論無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點及應(yīng)用

葉寧

摘 ?要：宏觀信息化生態(tài)下，信息技術(shù)在我國的發(fā)展已然相當(dāng)成熟，并推動著各行業(yè)的深度變革，產(chǎn)出了巨大的應(yīng)用價值。在此過程中，無線傳感器作為一個分布式的自組織網(wǎng)絡(luò)，以數(shù)據(jù)應(yīng)用為目的，大規(guī)模、高密度、動態(tài)性等特點，爆發(fā)出了巨大的應(yīng)用潛力，并廣泛應(yīng)用于軍事、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療健康、智能家居等領(lǐng)域。該文基于對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點的分析總結(jié)，就其在主要領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng) ?無線傳感器網(wǎng)絡(luò) ?技術(shù)特點 ?主要應(yīng)用

中圖分類號：TP212.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2020）12（a）-0053-03

Abstract： Under the macro-informatization ecology， the development of information technology in our country has been quite mature， and it has promoted in-depth changes in various industries， and produced huge application value. In this process， wireless sensors， as a distributed self-organizing network， aiming at data applications， have the characteristics of large-scale， high-density， and dynamics. They have exploded with huge application potential and are widely used in military， environmental monitoring， medical and health， smart home and other fields. Based on the analysis and summary of the characteristics of wireless sensor networks， this article explores its applications in main areas.

Key Words： Internet; Wireless sensor network; Technical characteristics; Main applications

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡稱WSN，它是一種分布式的傳感網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)末梢可對分布于外部世界的各類傳感器，進(jìn)行自動探查、感知。在WSN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，傳感器的信息通信方式主要以無線的方式進(jìn)行，因此相比較傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)而言，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)置更為靈活、多變，可根據(jù)具體需要對無線傳感器位置進(jìn)行隨時調(diào)整，在接入互聯(lián)網(wǎng)時更是可以自由選擇無線抑或有線形式。從系統(tǒng)組織構(gòu)成而言，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量或移動、或靜止的傳感器以多跳和自組織的方式構(gòu)成。從主要任務(wù)方面來看，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)對網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域范圍內(nèi)所有能夠被感知到的對象的網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行感知、采集、處理，并最終將這些信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)管理終端。在由信息技術(shù)主導(dǎo)的新時代發(fā)展中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)亦是取得了顯著成效，實現(xiàn)了人們與現(xiàn)實世界的遠(yuǎn)程交互，可根據(jù)需求進(jìn)行監(jiān)測范圍內(nèi)的各種變量信息采集，經(jīng)過系統(tǒng)處理后，實現(xiàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用的目的，在現(xiàn)代社會發(fā)展中的應(yīng)用愈加廣泛化，如地震、溫度、濕度、光強度、電磁、噪聲、壓力、速度、方向等現(xiàn)象的監(jiān)測、探查都會用到專門的無線傳感器，其應(yīng)用領(lǐng)域更是包含了家居、醫(yī)療、工業(yè)、保健、救災(zāi)、航空、軍事、防爆、商業(yè)等各個領(lǐng)域當(dāng)中，并憑借自身優(yōu)勢特點在各領(lǐng)域中都創(chuàng)造了巨大價值，相關(guān)類課題研究備受關(guān)注。

1 ?無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點

根據(jù)中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟的研究，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展大體經(jīng)過了3個階段，即傳感器、無線傳感器、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，最早可追溯到越戰(zhàn)時期，歷經(jīng)上百年的創(chuàng)新探尋，已然取得了非凡的成就，國際上公認(rèn)為繼互聯(lián)網(wǎng)之后的第二大網(wǎng)絡(luò)，并表現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用前景，包括安全監(jiān)控、智能交通、環(huán)境監(jiān)測、智能家居等。在整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)成中，主要包括節(jié)點、傳感網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星以及用戶四大要素。其中，傳感器節(jié)點又包括傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊4個部分組成，能夠按照一定方式進(jìn)行需求范圍的全覆。傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能負(fù)載，是收集所有節(jié)點信息，通過分析計算反饋到一個基站，繼而通過衛(wèi)星通信傳輸?shù)街付ㄓ脩舳恕＞C合來講，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有大規(guī)模、自組織、高密度、集成化、動態(tài)性以及以數(shù)據(jù)為中心等特點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模特性，是為了獲取更為精準(zhǔn)的信息反饋，監(jiān)測范圍內(nèi)的傳感器節(jié)點部署可能高達(dá)上萬個，并由此表現(xiàn)出了良好的容錯性。同時，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，并沒有預(yù)先設(shè)置中心節(jié)點，所有節(jié)點的權(quán)限均等，并通過分布式算法進(jìn)行協(xié)調(diào)，因而可隨時切除或加入部分節(jié)點，并不會影響網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。另外，相較于以連接為中心的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)強調(diào)以數(shù)據(jù)為中心，其本身為滿足某些任務(wù)要求創(chuàng)建，可進(jìn)行各階段數(shù)據(jù)的聚合、緩存和壓縮。

2 ?無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

如上分析，正是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點優(yōu)勢，使之在多個領(lǐng)域的應(yīng)用成為了可能，并創(chuàng)造了巨大價值。該節(jié)著重就無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事領(lǐng)域、醫(yī)療健康、環(huán)境監(jiān)測以及智能家居中的應(yīng)用進(jìn)行了探究，相關(guān)具體表述如下。

2.1 軍事領(lǐng)域

作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最早的領(lǐng)域，軍事研究已然獲得了不錯的成果，其本身部署密集、可自組織、容錯率高等優(yōu)勢特點，可很好地適應(yīng)惡劣的戰(zhàn)爭環(huán)境，滿足了C4ISRT戰(zhàn)場指揮系統(tǒng)命令、控制、通信、智能、偵查、監(jiān)視以及定位一體化需求，進(jìn)而為指揮決策提供豐富的數(shù)據(jù)信息支持，高密度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署即使部分節(jié)點遭受破壞，亦不會對系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生太大的影響。具體而言，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在幾個方面：一是進(jìn)行入侵偵查和識別，并實現(xiàn)精準(zhǔn)的目標(biāo)定位，從而有效防控核攻擊或化學(xué)攻擊等;二是實時監(jiān)測敵方兵力、裝備以及戰(zhàn)場部署等情況，做到“知己知彼，百戰(zhàn)不殆”;實時監(jiān)控國土邊境動態(tài)，確保國土安全。正是基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多重應(yīng)用優(yōu)勢，是現(xiàn)代軍事發(fā)展的重要方向，對維護(hù)國家安全作用顯著。

2.2 醫(yī)療健康

“健康中國”戰(zhàn)略視角下，醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)改革邁入了新的征程，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用導(dǎo)入，進(jìn)一步提升了醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)水平，有著十分重要的現(xiàn)實意義。現(xiàn)階段來講，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療健康中的應(yīng)用，主要集中在醫(yī)療系統(tǒng)和健康護(hù)理兩方面。事實上，一些醫(yī)療機構(gòu)開始嘗試將微型網(wǎng)絡(luò)傳感器植入病人身上，對其心率、血壓、心電等生理參數(shù)進(jìn)行動態(tài)檢測，并實施傳輸?shù)奖O(jiān)護(hù)中心，繼而由此了解病人的病情，一旦出現(xiàn)身體指標(biāo)超限的情況即刻發(fā)出警報，第一時間組織搶救，贏得了寶貴的時間，提高了診療水平。同時，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療系統(tǒng)中的應(yīng)用，大大簡化了查房、檢測、化驗等護(hù)理流程，相關(guān)工作量降低，對緩解我國醫(yī)療衛(wèi)生資源緊缺的難題作用顯著。另外，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程信息傳輸功能，促進(jìn)了居家醫(yī)療發(fā)展和醫(yī)療資源配置優(yōu)化，解決了看病難、看病貴的現(xiàn)實問題。

2.3 環(huán)境監(jiān)測

傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)增長模式下，雖然改善了人們的生活質(zhì)量，但卻造成了極為嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染，威脅著人類社會的可持續(xù)發(fā)展。綠色生態(tài)視角下，社會關(guān)乎自然保護(hù)的呼聲越來越高，并成為一項世界性議題，其相關(guān)實踐需要一定的監(jiān)測工作實現(xiàn)，以探究生態(tài)環(huán)境的運行狀態(tài)，有針對性地采取有效處置措施，確保了最佳成果。由于自然生態(tài)環(huán)境的多變性，相關(guān)信息采集工作勢必會受到多重因素的干擾，關(guān)聯(lián)到巨大的實時變量，傳統(tǒng)監(jiān)測手段效率低、準(zhǔn)確性差等不足，無法應(yīng)對緊迫的自然環(huán)境保護(hù)形勢。而基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，為生態(tài)環(huán)境檢測、生物群研究、基礎(chǔ)設(shè)施運行狀態(tài)監(jiān)測等提供了便利條件，尤其是在野外險惡地區(qū)，其應(yīng)用效果更甚。同時，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，監(jiān)測農(nóng)業(yè)灌溉、土壤空氣變化、病蟲災(zāi)害等情況，促進(jìn)了農(nóng)作物健康生長，對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要作用。另外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)考方面的應(yīng)用，可實時采集各處的環(huán)境參數(shù)，動態(tài)調(diào)整供暖、通風(fēng)、空調(diào)等系統(tǒng)運行，為人們提供了更為舒適的休息空間。

2.4 智能家居

所謂智能家居即是以住宅為平臺，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各種設(shè)備連接到一起，實現(xiàn)智能化的居住環(huán)境，其實現(xiàn)有賴于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動控制技術(shù)的應(yīng)用支持，作為時下最為熱門的行業(yè)之一，未來發(fā)展空間巨大。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用則是進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的關(guān)鍵一環(huán)，可嵌入家用電器控制結(jié)構(gòu)中，甚至可通過智能手機進(jìn)行操作，如回家前打開空調(diào)、啟動電飯煲等，為用戶提供了更為便捷、舒適的生活體驗。同時，家用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置，還可進(jìn)行家庭環(huán)境的動態(tài)監(jiān)控，包括濕度、溫度、空氣指數(shù)等，并根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)反饋，自動調(diào)節(jié)相關(guān)運行設(shè)備，讓人們的生活更加舒適。除卻上述這些，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在建筑物中的布控，能夠長期監(jiān)測混凝土、鋼筋等情況，并將信息數(shù)據(jù)反饋給相關(guān)主管部門，有針對性地進(jìn)行維修，避免了人身傷亡及財產(chǎn)損失等情況，推進(jìn)了和諧社會的發(fā)展。

3 ?結(jié)語

綜上所述，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有大規(guī)模、自組織、動態(tài)性、集成化以及以數(shù)據(jù)為中心等特點，作為繼互聯(lián)網(wǎng)之后的第二大網(wǎng)絡(luò)，在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用越發(fā)廣泛，包括軍事領(lǐng)域、健康醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測以及智能家居等，為用戶提供了更為便捷的信息服務(wù)體驗，未來還將作用于其他領(lǐng)域。因此，筆者希望學(xué)術(shù)界大家持續(xù)關(guān)注無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用發(fā)展，深入探究其功能特點，使之價值得到最大釋放。

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