王世運(yùn)+魏月蓮

摘要：本文探討了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智慧校園網(wǎng)中的應(yīng)用，以及對(duì)教學(xué)的支撐、對(duì)科研環(huán)境的保障以及校園師生管理。

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；智慧校園；應(yīng)用現(xiàn)狀

中圖分類號(hào)：TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）09-0224-01

智慧校園是指以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化、智慧化的校園教學(xué)、科研、學(xué)習(xí)和生活一體化環(huán)境，這一體化環(huán)境將科研、教學(xué)、校園生活和管理等進(jìn)行充分融合，它的特點(diǎn)一是為廣大師生提供一個(gè)全面的綜合信息服務(wù)門戶和智能感知環(huán)境系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)提供基于個(gè)性化定制服務(wù)；二是將整合學(xué)校的各個(gè)應(yīng)用與服務(wù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和協(xié)同協(xié)作；三是通過綜合信息服務(wù)門戶和智能感知環(huán)境系統(tǒng)，為學(xué)校與外部世界提供一個(gè)相互交流和相互感知的接口。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)稱WSN，是一種分布式的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，是由現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)和通信技術(shù)組成的，它的末梢是由大量可以采集、感知或檢測(cè)外部環(huán)境的傳感器組成。因無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)傳感器均通過無線方式進(jìn)行通信，還具有實(shí)時(shí)處理信息、存儲(chǔ)信息和對(duì)感知到的信息進(jìn)行響應(yīng)，故它的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置靈活多樣，完全可以依照使用環(huán)境的需求來設(shè)置，并且可以隨時(shí)重新配置網(wǎng)絡(luò)，本文就該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智慧校園中的應(yīng)用領(lǐng)域做個(gè)簡(jiǎn)單分析。

1 基于智慧校園的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

一般來說，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是為彌補(bǔ)有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)部署上的不足，比如因環(huán)境惡劣，無法部署有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)。它主要是為了完成對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的數(shù)據(jù)采集或監(jiān)測(cè)任務(wù)，是以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)、處理為中心的網(wǎng)絡(luò)。它的網(wǎng)絡(luò)則可能包括成千上萬個(gè)節(jié)點(diǎn)，且節(jié)點(diǎn)的分別更為密集[1]。

1.1 有限的工作模式

采用電池供電的傳感器節(jié)點(diǎn)容易受節(jié)點(diǎn)的體積和電池容量影響，采用電池供電的傳感器節(jié)點(diǎn)往往可能部署在惡劣的環(huán)境里，有些環(huán)境具有極高的危險(xiǎn)性，造成維護(hù)人員不能現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，出現(xiàn)損壞只能丟失或重新部署，這樣使得傳感器網(wǎng)絡(luò)的日常維護(hù)中需要損耗大量的資源。

1.2 異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)特性是異構(gòu)性，它基本可以分為兩大類：網(wǎng)絡(luò)間的異構(gòu)性、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的異構(gòu)性。產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的異構(gòu)性的原因是一般是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)包含多種類型的傳感器節(jié)點(diǎn)，每種傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)應(yīng)用的需求具有不同的硬件配置和執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)。產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)間的異構(gòu)性一般是不同傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的異構(gòu)性或傳感器網(wǎng)絡(luò)與其他類型網(wǎng)絡(luò)之間的異構(gòu)性。網(wǎng)絡(luò)間的異構(gòu)性表現(xiàn)在通信協(xié)議、數(shù)據(jù)管理、節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)等方面的差異。

1.3 與應(yīng)用軟件密切相關(guān)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被用來監(jiān)測(cè)或采集多種目標(biāo)的數(shù)據(jù)，應(yīng)用前景廣闊，但就目前來說，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還沒有統(tǒng)一的通信協(xié)議平臺(tái)，這對(duì)把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為運(yùn)行環(huán)境的各種應(yīng)用軟件來說，就需要根據(jù)不同的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)調(diào)整相關(guān)應(yīng)用軟件的通信協(xié)議，這增加了大量的成本，阻礙了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模使用[2]。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)教學(xué)的支撐

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的感知能力在對(duì)智慧校園的教學(xué)支撐方面是多樣的。它可以是帶有執(zhí)行器和各種傳感器的智能化系統(tǒng)，用于對(duì)教學(xué)樓內(nèi)的照明、電力、電梯空調(diào)和給排水等設(shè)施進(jìn)行集中感知與檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)分散操作控制、管理，從而達(dá)到節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、安全管理目標(biāo)。比如，在教室里，它能感知教學(xué)環(huán)境的溫度、濕度，從而智能調(diào)整教室的空調(diào)、風(fēng)扇等，并且可以感知教室的在用情況，以實(shí)現(xiàn)人走后教室各種設(shè)備，包括電腦、投影儀、空調(diào)、電扇等自動(dòng)關(guān)閉，以達(dá)到節(jié)能的要求。在實(shí)驗(yàn)室里，可以實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別的門禁功能，自動(dòng)記錄實(shí)驗(yàn)室的使用情況，監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室用水用電情況等[3]。

在學(xué)生學(xué)習(xí)方面，提供了豐富的、有針對(duì)性的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境，同時(shí)能自動(dòng)匹配學(xué)生的學(xué)習(xí)行為。如在微格教室里，當(dāng)學(xué)員登上講臺(tái)，做固定的教學(xué)動(dòng)作（喊起立），微格教室里的講臺(tái)燈光、攝像機(jī)等自動(dòng)開啟，錄制下整個(gè)教學(xué)演示過程，結(jié)束后可自動(dòng)放映給學(xué)生觀摩。在考勤方面，自動(dòng)感知在一個(gè)教室內(nèi)的上課人數(shù)，以供教學(xué)管理和教學(xué)督察使用。另外，在理論課教學(xué)上，還可以自動(dòng)識(shí)別課堂上的聲音是學(xué)生討論問題的聲音，還是噪音，若是噪音，代表授課教師在課堂教學(xué)過程中存在教學(xué)要求不嚴(yán)格等。

3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)科研環(huán)境的保障

通過對(duì)科研環(huán)境的智能感知，可以提高實(shí)驗(yàn)室管理人員和科研工作人員對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的管理。如，農(nóng)業(yè)的科研場(chǎng)所一般是在寬闊的田野，這樣，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮巨大的作用，比如可以監(jiān)視農(nóng)作物的灌溉，當(dāng)降雨量達(dá)到指定的最高值時(shí)，可以降低或不灌溉等；可以檢測(cè)土壤PH值，預(yù)警可能的PH值提高或降低。在預(yù)報(bào)方面，可以通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)分析功能，對(duì)監(jiān)測(cè)到的降雨量、土壤水分、農(nóng)藥殘留等進(jìn)行記錄與分析，并提供相關(guān)的預(yù)警[4]。

4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)師生管理

在學(xué)生管理方面，一般的高校均有校園一卡通，通過一卡通可以監(jiān)控學(xué)生進(jìn)出各個(gè)教室、實(shí)驗(yàn)室的情況，通過集成在一卡通上的芯片，還可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生在教室自動(dòng)點(diǎn)名功能；在夜晚可以智能感知人活動(dòng)，讓校道中的路燈自動(dòng)關(guān)閉，以達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。在圖書館使用上，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)除了能根據(jù)學(xué)生在館人數(shù)智能調(diào)整空調(diào)溫度外，還能統(tǒng)計(jì)入館每日人數(shù)或入館高峰和低峰時(shí)刻，以方便學(xué)生根據(jù)自己的需求選擇合適的入館時(shí)間。特別重要的是，可以將幾百個(gè)傳感器散布于校園人群較為密集地中，能夠?yàn)榛馂?zāi)地點(diǎn)的判定提供最快的信息；同時(shí)也能為可能的大規(guī)模人群聚焦提供預(yù)警，以防出現(xiàn)踩踏等事故。

5 結(jié)語(yǔ)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的應(yīng)用前景非常廣闊，它被認(rèn)為是影響人類社會(huì)未來發(fā)展的重要技術(shù)，它提供的一種全新、全面的信息獲取、信息處理的途徑，將會(huì)促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)向物聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變的巨大革命。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)國(guó)家和社會(huì)未來的發(fā)展意義重大，國(guó)內(nèi)外對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究較多，都希望能夠?qū)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)引入到日常的管理和監(jiān)測(cè)中，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)管理工作的智能化、智慧化。因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為可以長(zhǎng)期無人值守的工作狀態(tài)下工作，它將在國(guó)防軍事、農(nóng)業(yè)科學(xué)、醫(yī)療、城市管理、景區(qū)管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)等較多領(lǐng)域具有巨大的使用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

[1]昂志敏，金海紅，范之國(guó)，段勇.基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與通信實(shí)現(xiàn)[J]，現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，（10）：47-49.

[2]李春杰，劉瑞霞，王繼志.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2006，（1）：13-15.

[3]劉剛.傳感器網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)與管理技術(shù)研究[D].西北工業(yè)大學(xué)，2005.

[4]鄧瑩.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能大廈安防系統(tǒng)研究[D].武漢理工大學(xué)，2007.endprint