無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)的應用案例

1.引言

近年來(lái)，無(wú)線(xiàn)通信、集成電路傳感器以及微機系統近年來(lái)，無(wú)線(xiàn)通信、集成電路傳感器以及微機系統近年來(lái)，無(wú)線(xiàn)通信、集成電路傳感器以及微機系統近年來(lái)，無(wú)線(xiàn)通信、集成電路傳感器以及微機系統(MEMS)等技術(shù)的飛速發(fā)展，推動(dòng)了低成本、功耗多能的無(wú)線(xiàn)傳感器大量生產(chǎn)。是一種集傳感功能與驅動(dòng)控制力、計算通信于一體的資源受限嵌入式設備，而無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(WSN)則是由大量無(wú)線(xiàn)傳感器構成的自組織網(wǎng)絡(luò )，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域內對象信息，并將傳其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域內對象信息，并將傳送給需要的用戶(hù)。

WSN被認為是21世紀最重要的技術(shù)之一，它將會(huì )對人類(lèi)未來(lái)生活方式產(chǎn)生深遠影響。在生深遠影響。在2003年2月的美國《技術(shù)評論》雜志月的美國《技術(shù)評論》雜志月的美國《技術(shù)評論》雜志(《TechnologyReviewTechnologyReview》)評出的對人類(lèi)未來(lái)生活產(chǎn)深遠影響十大新興技術(shù)中，WSN位居第一。同年，美國《商業(yè)周刊》未來(lái)技術(shù)專(zhuān)版在論述四大新時(shí)，WSN也被列入其中。

2.WSN的組成和特點(diǎn)的組成和特點(diǎn)的組成和特點(diǎn)

WSN由大量無(wú)線(xiàn)傳感器采用自組織方式構成(見(jiàn)圖1)，它借助于節點(diǎn)中內置的形式多樣傳感器測量所在環(huán)境中信號，從而探測各種需要的數據，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送到需要的地方。

無(wú)線(xiàn)傳感器一般由數據采集單元、處理輸電源等部無(wú)線(xiàn)傳感器一般由數據采集單元、處理輸電源等部分組成(見(jiàn)圖2)。被監測物理信號的形式?jīng)Q定了傳感器類(lèi)型，如溫度度傳感器，監測聲音強的壓等。處理通常選用嵌入式數度傳感器，監測聲音強的壓等。處理通常選用嵌入式數據傳輸單元主要由低功耗、短距離的無(wú)線(xiàn)通信模塊組成。微型化操作系統選用據傳輸單元主要由低功耗、短距離的無(wú)線(xiàn)通信模塊組成。微型化操作系統選用嵌入式操作系統，如Vxworks、μCOS-II、μClinux、TinyOS等。

傳感器網(wǎng)絡(luò )與統相比有一些獨的特點(diǎn)，主要：

　　1.節點(diǎn)密集，每個(gè)既是傳感器又路由；
　　2.具有限的計算能力和通信以及電源供應；
　　3.獨特的底層通信傳輸媒介；
　　4.傳感器節點(diǎn)間無(wú)中心、自組織，多跳通信；
　　5.可以同時(shí)通過(guò)多條信源——信宿路由傳輸數據；
　　6.網(wǎng)絡(luò )具有很強的魯棒性和良好伸縮。

3.WSN的應用領(lǐng)域及其概述

3.1軍事領(lǐng)域

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )具有可快速部署、可自組織、隱蔽性強和高容錯性的特點(diǎn)，因此非常適合在軍事上應用。利用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )能夠實(shí)現對敵軍兵力和裝備的監控、戰場(chǎng)的實(shí)時(shí)監視、目標的定位、戰場(chǎng)評估、核攻擊和生物化學(xué)攻擊的監測和搜索等功能。目前國際許多機構的課題都是以戰場(chǎng)需求為背景展開(kāi)的。例如，美軍開(kāi)展的如C4KISR計劃、SmartSensorWeb、靈巧傳感器網(wǎng)絡(luò )通信、無(wú)人值守地面傳感器群、傳感器組網(wǎng)系統、網(wǎng)狀傳感器系統CEC，等等。

在軍事領(lǐng)域應用方面，該項技術(shù)的遠景目標是：利用飛機或火炮等發(fā)射裝置，將大量廉價(jià)傳感器節點(diǎn)按照一定的密度布放在待測區域內，對周邊的各種參數，如溫度、濕度、聲音、磁場(chǎng)、紅外線(xiàn)等各種信息進(jìn)行采集，然后由傳感器自身構建的網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)網(wǎng)關(guān)、互聯(lián)網(wǎng)、衛星等信道，傳回信息中心。

該技術(shù)可用于敵我軍情監控。在友軍人員、裝備及軍火上加裝傳感器節點(diǎn)以供識別，隨時(shí)掌控自己情況。通過(guò)在敵方陣地部署各種傳感器，做到知己知彼，先發(fā)制人。另外，該項技術(shù)可用于智慧型武器的引導器，與雷達、衛星等相互配合，利用自身接近環(huán)境的特點(diǎn)，可避免盲區，使武器的使用效果大幅度提升。

3.2環(huán)境科學(xué)

隨著(zhù)人們對于環(huán)境的日益關(guān)注，環(huán)境科學(xué)所涉及的范圍越來(lái)越廣泛。通過(guò)傳統方式采集原始數據是一件困難的工作。傳感器網(wǎng)絡(luò )為野外隨機性的研究數據獲取提供了方便,比如,跟蹤候鳥(niǎo)和昆蟲(chóng)的遷移,研究環(huán)境變化對農作物的影響,監測海洋、大氣和土壤的成分等。ALERT系統中就有數種傳感器來(lái)監測降雨量、河水水位和土壤水分,并依此預測爆發(fā)山洪的可能性。類(lèi)似地,傳感器網(wǎng)絡(luò )對森林火災準確、及時(shí)地預報也應該是有幫助的。

3.3農業(yè)領(lǐng)域

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )有著(zhù)卓越的技術(shù)優(yōu)勢。它可用于監視農作物灌溉情況、土壤空氣變更、牲畜和家禽的環(huán)境狀況以及大面積的地表檢測。在精細農業(yè)中,以監測農作物中的害蟲(chóng)、土壤的酸堿度和施肥狀況等。

WSN系統通常由環(huán)境監測節點(diǎn)、基站、通信系統、互聯(lián)網(wǎng)以及監控軟硬件系統構成。如圖所示，根據需要，人們可以在待測區域安放不同功能的傳感器并組成網(wǎng)絡(luò )，長(cháng)期大面積地監測微小的氣候變化，包括溫度、濕度、風(fēng)力、大氣、降雨量，收集有關(guān)土地的濕度、氮濃縮量和土壤PH值等，從而進(jìn)行科學(xué)預測，幫助農民抗災、減災，科學(xué)種植，獲得較高的農作物產(chǎn)量。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的通信便利、部署方便的優(yōu)點(diǎn)，使其在節水灌溉的控制中得以應用。同時(shí)，節點(diǎn)還具有土壤參數、氣象參數的測量能力，再與互聯(lián)網(wǎng)、GPS技術(shù)結合，可以比較方便地實(shí)現灌區動(dòng)態(tài)管理、作物需水信息采集與精量控制專(zhuān)家系統的構建，并可進(jìn)而實(shí)現高效、低能耗、低投入、多功能的農業(yè)節水灌溉平臺?？稍跍厥?、庭院花園綠地、高速路隔離帶、農田井用灌溉區等區域，實(shí)現農業(yè)與生態(tài)節水技術(shù)的定量化、規范化、模式化、集成化，促進(jìn)節水工業(yè)的快速和健康發(fā)展。

3.4工業(yè)領(lǐng)域及其他領(lǐng)域

工業(yè)方面，煤礦、石化、冶金行業(yè)對工作人員安全、易燃、易爆、有毒物質(zhì)的監測的成本一直居高不下，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )把部分操作人員從高危環(huán)境中解脫出來(lái)的同時(shí)，提高險情的反應精度和速度。

在建筑領(lǐng)域，采用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，可以讓大采用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，可以讓大樓、橋梁和其它建筑物能夠自身感覺(jué)并意識到它們的狀況，使得安裝了傳器網(wǎng)絡(luò )智能建筑動(dòng)告訴管理自身感覺(jué)并意識到它們的狀況，使得安裝了傳器網(wǎng)絡(luò )智能建筑動(dòng)告訴管理部門(mén)它們的狀態(tài)信息，從而可以讓管理按照優(yōu)先級進(jìn)行定期維修工作。

家居方面，智能家居系統的設計目標是將住宅內各種備聯(lián)起來(lái)，使他們能夠自動(dòng)運行，相互協(xié)作為居住者提供盡可多的便利和舒適。

醫療方面，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )在檢測人體生理數據、老年健康狀況醫院無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )在檢測人體生理數據、老年健康狀況醫院藥品管理以及遠程醫療等方面可發(fā)揮出色的作用。在病人身上安置體溫采集、呼吸、血壓等測量傳感器，醫生可以遠程了解病人的情況。利用網(wǎng)絡(luò )長(cháng)時(shí)間地收集人的生理數據，這些在研制新藥品的過(guò)程中非常有用。