無線傳感器網絡技術要點分析

黃耀華

（江蘇省淮安技師學院，江蘇 淮安 223001）

無線傳感器網絡主要由傳感器單元、 數據處理單元、無線接收單元、電池單元等共同構成，具有多功能、低耗能、使用率較高、成本較低的優勢。 在實際使用的過程中，無線傳感器能夠借助節點中的傳感器單元收取周邊的環境數據，比如空氣濕度、溫度、光照、空氣壓力等，形成物理參數，通過傳感器網絡傳輸到數據處理單元中，通過數據分析與加工，形成有價值的數據信息。 無線傳感器網絡還具備大規模、自組織、動態性、數據性、可靠性的基本特點，能夠充分適應不同的作業環境，滿足不同的需求，因此能夠被運用于各個領域中，凸顯傳感器技術優勢[1]。

1 無線傳感器網絡及其結構分析

1.1 無線傳感器網絡定義

無線傳感器網絡又稱為“WSN”，是一種分布式傳感網絡，其末梢是能夠檢測與感知到外界變化的傳感器，其中的傳感器單元通過無線通信單元進行數據傳輸， 這一網絡結構具有設置靈活、設備可變更的特點，還能夠與互聯網進行連接，形成一個具有多條自組織的網絡結構。 無線傳感器網絡逐漸運用于軍事、環境監控、醫療衛生、智能交通等各個領域中。 無線傳感器網絡具備數據采集、數據傳輸、數據處理、傳輸網絡覆蓋區域內的對象信息等功能； 無線傳感器單元類型較多， 包括地震探測傳感器單元、光強度探測傳感器單元、土壤成分傳感器單元、壓力傳感器單元、移動物體探測傳感器單元等，能夠充分滿足不同的應用要求。

1.2 無線傳感器網絡結構分析

結合上述傳感器網絡定義內容， 根據目前現有傳感器網絡體系進行分析，可以發現，其結構主要由傳感器節點EndDevice、管理節點與匯聚節點Router 共同構成。

在實際使用的過程中，大量的傳感器節點被分布部署在監測區域內部， 通過自組織的方式構建形成網絡體系，此時傳感器節點獲取到的監測數據會通過附近的傳感器節點進行傳輸， 這些數據可能被多個傳感器節點進行處理，經過多次傳輸之后匯聚到節點中，最后通過衛星或者互聯網渠道達到管理節點中，由技術人員對管理節點中的數據進行配置與管理，獲取監測數據，分析監測結果[2]。

關于“傳感器節點”，其具有一定的信息獲取能力、傳輸能力、儲存能力與通信能力，多個傳感器節點主要負責搜集被區域內的數據信息，同時對其他節點傳輸過來的數據信息進行儲存、整理與融合，實現多個節點協同合作完成任務的模式。

關于“匯聚節點”，具有數據處理能力、數據儲存能力、通信能力， 這一節點是連接傳感器與外部網絡的重要關卡，能夠實現協議之間的轉換，能向傳感器節點發布任務，將節點搜集到的數據發布到外部網絡中。 在實際運行的過程中，能夠利用匯聚節點，將獲取的信息數據編成資料文件，分析傳感器節點儲存的代碼與協議，修改程序代碼，將其加載到傳感器中。

關于“管理節點”，具有動態管理功能，負責整個無線傳感器網絡的運行管理，能夠為技術人員獲取與操作無線傳感器網絡提供平臺。

2 無線傳感器網絡技術基本特點及常見應用

2.1 無線傳感器網絡技術基本特點

結合無線傳感器網絡實際情況，可以發現，其具備以下基本特點：

1）大規模。 在實際應用的過程中，技術人員為了在最大范圍內獲取最精準的信息，往往會在監控區域內布置大量的傳感器節點，設置成千上萬的節點，形成較大的傳感器網絡節點規模，分布于較大的地理區域內，比如對大興安嶺森林內進行傳感器監控，設置大量的防火探測傳感器節點。 此外，技術人員還可以通過增加較小空間內的傳感器節點密度提升信息獲取精準度。 通過布置大規模的傳感器節點，能夠以不同的空間視角獲取信息，提高細膩的精確度與覆蓋性， 從而降低對單個傳感器精度的要求，避免出現由于個別傳感器運行狀態不佳引發的信息數據不準確問題，避免出現傳感盲區[3]。

2）自組織。 在傳感器網絡的構建過程中，技術人員通常需要將傳感器節點放置于沒有基礎結構的區域， 但是傳感器的節點放置位置是不能夠提前設定與精確設計的，各節點之間的關系也是無法預測的，而是通過無人飛機播撒的方式設置傳感器節點，促使森林中覆蓋傳感器，保證傳感器能夠深入深林區域。 這就要求傳感器網絡具備自組織的能力， 能夠通過聯系周邊傳感器節點自行匹配，聯系成為節點網絡，構建拓撲控制機制，自動形成傳感器監控數據網絡系統，發揮自組織優勢。

3）動態性。 在實際運用的過程中，傳感器網絡的運行狀態并不是一成不變的，而是會隨著周邊環境的變化、時間的推移而逐漸發生變化的，是具備動態性的。 若電能耗盡，則會出現傳感器節點失效、故障的問題；周邊環境的條件變化可能會引起無線通信線路的中斷， 出現數據傳輸鏈斷開的情況。 此外，以森林監測為例，傳感器感知對象與觀察人員皆具備移動性與變化性， 這就要求傳感器需要具備較強的動態適應能力。

4）可靠性。 傳感器網絡技術的應用領域主要是人類無法適應的工作環境，或者是人類無法深入的區域，這就表示傳感器節點及網絡技術需要面對惡劣的工作環境，比如：露天、風雪、暴曬、雨淋、動物破壞等；且在傳感器節點部署時是通過飛機播撒的方式， 這就要求傳感器節點本身具備較強的可靠性，自身堅固不易損壞[4]。

5）數據性。 數據是傳感器網絡運行過程中的重要元素之一，傳感器網絡是一種任務型的網絡結構，主要就是利用傳感器節點獲取的數據信息完成運行任務。 在技術人員使用傳感器網絡時， 可以將自己的目標關鍵詞輸入網絡結構中，同網絡結構中獲取特定事件的相關信息，因此，可以說，傳感器網絡是以數據為中心的[5]。

2.2 無線傳感器網絡技術的常見應用

結合上述內容，可以發現，無線傳感器網絡技術具有較強的應用價值與應用優勢， 且其在大規模應用方面具有良好的發展空間。 根據目前無線傳感器網絡的應用情況，可以發現，其主要運用于以下領域：

1）環境監測領域應用。 在現代社會中，人們對自然環境的關注程度逐漸提升，對環境監測的要求逐漸提高，這就需要采集更多的環境監測數據， 而無線傳感器網絡技術的出現則為人們提供便利。 技術人員將無線傳感器節點通過無人機播撒到森林深處，更加深入、全面的獲取森林環境信息， 及時發現森林火災、 蟲害及自然災害的苗頭，及時提出解決措施，將危害扼殺在搖籃中，以此體現無線傳感器網絡技術的應用優勢。 此外， 還可以檢測洞穴、海洋、土壤等不同區域，還可以應用于農業領域，實施監測土壤、空氣數值，為我國農業現代化發展提供助力。

2）醫療護理領域應用。 在現代醫療衛生水平不斷提升的過程中，“智能醫療”“智慧醫療”成為熱門詞匯，技術人員將無線傳感器網絡構建于智能病房中， 全面監測病房中的微塵指數、 把控居住者的基本身體特征， 比如血壓、呼吸與脈搏，監測居住者的24 小時活動情況。 這一技術還可以融入智能家居與智慧養老中，促使其家人、兒女可以遠程觀察老人的身體健康狀態，利用無線網絡通信技術傳遞數據信息，從而方便護理，減緩護理人的負擔[6]。

3） 工業環境領域。 技術人員可以將無線傳感器網絡技術應用于工業環境中，比如礦井、核電廠等，也可以將其運用于工業自動化生產中。 舉例分析，可以在工業生產空間中布置傳感器節點，全面監測、管理各機械設備的運行狀態，有效改善工廠的作業環境，提高工廠作業效率。

2.3 無線傳感器網絡關鍵技術研究——以節點定位技術為例

節點是無線傳感器網絡中的重要構成，節點定位技術是其中的關鍵技術，也是重要技術基礎之一，能夠結合網絡中的已知節點位置分析出其他節點的位置信息。在無線傳感器網絡節點定位技術的應用過程中，需要分別通過信標節點、未知節點進行數據分析，其中信標節點也是“參考點”，而未知節點則為“普通節點”；還存在鄰居節點，系統能夠利用鄰居節點的信息對其通信半徑內的其他節點進行數據獲取。 在這一技術應用的過程中，技術人員可以操作系統，利用已經節點位置信息為(x1，y1)，設位置節點位置信息為M，假設B 位置為(x，y)，則A 到B 的距離為d1，得到：d12=(x-x1)2+(y-y1)2；之后，技術人員引進AHLos 算法，對x、y、x1、y1 等不同位置信息數值進行操作，通過數據傳輸達到時間估算節點之間的距離，從而得到相鄰節點的坐標位置，為技術人員獲取的各個節點的信息提供精確位置， 促使技術人員能夠清晰知道監測數據的具體位置來源，把握監測環境中的細微變化，凸顯技術應用價值[7]。

3 結語

綜上所述，無線傳感器網絡技術是目前較為新穎、科學的技術，能夠影響人們生活的方方面面，融入各個領域中，為我國社會的進步與發展提供重要驅動力。 結合對無線傳感器網絡的分析，可以發現，關鍵技術是無線傳感器網絡發揮作用的重要元素，不同的關鍵技術具有不同的效果，人們可以結合實際需求，引入大數據傳輸與處理技術、節點定位技術等不同的技術，促使無線傳感器網絡具有不同的功能，能夠滿足教育、交通、治安等不同領域的應用需求。