。在整個無線傳感器網絡體系構成中，主要包括節點、傳感網絡、衛星以及用戶四大要素。其中，傳感器節點又包括傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊4個部分組成，能夠按照一定方式進行需求范圍的全覆。傳感器網絡的功能負載，是收集所有節點信息，通過分析計算反饋到一個基站，繼而通過衛星通信傳輸到指定用戶端。綜合來講，無線傳感器網絡具有大規模、自組織、高密度、集成化、動態性以及以數據為中心等特點。無線傳感器網絡的大規模特性，是為了獲取更為精準的信息反饋，監測范圍內的傳感器節點部署可能高達上萬個，并由此表現出了良好的容錯性。同時，無線傳感器網絡結構中，并沒有預先設置中心節點，所有節點的權限均等，并通過分布式算法進行協調，因而可隨時切除或加入部分節點，并不會影響網絡系統的穩定運行。另外，相較于以連接為中心的傳統網絡，無線傳感器網絡強調以數據為中心，其本身為滿足某些任務要求創建，可進行各階段數據的聚合、緩存和壓縮。

2 ?無線傳感器網絡的應用

如上分析，正是基于無線傳感器網絡的特點優勢，使之在多個領域的應用成為了可能，并創造了巨大價值。該節著重就無線傳感器網絡在軍事領域、醫療健康、環境監測以及智能家居中的應用進行了探究，相關具體表述如下。

2.1 軍事領域

作為無線傳感器網絡應用最早的領域，軍事研究已然獲得了不錯的成果，其本身部署密集、可自組織、容錯率高等優勢特點，可很好地適應惡劣的戰爭環境，滿足了C4ISRT戰場指揮系統命令、控制、通信、智能、偵查、監視以及定位一體化需求，進而為指揮決策提供豐富的數據信息支持，高密度的無線傳感器網絡部署即使部分節點遭受破壞，亦不會對系統的正常運行產生太大的影響。具體而言，無線傳感器網絡在軍事領域的應用主要體現在幾個方面：一是進行入侵偵查和識別，并實現精準的目標定位，從而有效防控核攻擊或化學攻擊等;二是實時監測敵方兵力、裝備以及戰場部署等情況，做到“知己知彼，百戰不殆”;實時監控國土邊境動態，確保國土安全。正是基于無線傳感器網絡的多重應用優勢，是現代軍事發展的重要方向，對維護國家安全作用顯著。

2.2 醫療健康

“健康中國”戰略視角下，醫療衛生事業改革邁入了新的征程，無線傳感器網絡的應用導入，進一步提升了醫療衛生服務水平，有著十分重要的現實意義。現階段來講，無線傳感器網絡在醫療健康中的應用，主要集中在醫療系統和健康護理兩方面。事實上，一些醫療機構開始嘗試將微型網絡傳感器植入病人身上，對其心率、血壓、心電等生理參數進行動態檢測，并實施傳輸到監護中心，繼而由此了解病人的病情，一旦出現身體指標超限的情況即刻發出警報，第一時間組織搶救，贏得了寶貴的時間，提高了診療水平。同時，無線傳感器網絡在醫療系統中的應用，大大簡化了查房、檢測、化驗等護理流程，相關工作量降低，對緩解我國醫療衛生資源緊缺的難題作用顯著。另外，基于無線傳感器網絡的遠程信息傳輸功能，促進了居家醫療發展和醫療資源配置優化，解決了看病難、看病貴的現實問題。

2.3 環境監測

傳統經濟增長模式下，雖然改善了人們的生活質量，但卻造成了極為嚴重的生態環境污染，威脅著人類社會的可持續發展。綠色生態視角下，社會關乎自然保護的呼聲越來越高，并成為一項世界性議題，其相關實踐需要一定的監測工作實現，以探究生態環境的運行狀態，有針對性地采取有效處置措施，確保了最佳成果。由于自然生態環境的多變性，相關信息采集工作勢必會受到多重因素的干擾，關聯到巨大的實時變量，傳統監測手段效率低、準確性差等不足，無法應對緊迫的自然環境保護形勢。而基于無線傳感器網絡應用，為生態環境檢測、生物群研究、基礎設施運行狀態監測等提供了便利條件，尤其是在野外險惡地區，其應用效果更甚。同時，無線傳感器網絡還可用于農業生產領域，監測農業灌溉、土壤空氣變化、病蟲災害等情況，促進了農作物健康生長，對農業經濟發展有著重要作用。另外，無線傳感器網絡在室內環境監考方面的應用，可實時采集各處的環境參數，動態調整供暖、通風、空調等系統運行，為人們提供了更為舒適的休息空間。

2.4 智能家居

所謂智能家居即是以住宅為平臺，通過物聯網技術將家中的各種設備連接到一起，實現智能化的居住環境，其實現有賴于網絡通信技術、自動控制技術的應用支持，作為時下最為熱門的行業之一，未來發展空間巨大。而無線傳感器網絡應用則是進行遠程控制的關鍵一環，可嵌入家用電器控制結構中，甚至可通過智能手機進行操作，如回家前打開空調、啟動電飯煲等，為用戶提供了更為便捷、舒適的生活體驗。同時，家用無線傳感器網絡的設置，還可進行家庭環境的動態監控，包括濕度、溫度、空氣指數等，并根據相關數據反饋，自動調節相關運行設備，讓人們的生活更加舒適。除卻上述這些，無線傳感器網絡節點在建筑物中的布控，能夠長期監測混凝土、鋼筋等情況，并將信息數據反饋給相關主管部門，有針對性地進行維修，避免了人身傷亡及財產損失等情況，推進了和諧社會的發展。

3 ?結語

綜上所述，無線傳感器網絡具有大規模、自組織、動態性、集成化以及以數據為中心等特點，作為繼互聯網之后的第二大網絡，在現實生活中的應用越發廣泛，包括軍事領域、健康醫療、環境監測以及智能家居等，為用戶提供了更為便捷的信息服務體驗，未來還將作用于其他領域。因此，筆者希望學術界大家持續關注無線傳感器網絡的應用發展，深入探究其功能特點，使之價值得到最大釋放。

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