無線傳感器網絡技術在物聯網中的應用趨勢探討

黃科技

（鎮江技師學院,江蘇 鎮江 212000）

物聯網的出現改善了人類的生活與工作方式，對現代社會發展具有重要意義。為了進一步提升物聯網的應用效果，要加強對多種先進科學技術的應用，其中包括無線傳感器網絡技術，通過提升數據采集質量與效率，達到全面監控與管理的目的。

1 概念介紹

1.1 無線傳感器網絡概述

無線傳感器網絡是指在一定區域范圍內，根據實際需求，部署一定數量與相應類型的傳感器元件，以此構建出一個對整個區域進行全面監測與掃描的網絡。在該網絡內，由于傳感器數量眾多，且這些傳感器具有不同的功能，可全面采集區域內部各方面信息，將這些信息傳輸給控制系統后，可通過對這些數據的分析，得到更加真實、準確的結論，以此為區域管理提供幫助[1]。

1.2 物聯網概述

互聯網技術的快速發展，催生出了物聯網技術，并被廣泛應用到社會各個方面。所謂的物聯網，可從字面上進行解釋，即將物與物有效連接到一起。物聯網的專業定義為：利用射頻識別（RFID）、紅外感應器、GPS系統等技術與工具，將實物與互聯網進行連接，以此促進兩者間信息的交換與傳輸，為提升實物的監測、管理效果提供支持。

2 無線傳感器網絡技術在物聯網中應用的重要性

在社會迅猛發展的今天，社會各界對生產、服務工作提出了更高的要求，只有確保生產與服務工作符合要求，才能推動現代社會進一步發展。在這一背景下，物聯網應用深入各個領域，并取得了良好的效果，促進了社會的發展。然而對現有物聯網技術來說，如檢測范圍較窄，監測指標較為單一等，在一定程度上影響了物聯網技術的應用效果[2]。應用無線傳感器網絡技術可有效改善這一問題。

3 無線傳感器網絡技術在物聯網中的具體應用

3.1 在軍事領域的應用

無線傳感器網絡技術存在諸多優勢，如能夠快速隨機地捕捉、自組織性強、隱秘性能良好且容錯率非常高，正是這些優勢的存在，使其在惡劣環境中也能夠發揮出較大的作用，所以在軍事領域越來越被重視。具體應用時，以無線傳感器技術為依托，結合區域監測的實際需求，確定出適當數量的監測點，然后以此為基礎，利用軍用飛機、火炮等工具，將這些傳感器投放到該區域內，以此對整個區域內部環境予以檢測。為了確保采集數據的全面性，應采用多種不同類型的傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、聲音傳感器等[3]。這些傳感器采集到現場信息后，利用衛星、無線網絡等方法，快速準確地傳輸給操作中心，操作中心對這些數據予以分析，從而得到現場具體信息，從而判斷對方的實力情況，確定各個目標的具體位置，為本方進攻或防守方案的制定提供支持。

3.2 在工業領域的應用

工業是社會發展的重要組成部分，工業的發展直接關系到整個社會的發展。在工業發展過程中，人們也大量應用了無線傳感器網絡技術，如監測工業現場的安全性，監控工業產品的制造質量，對材料、產品現場環境予以全面監控等。應用無線傳感器網絡技術可有效提升工業生產的安全性與質量，有利于工業領域向著更好的方向發展。近年來，計算機技術、無線通信技術與微電子技術等呈現出迅猛發展的態勢，在這些技術共同作用下，工業通信技術向著智能化與規?；姆较虬l展[4]。煤炭開采、電力等行業在運行時，由于內部存在較大的安全隱患，且這些安全隱患會造成巨大的經濟損失與人員傷亡，因此對現場安全性具有更高的要求。如果依然采用傳統監控手段，就不僅需要投入大量的安全管理成本，還難以及時判斷出安全隱患。應用無線傳感器網絡技術能夠全面采集到現場的溫度、濕度、煙氣等信息，通過對這些信息的分析，判斷工作現場是否存在安全隱患，并針對監測結果采取相應的處理方案。

3.3 在農業領域的應用

農業是社會發展的基礎，隨著我國農業科技的快速發展，人們對無線傳感器網絡技術的應用也越來越頻繁，如全面檢測農田周圍環境的溫度、雨水量、土質條件等。通過對土壤結構成分的檢測與分析，可判斷土壤營養成分是否符合農作物的生長需求；通過對周圍環境雨水情況的檢測，可判斷雨水是否符合作物生產情況等；通過對農作物的檢測，可判斷農作物的生長情況，包括是否出現病蟲害等。2002年，英特爾公司在美國俄勒岡建立了全球第一家無線葡萄園，該葡萄園內全部由無線傳感器對園內情況進行監控，并通過傳感器的檢測結果，對整個葡萄進行自動化管理。相對于傳統果園管理手段來說，該管理方法更加智能化與精準化，使葡萄產量與質量大大提升。我國在智慧農業建設過程中，也開始大力推廣與應用無線傳感器網絡技術，以轉變我國傳統農業發展滯后的問題。如在“十一五”規劃期間，我國一科研單位研發出了一款“西北優勢農作物生產精準管理系統”，該系統能夠對西部地區特色農作物的生長狀況與天氣環境等予以全面檢測，以此提升西部地區農業生產質量與效率。

3.4 在醫療衛生領域的應用

目前，我國人口老齡化問題日益凸顯。據調查統計發現，2021年我國老年人增長了48萬，達到了2.67億，占總人口數量的18.9%。對于老年人來說，由于其身體狀況較差，很容易引起一些突發疾病，如果未能及早治療，就會對老年人的生命健康造成較大危害。在看護老年人時，如果采用人工看護，就會增加家庭支出，很多家庭難以承擔，且一部分疾病較為隱秘，人工在看護過程中很難直接、準確地判斷，導致老年人在出現疾病后未能第一時間被發現。在這一背景下，醫療衛生領域逐漸以無線傳感器網絡為基礎，開發了很多用于老年人醫療護理的儀器與設備，通過對這些儀器與設備的應用，可實時采集老人的體溫、血壓、呼吸頻率等數據。通過對這些數據信息的監測，可較為準確地判斷老年人的身體狀況，及時發現老年人的病情。與此同時，將這些數據整理與分析后，還可為藥品的研發提供支持。

3.5 在智能家居領域的應用

現代物聯網領域包含很多方面，智能家居是其中較重要且是現代重點發展領域之一。從根本上來說，智能家居就是高科技的家庭自動化系統，在對家庭電器設備進行控制與管理時，采用了計算機網絡、自動化控制、遠程控制等諸多先進技術，針對不同用戶的具體需求，采用相應的方式予以管理，在保證家庭環境更加舒適的基礎上，提升了電器設備管理的便捷性與安全性，以此為居民用戶提供更加優質的服務。為了達到這一目的，需要準確了解室內環境的具體情況，包括溫度與濕度的高低、室內亮度的強弱等。這些信息的采集需要通過各種類型的傳感器完成[5]。

應用無線傳感器網絡，用戶在戶外撥通家庭電話時，客廳內電話接口模塊根據振鈴次數決定是否摘機，若判定為摘機，該模塊通過語音反饋到戶外電話，提示用戶輸入系統操作密碼；待輸入的密碼得到確認后，用戶獲取智能家居系統執行權，在語音提示下，分別對家用電器進行控制。戶外控制信息經過電話接口模塊進入家庭以太網，并發送到分布在家庭內部的各個終端節點，終端節點分析控制信息，判斷是否為發送到本地的信息以及是否需要執行相關操作。例如用戶在下班回家途中，撥通家庭電話，輸入正確密碼后，在語音提示下有選擇地打開衛生間內的熱水器（操作由衛生間內自動控制模塊執行），打開客廳內的電燈（操作由客廳內自動控制模塊執行），再打開廚房內的電飯鍋，開始煮飯（操作由廚房內自動控制模塊執行）。

3.6 在環境科學領域的應用

在經濟迅猛增長的同時，環境破壞問題日益加劇，嚴重影響社會和諧穩定發展，威脅人類的生活和生存。隨著人們生活水平的逐漸提升，人類對生態環境越來越重視，對自然環境的保護力度也在不斷加強。國內外環保部門在開展環境監測與保護工作時，應用了無線傳感器網絡技術。其中，較為常見的是生物傳感器，通過應用該類型傳感器，可檢測自然空氣中的SO2等有害氣體，及時發現SO2超標的問題，并尋找出引發該問題的主要原因，制定出相應的處理方案，以降低空氣中SO2的含量，加強對酸雨的預防。傳統檢測方法操作非常煩瑣，檢測效率也不高。采用無線傳感器網絡技術，只需要將亞細胞類脂類固定到醋酸纖維膜上，并與氧電極制成安配型生物傳感器，即可直接對SO2予以檢測，操作非常簡單。

3.7 在智能交通領域的應用

無線傳感器網絡還被應用于智能交通領域。近年來，隨著私家車數量的不斷提升，城市交通壓力逐漸變大，交通擁擠的問題突出。如果按照傳統的方式由交警對擁堵區域的車輛進行疏導，不僅需要大量時間，疏導效果也不是很理想。在交通領域應用無線傳感器網絡，可以自動監測道路各個區段的車流量情況，并將這一情況傳輸給車輛駕駛者，由駕駛人員根據各街道的車流量信息，確定最佳行駛路線，以免出現交通堵塞的問題。在現代交通領域，以傳統交通體系為基礎，結合無線傳感器網絡技術，開發出了智能交通系統（ITS），以此對交通運輸系統進行檢測。其中，無線傳感器網絡用于信息的采集、傳輸、策略控制輸出傳輸等多項工作，通過應用該系統，為車輛速度控制、停車管理等提供有力支持。

3.8 在特殊環境領域的應用

在一些特殊環境當中，也對無線傳感器網絡進行了應用。在開發無線溫濕度傳感器網絡系統時，以PIC單片機為核心，選擇集成濕度傳感器與數字溫度傳感器設計出溫濕度傳感器網絡節點的硬件電路，并以此為基礎，在無線收發元件的作用下，完成與控制中心通信的操作，在保證對特殊環境全面檢測的同時，減少能源的消耗，提升通信的安全性與穩定性，為現代社會更好地發展作出重要貢獻。如在運輸與存儲硫酸、天然氣等物品時，由于這些物品具有較高的危險性，很容易出現燃燒、爆炸等問題，不但會造成巨大的經濟損失，而且還會對工作人員的人身安全造成較大危害，而應用無線傳感器網絡可有效避免這一情況的發生。在物品存儲或運輸工具上安裝溫度、濕度等傳感器，通過該傳感器采集存儲或運輸場所的各方面信息，進而以此為基礎，對整個環境予以全面分析，當周邊溫度、濕度超過預設值，或是存儲、運輸工具出現損傷后，監測系統會自動發現這一問題，并向相關人員發出警報，然后由工作人員予以處理，使得問題被及時解決，防止問題進一步擴大而造成嚴重的安全事故。

4 物聯網中無線傳感器網絡技術的發展趨勢

4.1 在智能建筑領域

近年來，商業房地產行業已注重運用物聯網和智能建筑技術為人們提供更加良好的服務。特別是在新型冠狀病毒肺炎疫情頻繁出現的今天，通過應用無線傳感器網絡，能夠加強對環境的管理。例如，在辦公室、酒店等公共區域，安裝大量傳感器節點，通過這些傳感器對人員予以追蹤，顯示區域內的人員數量，以此判斷過度使用與為充分使用區域，從而為清潔服務提供便利，保證人員間的安全距離。

4.2 在醫療保健領域

新型冠狀病毒肺炎疫情的暴發，給醫療保健業帶來了巨大壓力。在這一背景下，醫療領域加強對無線傳感器網絡的應用，可提升服務效率，強化供應鏈管理，并有效控制醫療機構運營成本。例如，部分醫院正在研發無線跟蹤解決方案和實時定位系統，利用該系統構建出醫療資源的動態影像，以加強對醫院資產的管理。通過物聯網設備的應用，可指導患者居家用藥；通過睡眠監測系統的應用，能夠自動監測患者的心率、血壓等情況，以指導患者健康睡眠；通過動態監測患者血糖水平，對患者血糖進行控制等。應用無線傳感器網絡與物聯網能為相關人員提供患者、醫護人員、醫療器械等方面的大數據信息，不但能夠提升醫療護理質量，而且還能為整個醫療結構的發展打下堅實基礎。

4.3 在制造業領域

現代制造業雖然應用了無線傳感器網絡、物聯網等，但是在工作現場依然需要人員進行管理，智能化水平并不是很高。新型冠狀病毒肺炎疫情的暴發大大限制了人員的行為，對制造業正常發展與運營造成較大干擾。所以，在未來發展過程中，制造業應在現有無線傳感器網絡技術的基礎上，加強物聯網建設，進一步提升整個物聯網的智能化水平，減少人員在現場的工作，人員可通過無線傳感器網絡對現場環境、設備予以監控，并通過智能化控制系統遠程對整個工作場所進行控制，以保證生產制作工作順利開展。

4.4 在石油、天然氣領域

石油與天然氣公司以先進的無線連接與低成本傳感器為核心，加強對數字化管理系統的建設，以進一步提升整個行業的發展速度與質量。如在偏遠的地區，安裝大量的無線傳感器節點，以檢測這些區域的具體情況，從而保證整個石油、天然氣領域的安全運行。

4.5 在農業領域

面對世界人口的爆發式增長和自然資源的減少，以及日益嚴重的極端氣候事件的嚴峻挑戰，農業部門面臨極大壓力。為了在最大限度減少資源使用的同時提高產量，全球農民正轉向物聯網和精準農業實踐。通過合并數據源和使用物聯網等新技術，農場活動每公頃可產生約10萬個數據點。這些數據正被轉化為可操作的知識，使農民能夠以較少的資源（如每公頃肥料、水和能源）獲得穩定且更高的產量。最終，這將帶來更高的盈利能力和長期可持續性。

5 結語

綜上所述，現代物聯網建設加快了人們對無線傳感器網絡技術的應用，使其覆蓋到人類生活、社會發展的各個領域，可提升各個領域的監測、控制與管理效果，使各項工作有序開展，從而推動現代社會向著更好的方向發展。