無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究

包薩仁娜

（內(nèi)蒙古師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022）

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究

包薩仁娜

（內(nèi)蒙古師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022）

在信息化時(shí)代，信息的接收、處理及分析對用戶而言至關(guān)重要。特別是信息的接收環(huán)節(jié)，若收集到的信息不全、有誤或者接收不到，后續(xù)工作都將無法開展。無線傳感器是專門用于接收信息的一類工具，通過網(wǎng)絡(luò)操作，使人們收集到自己想要的信息。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)是智能化、功率損耗小、能接收大量信息，傳感器的工作運(yùn)行離不開網(wǎng)絡(luò)。文章對無線傳感器目前的發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)特點(diǎn)以及應(yīng)用前景等方面進(jìn)行了闡述。

無線傳感器；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；信息接收；智能化

現(xiàn)在全世界都在致力于更快、更小、更智能、更集約化的無線傳感器的研制中，它的生產(chǎn)融合了多個(gè)學(xué)科，集合了難度較深的知識(shí)，是當(dāng)今世界上的前沿學(xué)科。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原本是由美國軍方發(fā)明的，是在軍事中應(yīng)用的探測工具。最開始的網(wǎng)絡(luò)由許多節(jié)點(diǎn)組成，通過這些節(jié)點(diǎn)的協(xié)同作用來實(shí)現(xiàn)信息的收集和處理。他們能夠隨機(jī)地安放在監(jiān)測環(huán)境的內(nèi)部或者附近，有非常好的適應(yīng)性能，對于任務(wù)的完成度十分好[1]。這項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)生，在國際上引發(fā)了很大的轟動(dòng)，歐洲許多國家投入大量資金用于這項(xiàng)技術(shù)的研究，而我國也差不多是同一個(gè)時(shí)間段涉足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究，并取得了可觀的成果。

1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展經(jīng)過4個(gè)階段的沉積發(fā)展到今天的網(wǎng)絡(luò)，主要是功率耗損低、體積小、質(zhì)量輕、采用更先進(jìn)的信號編碼、信息收集功能更強(qiáng)大的無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)[2]。雖然無線傳感器網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的時(shí)間不長，但因其具有研究價(jià)值和實(shí)用功能，使得其在世界范圍內(nèi)有非?？斓陌l(fā)展。微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)還有無線通信技術(shù)的發(fā)展，對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也有非常大的促進(jìn)作用。

20世紀(jì)90年代美國國防部最先開始著手于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究，是為了能在戰(zhàn)爭中悄悄地監(jiān)控?cái)城椤５搅?001年，美國軍方將無人值守式彈藥和傳感器系統(tǒng)組成新的網(wǎng)絡(luò)，單一傳感器的能力有了成倍的提升，各方面的功能也大大提升，從而戰(zhàn)斗中監(jiān)測系統(tǒng)的能力得到了提升。在2002年，英特爾公司制定了一個(gè)關(guān)于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)的新型計(jì)算發(fā)展規(guī)劃，這個(gè)規(guī)劃主要致力于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)能在更多的領(lǐng)域中發(fā)揮作用。

我國的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究差不多與歐美國家同時(shí)開始，第一次正式出現(xiàn)于1999年中國科學(xué)院的一次關(guān)于信息化與自動(dòng)化的報(bào)告中。到了2006年，我國將水下移動(dòng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目。2006年初發(fā)布的《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》為信息技術(shù)學(xué)科指導(dǎo)了3個(gè)前沿發(fā)展方向，他們中有2個(gè)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究有關(guān)。國內(nèi)也有許多企業(yè)把目光放在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展前景上，并且涉足這個(gè)行業(yè)進(jìn)行投資研究。

1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究基礎(chǔ)上，目前的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)致力于使用體積更小、質(zhì)量更輕、信號更好、更智能化、結(jié)構(gòu)簡單的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)[3]。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對操作者的專業(yè)要求進(jìn)一步降低，采用支持編程的嵌入式設(shè)備，并使用通用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，旨在更好地收集信息，同時(shí)集信息處理和信息分析等多功能為一體。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)

2.1 無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)非常完整并且具有特點(diǎn)，它的結(jié)構(gòu)分為3個(gè)部位，分別是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和通信結(jié)構(gòu)，他們是相互獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元，但在功能上又相互聯(lián)系、相互協(xié)同來完成工作。它的通信結(jié)構(gòu)是指，在無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)中分散有許多的節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)據(jù)傳送給基站，然后在互聯(lián)網(wǎng)中把數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)行最后的數(shù)據(jù)整理分析；節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)由4部分單元組成，分別是傳感部分、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)處理部分和電源，各結(jié)構(gòu)分區(qū)明顯，但在功能上的協(xié)同性非常強(qiáng)；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有3種形式：星形結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、星網(wǎng)混合結(jié)構(gòu)，每種結(jié)構(gòu)都有不同程度的適用范圍，在使用時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況選用不同的結(jié)構(gòu)。

2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作效率非常高，導(dǎo)致其工作時(shí)間大大縮短，所消耗的功率就很低，這樣使用它的時(shí)候就非常省電，并且在不進(jìn)行數(shù)據(jù)接收工作的時(shí)候，其會(huì)自動(dòng)進(jìn)入到休眠狀態(tài)[4]；一個(gè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)可以有上百個(gè)設(shè)備，并且同時(shí)服務(wù)幾個(gè)主設(shè)備，網(wǎng)容量十分大；其提供的芯片性價(jià)比高、制作成本低、使用頻段免費(fèi)；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性高，非常可靠。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)是支撐網(wǎng)絡(luò)有效運(yùn)行的有效保證，關(guān)鍵技術(shù)主要有5個(gè)，分別是定位技術(shù)、同步技術(shù)、覆蓋技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全。定位的方法主要有兩種，距離相關(guān)和距離無關(guān)定位技術(shù)。距離相關(guān)定位方法是測量出已知節(jié)點(diǎn)的距離，然后再用數(shù)學(xué)方法估算出未知節(jié)點(diǎn)的距離，測距與信號接收強(qiáng)度、信號傳輸?shù)臅r(shí)間及到達(dá)的時(shí)間差和角度有關(guān)，可以利用這些因素來測量兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的距離，距離無關(guān)定位技術(shù)就是利用信號到達(dá)的具體情況來估測距離，隨著計(jì)算機(jī)時(shí)代的發(fā)展，以后肯定會(huì)有更加方便、準(zhǔn)確、高效的定位技術(shù)；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分之一就是時(shí)間同步，其他幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)就是在時(shí)間同步的前提下才能成立的，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是采用分散式時(shí)間同步，其能夠適應(yīng)各種突發(fā)情況，數(shù)據(jù)丟失一部分也沒有影響；覆蓋問題是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)最基本的問題，其能反映網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)的敏感程度，從而對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的空間資源進(jìn)行有效的配置，這樣才能更好地完成數(shù)據(jù)的收集工作；數(shù)據(jù)融合工作是在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由許多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來完成數(shù)據(jù)的分散收集，然后經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸，最后集中進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和融合，這樣的處理方式會(huì)更加高效，對使用者更方便；網(wǎng)絡(luò)安全現(xiàn)已成為最為關(guān)注的問題，其建立了網(wǎng)絡(luò)的安全機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，為在節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的通信提供了更高強(qiáng)度的安全保障。

3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用沒有時(shí)間地點(diǎn)、空間環(huán)境的限制，在任何情況下都能進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集處理工作，所以其應(yīng)用非常廣泛。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以被應(yīng)用在國防軍事事業(yè)中、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、環(huán)境的監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)、救震抗災(zāi)、交通管理、智能家裝、生產(chǎn)制造行業(yè)等等廣泛的地方中。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭比較少，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以應(yīng)用在邊防事業(yè)中，利用分散分布的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，可以對狹長的邊境線的整體情況有全局把握，可以隨時(shí)隨地監(jiān)測到鄰國的軍事動(dòng)作，對未知的軍事情況可以進(jìn)行提前預(yù)防；在醫(yī)療事業(yè)中，各個(gè)醫(yī)療設(shè)備和每個(gè)病人都要進(jìn)行全方位的監(jiān)測，數(shù)據(jù)是非常大的，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分散的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，可以進(jìn)行大規(guī)模的分散收集數(shù)據(jù)，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為這些數(shù)據(jù)的處理提供可能性；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以對植物的生長環(huán)境情況、動(dòng)物的生長環(huán)境情況、天氣的變化情況、火災(zāi)和洪水等情況進(jìn)行監(jiān)測，對其變化的可能可以進(jìn)行分析處理，擬定出可應(yīng)變的方案；在現(xiàn)在智能家裝的過程中，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以對家里的電器設(shè)備進(jìn)行精確的遠(yuǎn)程控制。

隨著技術(shù)的不斷更新，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在未來還會(huì)有更加廣泛的應(yīng)用，能給人們的生活帶來更多便利。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還存在一些有待解決的問題，比如分散的節(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)量非常大，存在數(shù)據(jù)的積壓問題，這樣可能會(huì)影響傳感器的使用性能；現(xiàn)在最大的問題就是安全保密問題，現(xiàn)存的每個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)都存在這樣一個(gè)問題，這值得每個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)愛好者努力研究解決。

[1]張曦煌.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究—無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化與維護(hù)算法[D].無錫：江南大學(xué)，2008.

[2]孫亭，楊永田，李立宏.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].電子技術(shù)應(yīng)用.2006（6）：1-5.

[3]杜曉明，陳巖.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用[J].北京工商大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（1）：41-43

[4]趙洪磊，王英龍，張先毅.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)問題的研究[J].信息技術(shù)與信息化，2008（2）：50-52.

Research on wireless sensor networks

Baosarenna
（Computer and Information Engineering School of Inner Mongolia Normal University, Hohhot 010022, China）

In the information age, information’s receiving, processing and analysis process is very important for users. Especially the receiving link information, if the information collected is not complete, wrong or not received, the follow-up work could not be carried out. The wireless sensor is a kind of tools designed to receive information through the network. The operation, make people to collect the information you want. Wireless sensor network node possesses the features which is intelligent, low power consumption and can receive a lot of information, the working sensor cannot do without the network. The current situation of the development of current wireless sensor technology characteristics and application prospects are discussed in this paper.

wireless sensor; network technology; information receiving; intelligent

包薩仁娜（1980— ），女，內(nèi)蒙古通遼，碩士，講師；研究方向：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。