無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究與應(yīng)用

李嫵可++顏寧

摘 要：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)以及電子技術(shù)的綜合運(yùn)用，這種網(wǎng)絡(luò)分布方式，通過傳感器對(duì)外部世界的感知與檢查，以無(wú)線通信的方式在互聯(lián)網(wǎng)中進(jìn)行信息傳遞，從而將獲取的信息傳輸給網(wǎng)絡(luò)所有者。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種新型技術(shù)，在我國(guó)的軍事、交通、環(huán)境監(jiān)控以及醫(yī)療衛(wèi)生等多個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)得到了有效的應(yīng)用，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的意義。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)受到了我國(guó)科研人員的關(guān)注，并且對(duì)其進(jìn)行了深入的研究，以期能夠在我國(guó)更多的領(lǐng)域中得以應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；結(jié)構(gòu)；特點(diǎn)；應(yīng)用

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的靜止或者移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，通過微電子技術(shù)的傳感器、無(wú)線通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)幾種技術(shù)的融合，能夠共同協(xié)作的進(jìn)行感知、采集、處理、傳輸在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的被感知對(duì)象。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是以無(wú)線的方式進(jìn)行通信，所以在網(wǎng)絡(luò)設(shè)置時(shí)比較靈活，設(shè)備的位置部署也比較方便，在實(shí)踐應(yīng)用時(shí)，具有成本低，操作方便的特點(diǎn)，所以在我國(guó)的眾多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，是我國(guó)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)突破和創(chuàng)新，是對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)以及通信技術(shù)相互融合的一種推動(dòng)，所以對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究具有重要的意義。

1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由一些嵌入式傳感器節(jié)點(diǎn)組成，這些傳感器節(jié)點(diǎn)集傳感與驅(qū)動(dòng)控制、計(jì)算存儲(chǔ)及通信于一體，主要以傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和應(yīng)用管理器節(jié)點(diǎn)等為主，在實(shí)際應(yīng)用中，傳感器節(jié)點(diǎn)分布于不同的角落，對(duì)節(jié)點(diǎn)周邊的溫度、濕度、光強(qiáng)度、噪聲、壓力及速度等信息進(jìn)行采集，并將所采集到的信息向特定的對(duì)象進(jìn)行發(fā)送。傳感器節(jié)點(diǎn)主要由傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊及無(wú)線通信模塊等共同組成，具有較強(qiáng)的信息采集和處理能力。這其中對(duì)外界環(huán)境的物理學(xué)信息進(jìn)行采集并將物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)主要是由傳感器模塊負(fù)責(zé)，而對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼處理則由數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)，而無(wú)線通信模塊主要負(fù)責(zé)信息的傳遞，及時(shí)將信息傳遞到網(wǎng)絡(luò)中。

1.2 無(wú)線傳感器的特點(diǎn)

（1）節(jié)點(diǎn)規(guī)模大、節(jié)點(diǎn)體積小。傳感器節(jié)點(diǎn)作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中重要組成部分，其不僅密度較大，而且數(shù)量眾多，雖然節(jié)點(diǎn)規(guī)模十分龐大，但節(jié)點(diǎn)體積較小，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其大量部署的要求。

（2）自組織。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)根據(jù)組網(wǎng)機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理，傳感器節(jié)點(diǎn)有自組織能力，能夠自動(dòng)形成無(wú)線通信系統(tǒng)不需要固定的基礎(chǔ)設(shè)施作為網(wǎng)絡(luò)樞紐。

（3）能適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境。在一些復(fù)雜及惡劣環(huán)境下傳感器網(wǎng)絡(luò)都具有較好的適應(yīng)性，特別是在一些軍事邊界及人員難以進(jìn)入的地區(qū)，傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠有效的分布其中。但節(jié)點(diǎn)還是會(huì)受到高山、建筑物、障礙物等的影響，同時(shí)一些風(fēng)雨雷電也會(huì)對(duì)節(jié)點(diǎn)帶來(lái)不利影響。

（4）部署容易且成本低。只需要在目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行隨機(jī)部署，不需要指定特定的位置。相對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)傳輸，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸降低了各種成本。

（5）可靠性高。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)資源有限，其生命周期主要取決于電池。對(duì)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)、回收和替換的可能性很小。因此，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)要具有信息傳輸?shù)母叨瓤煽啃院蛯?duì)節(jié)點(diǎn)失效的高度容錯(cuò)性。

2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

（1）軍事建設(shè)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)因?yàn)榫哂胁渴痨`活以及自組織和容錯(cuò)多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，在軍事建設(shè)的各個(gè)方面得到了有效的運(yùn)用。在現(xiàn)代化軍事發(fā)展時(shí)代，日常的軍事訓(xùn)練以及戰(zhàn)斗已經(jīng)廣泛的應(yīng)用了先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是其中之一。通過這項(xiàng)技術(shù)，能夠及時(shí)獲取兵力的部署、裝備彈藥以及物資的存儲(chǔ)配送情況，還可以用于陣地以及敵情偵查，為軍事戰(zhàn)略的制定提供有利的依據(jù)。通過對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)的監(jiān)視、生物化學(xué)的攻擊和判斷、目標(biāo)的指示，還可以及時(shí)的做出戰(zhàn)略調(diào)整，在戰(zhàn)損評(píng)估方面還能夠提供各項(xiàng)有利的數(shù)據(jù)和信息。所以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事建設(shè)中的用途較廣，為促進(jìn)軍事現(xiàn)代化發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件。

（2）工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也得到了有效的應(yīng)用，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)比較明顯。在工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的機(jī)電化生產(chǎn)，而機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)不僅關(guān)系到產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，而且會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)備的可靠性以及維修有重要的影響，從而影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。通過無(wú)線傳感器對(duì)工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崟r(shí)掌控設(shè)備的振動(dòng)、潤(rùn)滑以及磨損情況，從而便于工業(yè)生產(chǎn)管理人員及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而在工藝改進(jìn)以及維修技術(shù)方面做出改善和調(diào)整，可有效降低生產(chǎn)成本，提高工業(yè)生產(chǎn)效率。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐步向現(xiàn)代化發(fā)展的過程中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)信息的采集和傳輸，為推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展提供有利的科學(xué)依據(jù)。

（3）環(huán)境監(jiān)測(cè)。環(huán)境一直都是世界各國(guó)關(guān)注的重要問題，而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)提供重要的依據(jù)。在野外環(huán)境中，主客觀都不適宜人類觀察情況下，利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，能夠進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)據(jù)采集。通過對(duì)候鳥跟蹤、小型動(dòng)物和昆蟲的遷徙，能夠?yàn)橐吧鷦?dòng)物保護(hù)工作提供便捷，并且能夠?qū)Φ厍驓夂虻淖兓M(jìn)行深入的研究。通過對(duì)林火和洪水的監(jiān)測(cè)，能夠?yàn)榉烙渴鹛峁┮罁?jù)。所以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重要的作用，為環(huán)境治理和保護(hù)提供有效的依據(jù)。

（4）安全監(jiān)控。安全監(jiān)控涉及到眾多的領(lǐng)域，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)末梢的傳感器能夠通過聲音、振動(dòng)、光以及溫度等物理信息的變化，來(lái)了解被監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)，從而為監(jiān)控方制定和部署安全防御措施提供依據(jù)。目前主要在煤礦、電站、通信樞紐以及行政中心等場(chǎng)所進(jìn)行應(yīng)用，通過信息的采集，能夠?qū)崟r(shí)掌控被監(jiān)控場(chǎng)所的狀態(tài)，從而為安全部署、災(zāi)害防御、資源調(diào)配以及災(zāi)后救援等提供重要的依據(jù)。安全是社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，所以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在安全監(jiān)控中的作用不容忽視，并且通過技術(shù)的改進(jìn)和調(diào)整，在功能上還會(huì)越來(lái)越完善。

（5）智能交通。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有成本低、靈活性好以及便于大規(guī)模部署等特點(diǎn)，在智能交通管理中發(fā)揮了重要的作用。通過無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署，能夠大范圍的對(duì)路段的車輛和路面信息進(jìn)行采集，從而為交通管理提供依據(jù)。通過車載和道路傳感器的相互配合，能夠?qū)煌髁窟M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而為出行者提供有用的信息服務(wù)。在智能交通管理中，通過大范圍的監(jiān)控部署，實(shí)時(shí)掌控車輛的運(yùn)行狀況，對(duì)違章行為進(jìn)行報(bào)警和記錄，可有效提高交通管理的效率。

（6）家居生活。在家居生活逐漸智能化方向發(fā)展的過程中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用更加普遍，傳感器通過對(duì)室內(nèi)溫濕度、光照以及空氣成分的感知，能夠?qū)χ悄芗译娺M(jìn)行自動(dòng)控制，并且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。除了在家居生活中的應(yīng)用，在醫(yī)療健康和教育科學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)的發(fā)展都做出了重大的貢獻(xiàn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是多項(xiàng)技術(shù)融合的一項(xiàng)新技術(shù)，是我國(guó)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)創(chuàng)新。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的集成度較高，在信息采集、處理和傳輸?shù)确矫娑季哂泻艽蟮膬?yōu)勢(shì)，以及便于操作、部署靈活等特點(diǎn)，在我國(guó)眾多領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，有效的促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的過程中，還面臨著很多挑戰(zhàn)和難題，需要科研人員的不斷努力，不斷完善無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為促進(jìn)我國(guó)社會(huì)的發(fā)展創(chuàng)造有利的條件。

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