無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )應用系統介紹

傳感器節點(diǎn)可以完成環(huán)境監測、目標發(fā)現、位置識別或控制其他設備的功能；此外還具有路由、轉發(fā)、融合、存儲其他節點(diǎn)信息等功能。
網(wǎng)關(guān)負責連接無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )和外部網(wǎng)絡(luò )的通信，實(shí)現兩種網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議之間的轉換，發(fā)送控制命令到傳感器網(wǎng)絡(luò )內部節點(diǎn)，以及傳送節點(diǎn)的信息到服務(wù)器。
服務(wù)器用于接收監測區域的數據，用戶(hù)可遠程訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器，從而獲得監測區域內監測目標的狀態(tài)以及節點(diǎn)和設備的工作情況。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )通常具有如下主要特點(diǎn)：
(1)自組織。傳感器網(wǎng)絡(luò )系統的節點(diǎn)具有自動(dòng)組網(wǎng)的功能，節點(diǎn)間能夠相互通信協(xié)調工作。
(2)多跳路由。節點(diǎn)受通信距離、功率控制或節能的限制，當節點(diǎn)無(wú)法與網(wǎng)關(guān)直接通信時(shí)，需要由其他節點(diǎn)轉發(fā)完成數據的傳輸，因此網(wǎng)絡(luò )數據傳輸路由是多跳的。
(3)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò )拓撲。在某些特殊的應用中，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是移動(dòng)的，傳感器節點(diǎn)可能會(huì )因能量消耗完或其他故障而終止工作，這些因素都會(huì )使網(wǎng)絡(luò )拓撲發(fā)生變化。
(4)節點(diǎn)資源有限。節點(diǎn)微型化要求和有限的能量導致了節點(diǎn)硬件資源的有限性。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )應用現狀

傳感器網(wǎng)絡(luò )的應用與具體的應用環(huán)境密切相關(guān)，因此針對不同的應用領(lǐng)域，存在性能不同的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統^[3]。

軍事領(lǐng)域應用

在軍事應用領(lǐng)域，利用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )能夠實(shí)現監測敵軍區域內的兵力和裝備、實(shí)時(shí)監視戰場(chǎng)狀況、定位目標物、監測核攻擊或者生物化學(xué)攻擊等。
美國軍方研究的用于軍事偵查的NSOF（Networked Sensors for the Objective Force)系統^[4]是美國軍方目前研究的未來(lái)戰斗系統的一部分，能夠收集偵查區域的情報信息并將此信息及時(shí)地傳送給戰術(shù)互聯(lián)網(wǎng)。系統由大約100個(gè)靜態(tài)傳感器和用于接入戰術(shù)互聯(lián)網(wǎng)的指揮控制節點(diǎn)C2（command and control）構成，系統架構如圖2所示。

2005年，美國軍方采用Crossbow公司節點(diǎn)構建了槍聲定位系統^[5]，節點(diǎn)部署于目標建筑物周?chē)?，系統能夠有效地自組織構成監測網(wǎng)絡(luò )，監測突發(fā)事件(如槍聲、爆炸等)的發(fā)生，為救護、反恐提供了有力的幫助。
美國科學(xué)應用國際公司采用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )構建了一個(gè)電子防御系統^[5]，為美國軍方提供軍事防御和情報信息。系統采用多個(gè)微型磁力計傳感器節點(diǎn)來(lái)探測監測區域中是否有人攜帶槍支、是否有車(chē)輛行駛，同時(shí)，系統利用聲音傳感器節點(diǎn)監測車(chē)輛或者人群的移動(dòng)方向。

環(huán)境監測應用

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )應用于環(huán)境監測，能夠完成傳統系統無(wú)法完成的任務(wù)。環(huán)境監測應用領(lǐng)域包括：植物生長(cháng)環(huán)境、動(dòng)物的活動(dòng)環(huán)境、生化監測、精準農業(yè)監測、森林火災監測、洪水監測等。
加州大學(xué)伯克利分校利用傳感器網(wǎng)絡(luò )監控大鴨島（Great Duck Island）的生態(tài)環(huán)境^[6]，在島上部署30個(gè)傳感器節點(diǎn)，傳感器節點(diǎn)采用Berkeley大學(xué)的Mica mote[7]節點(diǎn)，包括監測環(huán)境所需的溫度、光強、濕度、大氣壓力等多種傳感器。系統采用分簇的網(wǎng)絡(luò )結構，傳感器節點(diǎn)采集的環(huán)境參數傳輸到簇首（網(wǎng)關(guān)），然后通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò )、基站、Internet網(wǎng)絡(luò )傳輸數據到數據庫中。用戶(hù)或管理員可以通過(guò)Internet遠程訪(fǎng)問(wèn)監測區域。
加州大學(xué)在南加利福尼亞San Jacinto山建立了可擴展的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統[8]，主要監測局部環(huán)境條件下小氣候和植物甚至動(dòng)物的生態(tài)模式。監測區域(25公頃)分為100多個(gè)小區域，每個(gè)小區域包含各種類(lèi)型的傳感器節點(diǎn)，該區域的網(wǎng)關(guān)負責傳輸數據到基站，系統由多個(gè)網(wǎng)關(guān)，經(jīng)由傳輸網(wǎng)絡(luò )到Internet互聯(lián)網(wǎng)。
加州大學(xué)伯克利分校利用部署于一顆高70m的紅杉樹(shù)上的無(wú)線(xiàn)傳感器系統來(lái)監測其生存環(huán)境[9]，節點(diǎn)間距2m，監測周?chē)諝鉁囟?、濕度、太?yáng)光強（光合作用）等變化。
文獻[10]利用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統監測牧場(chǎng)中牛的活動(dòng)，目的是防止兩頭牛相互爭斗。系統中節點(diǎn)是動(dòng)態(tài)的，因此要求系統采用無(wú)線(xiàn)通信模式和高數據速率。
在印度西部多山區域監測泥石流部署的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統^[11]，目的是在災難發(fā)生前預測泥石流的發(fā)生，采用大規模、低成本的節點(diǎn)構成網(wǎng)絡(luò )，每隔預定的時(shí)間發(fā)送一次山體狀況的最新數據。Intel公司利用Crossbow公司的Mote系列節點(diǎn)在美國俄勒岡州的一個(gè)葡萄園中部署了監測其環(huán)境微小變化的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )^[12]。

建筑結構監測

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )用于監測建筑物的健康狀況，不僅成本低廉，而且能解決傳統監測布線(xiàn)復雜、線(xiàn)路老化、易受損壞等問(wèn)題。
　　斯坦福大學(xué)提出了基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的建筑物監測系統[13]，采用基于分簇結構的兩層網(wǎng)絡(luò )系統。傳感器節點(diǎn)由EVK915模塊和ADXL210加速度傳感器構成，簇首節點(diǎn)由Proxim RangelLAN2無(wú)線(xiàn)調制器和EVK915連接而成。
南加州大學(xué)的一種監測建筑物的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統NETSHM[14]，該系統除了監測建筑物的健康狀況外，并且能夠定位出建筑物受損傷的位置。系統部署于Los Angeles的The Four Seasons大樓內。系統采用分簇結構，采用Mica-Z系列節點(diǎn)。