周航正

摘 要 本文主要介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點和應(yīng)用領(lǐng)域說明了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的先進性和實用性。

關(guān)鍵詞 無線傳感器 網(wǎng)絡(luò) 路由

中圖分類號：TP212 文獻標(biāo)識碼：A

近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)的技術(shù)蓬勃發(fā)展，并且已經(jīng)成為當(dāng)前國際上備受關(guān)注的、多學(xué)科高度交叉的、知識高度集成的熱門研究領(lǐng)域。

1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概念

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常是指由若干數(shù)量的上位機、匯聚節(jié)點及終端感知節(jié)點通過無線自組網(wǎng)方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，其目的是通過大量的傳感器節(jié)點的協(xié)同工作對感知對象的信息進行采集，并通過無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)將感知信息發(fā)送給用戶或觀察人員。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各感知節(jié)點的位置隨機分布，并具有自組織特性，由各感知節(jié)點共同完成信息的收集和路由等任務(wù)，整個網(wǎng)絡(luò)相互協(xié)調(diào)配合。

2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點

2.1大規(guī)模密集部署

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常會通過布設(shè)大量傳感器節(jié)點的方式，來實現(xiàn)對被觀測對象信息的精確采集并減少盲區(qū)，有些時候甚至采用播撒式覆蓋，節(jié)點數(shù)量可達到上萬個，并且覆蓋范圍廣，如森林火險監(jiān)測和礦場安全監(jiān)測等情況，覆蓋范圍可達數(shù)平方公里。

2.2自組織

由于被觀測地形的限制和節(jié)點布設(shè)的隨機性導(dǎo)致節(jié)點間的相互鄰居關(guān)系無法預(yù)知，所以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點必需具有自組織能力，能夠通過拓?fù)淇刂茩C制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)自主配置管理，形成高效可靠的通信網(wǎng)絡(luò)。

2.3多跳路由

一般無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的通信距離只有100—250米，而由于覆蓋面積大，導(dǎo)致有些節(jié)點不能直接與匯聚節(jié)點互聯(lián)，所以節(jié)點需要通過與其相鄰的中間節(jié)點進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，有時甚至要經(jīng)過若干個中間節(jié)點進行多跳路由。

2.4動態(tài)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

由于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點壽命終結(jié)、節(jié)點損壞、人為增加節(jié)點和節(jié)點位置移動等原因?qū)?dǎo)致傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致傳感器網(wǎng)絡(luò)必需重新建立連接。這就要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)必需是動態(tài)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

2.5可靠性

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通常部署在無人職守的惡劣環(huán)境之下，又因為傳感器布設(shè)數(shù)量龐大，導(dǎo)致無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點幾乎不可能進行人工維護，因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的硬件和軟件都必須擁有較高的可靠性。

2.6應(yīng)用定制網(wǎng)絡(luò)

傳感器網(wǎng)絡(luò)是用以監(jiān)測客觀世界的物理變量的，因為需要監(jiān)測的信息不同，所以對傳感器的應(yīng)用系統(tǒng)要求也是根據(jù)不同變量而變化的，即使是同樣的傳感器節(jié)點，其監(jiān)測的側(cè)重點也不盡相同，所以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是需要進行應(yīng)用定制的網(wǎng)絡(luò)。

2.7以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心的任務(wù)型網(wǎng)絡(luò)，用戶查詢傳感器采集的數(shù)據(jù)時，傳感器網(wǎng)絡(luò)會直接將數(shù)據(jù)通告給網(wǎng)絡(luò)而不是特定節(jié)點，然后由網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)給用戶，而不必強調(diào)節(jié)點編號，這種方式更接近于自然語言方式。

3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低能耗、高可靠性、方便攜帶以及布設(shè)便捷等優(yōu)點，近幾年來無線傳感器被廣泛的應(yīng)用到軍事偵察、智能家居、工程建筑、災(zāi)害預(yù)測、環(huán)境監(jiān)測等諸多領(lǐng)域。

3.1軍事偵察

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在軍事偵察上的應(yīng)用由來已久，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點體積小、布設(shè)快速、能耗低、可自組網(wǎng)等特點十分適合在軍事偵查領(lǐng)域使用，特別是在惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境和敵占區(qū)等地點也可以長時間實現(xiàn)無人軍事偵查。近幾年來，美國國防部高級規(guī)劃署（DRAPA）、美國自然科學(xué)基金委員會和其他軍事部門均出資對智能無線傳感器進行了深入研究。美國國防部和各軍事部門都對傳感器網(wǎng)絡(luò)給予了高度重視，在C4ISR計劃的基礎(chǔ)上提出了C4KISR計劃，強調(diào)戰(zhàn)場情報的感知能力、信息的綜合能力和信息的利用能力。

3.2智能家居

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能家居上的應(yīng)用也十分廣泛，其主要思路是利用布設(shè)在房間里的各種傳感器來感知各種信息，如室溫、濕度、光照強度、人員位置等，再將這些信息傳遞給智能處理器，并實現(xiàn)對空調(diào)，加濕器，電燈等設(shè)備的智能控制。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，智能家居也受到越來越多的廠家和用戶的關(guān)注。

3.3工程建筑

許多大型土木工程都對周圍環(huán)境和自身的一些參數(shù)比較敏感（如跨海大橋、海底隧道、高速鐵路、輸油管道等），但由于經(jīng)濟和時間條件的限制，很難做到或者說根本做不到使用人工對這些工程建筑進行檢查。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由于其具有無人值守、可靠度高和工作壽命長等特點，只需要在建筑物的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)處放置傳感器節(jié)點，就可以有效地對工程建筑進行實時監(jiān)測，防止了建筑損壞引起的財產(chǎn)損失。

3.4災(zāi)害預(yù)測

近些年來，災(zāi)害預(yù)測越來越受到人們的關(guān)注，但由于覆蓋范圍廣，檢測時間長，測量數(shù)據(jù)多等特點使得災(zāi)害預(yù)測十分困難。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由于其容量大，壽命長和可定制應(yīng)用等特點很好的解決了災(zāi)害預(yù)測中的困難，如在森林防火中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就可以大范圍的覆蓋整個森林，并對溫度、煙霧等信息進行采集，以防止火險發(fā)生，在災(zāi)害發(fā)生后，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也可提供起火點、火場溫度、過火面積等數(shù)據(jù)來幫助救援人員實現(xiàn)有效救援。

3.5環(huán)境監(jiān)測

傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測方式采用人工監(jiān)測，耗費了大量的人力物力，卻很難保證監(jiān)測結(jié)果的實時性和準(zhǔn)確性，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則為環(huán)境監(jiān)測帶來了極大的便利。比如在溫室大棚中就可以利用傳感器實時監(jiān)測棚內(nèi)溫度、土壤濕度、光照強度等數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)實現(xiàn)無人值守情況下的智能調(diào)溫、灌溉等功能，大大提高了工作效率。

3.6其他應(yīng)用

除了在上述領(lǐng)域外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也在其他領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用，比如在醫(yī)療衛(wèi)生方面，可以通過在病人身上佩戴無線傳感器節(jié)點的方式實現(xiàn)在不影響病人活動的情況下對病人各項生理指標(biāo)的監(jiān)測；在交通管理方面，可以在路面上防止傳感器節(jié)點來監(jiān)測交通流量、車速、車重等信息，方便了對交通的管理。此外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還在電力調(diào)控、公共安全和外層空間探索等領(lǐng)域也有應(yīng)用。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域還會得到進一步擴展。

參考文獻

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