芻議無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用技術(shù)

王延興

摘 要：無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍廣泛，涉及到軍事領(lǐng)域、環(huán)境檢測、工業(yè)制備、交通和衛(wèi)生醫(yī)療等多個關(guān)系到人們?nèi)粘Ｉ钪械念I(lǐng)域，具有非常廣泛的應(yīng)用范圍，并且受到多個行業(yè)的極度重視。本文對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點及其應(yīng)用進(jìn)行了深入的探討，并舉出各個領(lǐng)域的應(yīng)用實例。

關(guān)鍵詞：無線傳感器；網(wǎng)絡(luò)；應(yīng)用技術(shù)

近年來，隨著距離近、功耗低的無線通信技術(shù)的發(fā)展，能夠通過微小的芯片感知外部環(huán)境而發(fā)出邏輯命令的片上系統(tǒng)隨之出現(xiàn)。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN就是由大量這種具有片上系統(tǒng)感知、運算功能的微型傳感器節(jié)點所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。通過這些節(jié)點間的相互傳遞信息、不間斷的檢測、感知并處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的各種環(huán)境或各個對象的數(shù)據(jù)，從而得到系統(tǒng)而精準(zhǔn)的信息并把這些有效信息發(fā)送到需求的用戶。

一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點

（一）硬件資源和電源容量有限

傳感器的節(jié)點注重小體積、低功耗的功能實現(xiàn)，必然會在計算性能、程序容量和內(nèi)存大小等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正常規(guī)格的計算機(jī)，因此在節(jié)點的操作系統(tǒng)設(shè)計中，不易設(shè)計過于繁復(fù)的層級。同時，電池是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的主要能量來源，但是這里的電池一般都是低容量的，如果在一些應(yīng)用領(lǐng)域中存在特殊的使用情況，可能沒有辦法給電池及時充電或者替換新電池，電池的能量使用沒了以后這個節(jié)點也會隨之失效，這個特性就決定了傳感器的設(shè)計中在每個環(huán)節(jié)都要重視節(jié)能的特性。

（二）節(jié)點密集分布

無線傳感器通過節(jié)點間不斷的自身調(diào)節(jié)以更好的狀態(tài)適應(yīng)外部環(huán)境，保證工作的穩(wěn)定性與高效性?？梢蕴岣邊^(qū)域內(nèi)對信息的抽樣效率，能夠明顯提高監(jiān)測的準(zhǔn)確度，并能有效減輕單一傳感器節(jié)點監(jiān)測精準(zhǔn)度的負(fù)擔(dān)。另外，通過節(jié)點的緊密排布，在固定空間內(nèi)會產(chǎn)生很多多余的節(jié)點，這些多余的節(jié)點有利于增強(qiáng)系統(tǒng)的容錯性能，從而減輕了單一傳感器在穩(wěn)定度方面的要求。節(jié)點的緊密排布也有利于合理的調(diào)整休眠期，是增加了網(wǎng)絡(luò)的使用壽命的有效手段。

（三）自組織網(wǎng)絡(luò)

選擇自組織工作方式是由無線傳感器的自身特性所決定的。一是無線傳感器的應(yīng)用環(huán)境中很少有固定化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施支持；二是傳感器的節(jié)點的部署方式通常都沒有規(guī)律可言，節(jié)點間的位置關(guān)系以及互為相鄰的關(guān)系是不能提前預(yù)知的；三是傳感器的節(jié)點由于電池的能量小容易被快速消耗而失去作用，并且收到外界環(huán)境的影響也可能會失效。其中的部分節(jié)點為了補(bǔ)充那些不起作用的節(jié)點并且為了增加檢測的精密度而被填補(bǔ)進(jìn)來，加之節(jié)點可能轉(zhuǎn)移或者處于休眠調(diào)度機(jī)制中，因此網(wǎng)絡(luò)總是處在實時的變動過程。

二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

（一）軍事應(yīng)用

軍事方面的需要才促使了無線傳感器的產(chǎn)生，無線傳感器的自身設(shè)計理念是非常適合在軍事上的應(yīng)用的。無線傳感器在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用主要是收集情報、追蹤敵人、監(jiān)視敵情、分類目標(biāo)。無線傳感器的內(nèi)置部件都是低成本低功耗的節(jié)點，并且自行組織力和容錯能力也都很強(qiáng)，即便在局部節(jié)點收到刻意的破壞后，也不會引起整體的系統(tǒng)故障，基于這兩點特性才能夠保障無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以在戰(zhàn)場上這種環(huán)境惡劣的條件下的正常工作，提供精準(zhǔn)無誤的數(shù)據(jù)傳輸以最大限度的減少傷亡。無線傳感器除了在戰(zhàn)爭時期的應(yīng)用，在如今世界局勢比較穩(wěn)定的情況下也能發(fā)揮著重要的國土安全保衛(wèi)功能和邊境的監(jiān)控職能。

（二）環(huán)境科學(xué)

在進(jìn)行環(huán)境科學(xué)的研究過程中可知，單純依靠傳統(tǒng)的采集方式來獲得數(shù)據(jù)是非常困難的，而通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)廣泛的布置節(jié)點，并依靠節(jié)點之間的相互配合與協(xié)調(diào)共同作用，進(jìn)行自動化的配置、管理、調(diào)度的流程來跟蹤鳥類和昆蟲的遷移活動并記錄它們的生活習(xí)性。傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以實現(xiàn)對土壤狀態(tài)的檢測，通過傳感器來監(jiān)測降水量、分析河水的水位以及土壤的水分，相類似的也可以運用到對森林火情的預(yù)報、天氣情況的預(yù)報，對農(nóng)業(yè)耕種中病蟲害問題、土壤的酸堿度以及肥料是否充分等問題的監(jiān)測等。

（三）醫(yī)療健康

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中分布著數(shù)量巨大的類似的或者不相同的傳感器節(jié)點，它們緊密的排布在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)。利用無線傳感器微小的特點則可以在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮其重要的作用。醫(yī)生可以利用傳感器來進(jìn)行對病人血壓和心率等指標(biāo)的監(jiān)測，而且通過傳感器網(wǎng)絡(luò)，醫(yī)生可以及時的掌握病人病情的動態(tài)情況，并加以恰當(dāng)?shù)奶幚?。也可以通過傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行持久連續(xù)性的收集醫(yī)學(xué)實驗對象的各項生理指標(biāo)的信息，是對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)信息收集的創(chuàng)新改革，為醫(yī)學(xué)的研究提供了基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。另外，在醫(yī)藥管理方面無線傳感器也有著其特殊的用途，無線傳感器為促進(jìn)遠(yuǎn)程醫(yī)療的進(jìn)展提供了更為有效的實現(xiàn)手段。

三、結(jié)語

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在通訊、節(jié)能和網(wǎng)絡(luò)控制等方面有著比較系統(tǒng)的解決方案，因此為其真正投放到實際領(lǐng)域打下了堅實的基礎(chǔ)。而且無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身具有的低耗節(jié)能的優(yōu)勢，有利于其可以在一定區(qū)域內(nèi)大面積的散布，具有廣泛的應(yīng)用價值。（作者單位：海南師范大學(xué)）

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