無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成與發(fā)展前景

【摘 要】本文從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定義出發(fā)，簡單闡述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成和介紹無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史，用幾個實例展示無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的具體應(yīng)用，最后展望了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 未來展望

隨著相關(guān)學(xué)科的不斷發(fā)展和進步，傳感器網(wǎng)絡(luò)同時還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力，并通過與傳感控制器的相聯(lián)，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網(wǎng)絡(luò)，這是第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)。而從上世紀(jì)末開始，現(xiàn)場總線技術(shù)開始應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，人們用其組建智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)，大量多功能傳感器被運用，并使用無線技術(shù)連接，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸形成。

一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通的組成與特點

一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常包括三要素，即傳感器、感知對象和觀察者。傳感器由電源、感知部件、嵌入式處理器、存儲器、通信部件和軟件等幾個部分組成，這些部分相互協(xié)調(diào)，共同完成對外界信息的感知功能；感知對象是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測目標(biāo)；觀察者是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的用戶，是傳感信息的接收者和應(yīng)用者。

傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的節(jié)點具有自動組網(wǎng)的功能，節(jié)點間能夠相互通信協(xié)調(diào)工作。多跳路由。節(jié)點受通信距離、功率控制或節(jié)能的限制，當(dāng)節(jié)點無法與網(wǎng)關(guān)直接通信時，需要由其他節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)完成數(shù)據(jù)的傳輸，因此網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸路由是多跳的。動態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。在某些特殊的?yīng)用中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是移動的，傳感器節(jié)點可能會因能量消耗完或其他故障而終止工作，這些因素都會使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化。節(jié)點資源有限。節(jié)點微型化要求和有限的能量導(dǎo)致了節(jié)點硬件資源的有限性。

二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展前景

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)雖未形成大規(guī)模的市場應(yīng)用，但擁有十分廣闊的前景，在軍事、國防、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、建筑物監(jiān)測等等許多領(lǐng)域都有重要的研究價值和巨大的實用價值，被譽為對十一世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。

（一）軍事應(yīng)用

同很多高科技技術(shù)一樣，，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生也是源于網(wǎng)絡(luò)在軍事應(yīng)上的需求，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)本身的概念更貼近其在軍事上的應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在戰(zhàn)場上的應(yīng)用主要是信息搜集、跟蹤敵人、戰(zhàn)場監(jiān)測、目標(biāo)分類。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由低成本、低功耗的密集型節(jié)點構(gòu)成，擁有自組織性和相當(dāng)?shù)娜蒎e能力，即使部分節(jié)點遭到惡意破壞，也不會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的崩潰，正是這一點保證了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠在惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境下工作，從而最大程度地減少傷亡，同時提供準(zhǔn)確可靠的信息傳輸。

在和平年代，主要用于國士安全保護、邊境監(jiān)視等應(yīng)用。例如，在保護國土、防止人侵的時候，用成千上萬的傳感器節(jié)點代替原來的地雷埋設(shè)，用地雷埋設(shè)的方法會對自身構(gòu)成巨大威脅，用傳感器通過對聲音和震動信號的分類分析的方法，探測敵方的人侵。

（二）環(huán)境農(nóng)業(yè)應(yīng)用

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境方面也有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。例如：對鳥類、小型動物生活規(guī)律的觀測和種群復(fù)雜度的研究，天氣預(yù)報和天象現(xiàn)象的觀側(cè)，農(nóng)作物灌溉情況，土壤溫度情況，肥料含量、光照強度等的監(jiān)視，森林火情監(jiān)控等等。

這類無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般需要具備部署簡單，便宜，長期不需要更換電池，無需派人現(xiàn)場維護等特點。一般是一次性產(chǎn)品，傳感器也需要具備適應(yīng)野外環(huán)境的能力，由于長時間不更換電池，系統(tǒng)必須要低功耗工作，或者從環(huán)境中尋求一定能力補給手段，譬如使用太陽能電池。

（三）醫(yī)療應(yīng)用

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療方面也日漸發(fā)揮作用。通過在病人或易發(fā)病人身上佩戴一些血壓、脈搏、體溫等微型無線傳感器，通過住宅內(nèi)的傳感器網(wǎng)關(guān)，醫(yī)生可以從醫(yī)院里遠(yuǎn)程監(jiān)視這些測試人群的健康狀況，通過這種方法，還可以對一些高危病人進行24小時病情檢測，而不妨礙病人的日常起居和生活質(zhì)量。

還有一種方式，通過在人體器官中植入一些微型傳感器或吞服的方式讓傳感器進入人體，隨時觀測器官的生理狀態(tài)，可以發(fā)現(xiàn)器官的功能惡化，及時采取治療措施從而挽救病人生命。

（四）城市及城市管理

結(jié)構(gòu)安全檢測在國外稱之為SHM。目前一般通過在結(jié)構(gòu)體上安置傳感器進行結(jié)構(gòu)檢測，廣泛應(yīng)用在結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測上的傳感器是MEMS加速傳感器。同樣，可以在建筑物內(nèi)不知圖像、聲音、氣體檢測、溫度、壓力、輻射等傳感器，發(fā)現(xiàn)異常事件及時報警，自動啟動應(yīng)急措施。

（五）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實際應(yīng)用的制約因素

1.成本。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的成本是制約其大規(guī)模廣泛應(yīng)用的重要因素，需要根據(jù)具體應(yīng)用的要求均衡成本、數(shù)據(jù)精度及能量供應(yīng)時間。2.能耗：大部分的應(yīng)用領(lǐng)域需要網(wǎng)絡(luò)采用一次性獨立供電系統(tǒng)，因此要求網(wǎng)絡(luò)工作能耗低，延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期，這是擴大應(yīng)用的重要因素。3.微型化。在某些領(lǐng)域中，要求節(jié)點的體積微型化，對目標(biāo)本身不產(chǎn)生任何影響，或者不被發(fā)現(xiàn)完成特殊的任務(wù)。4.移動性。在某些特定應(yīng)用中，節(jié)點或網(wǎng)關(guān)需要移動，導(dǎo)致在網(wǎng)絡(luò)中快速自組織上存在困難，該因素也是影響其應(yīng)用的主要問題之一。5.硬件安全。在一些環(huán)境中，例如海洋、化學(xué)污染區(qū)、水流中、動物身上等，對節(jié)點的硬件要求很高，需防止受外界的破壞、腐蝕等。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著十分廣泛的應(yīng)用前景，它不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)境、醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域有具有巨大的運用價值，在未來還將在許多新興領(lǐng)域體現(xiàn)其優(yōu)越性，如家用、保健、交通等領(lǐng)域。我們可以大膽的預(yù)見，將來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將無處不在，將完全融入我們的生活。比如微型傳感器網(wǎng)最終可能將家用電器、個人電腦和其他日常用品同互聯(lián)網(wǎng)相連，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離跟蹤，家庭采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)安全調(diào)控、節(jié)電等。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將是未來的一個無孔不入的十分龐大的網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用可以涉及到人類日常生活和社會生產(chǎn)活動的所有領(lǐng)域。無線傳感器在應(yīng)用上還存在一些制約，相信在未來發(fā)展的道路上能夠有好的解決方案，這些難點也為科研人員指明了研究方向。

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[2]羅劍；高職院校《無線傳感網(wǎng)應(yīng)用與實踐》課程建設(shè)的探索[J]；科技信息；2012年34期

作者簡介：

胡榮，男（1977-），講師，研究方向：計算機應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)