无线传感器网络的特点及应用探析

镇江船艇学院 周 璇

无线传感器网络的特点及应用探析

镇江船艇学院 周 璇

【摘要】本篇概述了无线传感器网络（WSN）的定义以及无线传感器网络的发展历程，着重分析了无线传感器网络的特点，探讨了无线传感器网络的相关应用。

【关键词】传感器；节点；自组织；应用

目前检测技术领域的热点之一——无线传感器网络（Wireless Sensor Networks， WSN） ，是通过无线通信的方式组成一个多调的自组织的网络系统，它由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器控制节点组成，其作用是在协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息并发送给观察者，是随着无线通信技术、传感器技术、片上系统（System on Chip， SoC）技术的发展，而出现的新型的综合性技术。不同于一般的通信网络，WSN的任务不是通信，而是要监视周围环境。具有感知、计算及通信能力的一群微小节点构成了无线传感器网络，这些节点设置在要监视的区域中，采集指定的环境参数，如温度、振动、化学浓度等，并将数据发送到汇聚节点供分析。目前，传感器网络的研究重点不在各种具体的技术，而是应用。要寻找最适合它的应用，并建立实际的应用示范系统。因其在战场感知、反恐、工业制造自动化、分布式机器人、环境监测、建筑物结构监测、自然灾害预防、医疗保健、智能家居、航空管制、交通监控、空间探索等众多领域有着广泛的潜在用途，正在成为世界各国科学家研究的一个热点。

一、无线传感器网络的发展历程

无线传感器网络的发展基本可以划分为四个阶段：

1、20世纪70年代，出现第一代传感器网络，其特点主要是采用点对点传输，实现的功能为简单的信息获取。

2、第二代传感器网络于80年代面世，它能够获取并综合传输多种信息，在网络衔接上采用了串/并接口与传感器的终端相连接。

3、90年代后期的第三代传感器网络，终端开始了采用智能传感器，网络采用的是现场总线连接传感器终端。

4、至今，人们开始大规模研究与开发。无线传感器网络是其特征，第四代的传感器网络融入了无线通信、分布信息处理、智能传感 、嵌入式计算机、DSP和等技术，能够感知、监测和获取各种监测对象的信息，它们传送到信息处理中心后，进行分门别类的处理，这种全新网络集合了信息获取、处理与通信等技术。

二、无线传感器网络的特征

无线传感器网络与传统传感器网络相比，有着明显的优越性，其特点如下：

1、易部署：由于节点通信的无线特性，使其能够简单快速部署在空间的各个位置，减少了布线等环节。

2、网络规模大：由于传感器网络通常部署于地面，受地面障碍物、植被等干扰，无线通信的距离一般较短、通信干扰大、链路质量差、传输速率低。可见，每个传感器节点的能力（资源）是非常有限的，单个传感器节点的作用很小，然而，如果将大量这样的节点以合理的方式组成网络，并且将它们的输出有机地关联与融合，则整个网络可提供远高于单个节点的强大功能。无线传感器网络为我们提供了大规模网络的支持，以ZigBee无线传感器网络为例，它可以支持高达65000多个传感器节点，以协同完成某一工作。

3、自组织性：部署无线传感器网络的目的是监视现场物理环境，在其中获得用户感兴趣的信息，因此我们关心的是从网络中获取的信息而不是网络本身。当网络中的某一节点损坏断开连接或者有新的节点需要加入时，整个传感器网络必须具备自己重新组织或者调整节点间的逻辑连接的功能。

4、廉价性：由于网络节点数目庞大，因此需要在单个节点降低节点的成本。而成本的控制除了必需的硬件设计成本之外就是节点工作时的能源控制。

5、可靠性：很多情况下，需要监测的对象由于区域环境的限制以及传感器节点数目巨大，人工 “干预”每一个节点非常困难，网络的维护难度也很大，有时甚至不可维护。况且传感器网络的安全性和通信保密性也十分重要，必须避免监测数据被盗取和获取干扰的监测信息。所以，传感器网络的软硬件必须具有必要的鲁棒性和容错性。

三、无线传感器网络的应用探析

随着后PC和泛计算时代的来临， WSN集传感、元线通信与网络、嵌入式计算、MEMS、分布式信息处理与数据融合等技术于一体，将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，因其在战场感知、反恐、工业制造自动化、分布式机器人、环境监测、建筑物结构监测、自然灾害预防、医疗保健、智能家居、航空管制、交通监控、空间探索等众多领域有着广泛的潜在用途，正在成为世界各国科学家研究的一个热点。

WSN主要在以下几个方面得到应用：

1、军事领域应用：无线传感器网络源于军事应用。WSN特有的无需架设网络设施、可迅速展开、抗毁性强等特点，是军队在敌对区域中获取情报的重要技术手段，其可以方便地监控我军布防的阵地是否有敌军入侵，监控敌方阵地和敌军活动情况的方式也较为隐密。现代战争的主要特点之一是信息战，而有关战争信息的及时可靠地获取，以及能否快速反应对整个战局的影响至关重要。所以说，借助于无线传感器网络，向指挥部门提供及时准确的信息，在很大程度上将增强国防军事实力。

2、生态环境与灾害监测：生态环境得到越来越多人的关注，在一些较为边远或偏僻野外地区、自然保护区，无法采用固定或预设的有线网络等设施，采用无线传感器网络来进行信号采集与处理将可以解决问题。再者，在遭受水灾、地震、强热带风暴等自然灾害后，固定的通信网络设施（如有线通信网络、基站等网络设施、卫星通信地球站、微波接力站等）可能遭到毁坏甚至无法继续正常工作。在此情况下，就可以依靠无线传感器网络来快速布设的自组织网络，来完成信息的获取与通信。

3、在精确农业方面：传统农业主要依靠人力监测作物的生长状况。采用WSN后可将农业转化为以信息和软件为主体工具的生产模式，通过远程无线传感器网络收集包括土壤湿度、酸碱度（pH值）、温度、空气湿度和二氧化碳浓度等作物生长相关的信息，然后通过网关传输到用户的计算机中进行相应的分析处理，以供农业工作人员进行相应的决策和参考，甚至可以和自动控制设备相连接在温室大棚（蔬菜大棚）等高价值农业产品中可以直接实现灌溉、通风、调节二氧化碳浓度等操作。

4、大型设备的关键监控：在一些大型设备中，为了掌握设备的运行情况，常常需要对一些关键部件的技术参数进行监控。尤其不便于安装有线装置的情况下，无线传感器网络就可以成为有效的监控手段。

5、医疗保健方面：我们在远程医疗时，在病人身上安装一些用于检测身体机能的传感器节点，便可以将检测得到的信息汇总后，通过网络传送给医生，从而得到及时有效的处理。

6、智能交通管理：基于无线传感器网络的智能管理系统，不仅可以使汽车按照一定的速度行驶、前后车距自动保持一定的安全距离，而且还可以提供有关道路堵塞的最新信息，推荐最佳出行线路、提醒驾驶员避免交通事故等。

7．智能家居：消费和家庭自动化市场是无线传感器网络一个潜力巨大的应用方向。智能家居可以把包括电视机、录像机、电脑、儿童玩具、游戏机、门禁系统、照明设备等家用设备连成网络，建立基于无线传感器网络的智能家居环境，大大改善家居网络的自动化和智能化水平，提升人们的居住环境和舒适度，特别是对儿童、老人和残疾人，有更贴心的帮助。

参考文献

［1］王卫兵等.传感器技术及其应用实例［M］.北京∶机械工业出版社，2013，5.

［2］洪峰等.无线传感器网络应用系统最新进展综述［J］.计算机研究与发展，2010，（10）.