無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )應用系統介紹

醫療衛生應用

加利福尼亞大學(xué)提出了基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的人體健康監測平臺CustMed[15]，采用可佩戴的傳感器節點(diǎn)，傳感器類(lèi)型包括壓力、皮膚反應、伸縮、壓電薄膜傳感器、溫度傳感器等。節點(diǎn)采用加州大學(xué)伯克利分校研制、Crossbow公司生產(chǎn)的dot-mote節點(diǎn)，通過(guò)放在口袋里的PC機可以方便直觀(guān)地查看人體當前的情況。
紐約Stony Brook大學(xué)針對當前社會(huì )老齡化的問(wèn)題提出了監測老年人生理狀況的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統（Health Tracker 2000），除了監測用戶(hù)的生理信息外，還可以在生命發(fā)生危險的情況下及時(shí)通報其身體情況和位置信息。節點(diǎn)采用Crossbow公司的MICA2和MICA2DOT系列節點(diǎn)，采用溫度、脈搏、呼吸、血氧水平等類(lèi)型傳感器。

智能交通應用

圖3所示為上海市重點(diǎn)科技研發(fā)計劃中的智能交通監測系統^[17]，采用聲音、圖像、視頻、溫度、濕度等傳感器，節點(diǎn)部署于十字路口周?chē)?，部署于?chē)輛上的節點(diǎn)還包括GPS全球定位設備。重點(diǎn)強調了系統的安全性問(wèn)題，包括耗能、網(wǎng)絡(luò )動(dòng)態(tài)安全、網(wǎng)絡(luò )規模、數據管理融合、數據傳輸模式等。

1995年，美國交通部提出了到2025年全面投入使用的“國家智能交通系統項目規劃”。該計劃利用大規模無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，配合GPS定位系統等資源，除了使所有車(chē)輛都能保持在高效低耗的最佳運行狀態(tài)、自動(dòng)保持車(chē)距外，還能推薦最佳行使路線(xiàn)，對潛在的故障可以發(fā)出警告。
中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化所提出了基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的高速公路交通監控系統，節點(diǎn)采用圖像傳感器，在能見(jiàn)度低、路面結冰等情況下，能夠實(shí)現對高速路段的有效監控。
除了上述提到的應用領(lǐng)域外，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )還可以應用于工業(yè)生產(chǎn)、智能家居、倉庫物流管理、空間海洋探索等領(lǐng)域。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )應用的制約因素

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的實(shí)際應用過(guò)程中，主要存在著(zhù)以下制約因素：
(1)成本：傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的成本是制約其大規模廣泛應用的重要因素，需根據具體應用的要求均衡成本、數據精度及能量供應時(shí)間。
(2)能耗：大部分的應用領(lǐng)域需要網(wǎng)絡(luò )采用一次性獨立供電系統，因此要求網(wǎng)絡(luò )工作能耗低，延長(cháng)網(wǎng)絡(luò )的生命周期，這是擴大應用的重要因素。
(3)微型化：在某些領(lǐng)域中，要求節點(diǎn)的體積微型化，對目標本身不產(chǎn)生任何影響，或者不被發(fā)現以完成特殊的任務(wù)。
(4)定位性能：目標定位的精確度和硬件資源、網(wǎng)絡(luò )規模、周?chē)h(huán)境、錨點(diǎn)個(gè)數等因素有關(guān)，目標定位技術(shù)是目前研究的熱點(diǎn)之一。
(5)移動(dòng)性：在某些特定應用中，節點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)需要移動(dòng)，導致在網(wǎng)絡(luò )快速自組上存在困難，該因素也是影響其應用的主要問(wèn)題之一。
(6)硬件安全：在某些特殊環(huán)境應用中，例如海洋、化學(xué)污染區、水流中、動(dòng)物身上等，對節點(diǎn)的硬件要求很高，需防止受外界的破壞、腐蝕等。
影響無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )實(shí)際應用的因素很多，而且也與應用場(chǎng)景有關(guān)，需要在未來(lái)的研究中克服這些因素，使網(wǎng)絡(luò )可以應用到更多的領(lǐng)域。

目前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題

通信協(xié)議

(1)物理層通信協(xié)議：研究傳感器網(wǎng)絡(luò )的傳輸媒體、頻段選擇、調制方式等。
(2)數據鏈路層協(xié)議：研究網(wǎng)絡(luò )拓撲、信道接入方式，拓撲包括平面結構、分層結構、混合結構以及Mesh結構，信道接入包括固定分配、隨機競爭方式或以上兩者的混合方式。
(3)網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議：即路由協(xié)議的研究，路由協(xié)議分為平面和集群兩種，平面協(xié)議節點(diǎn)地位平等，簡(jiǎn)單易擴展，但缺乏管理；集群路由即分簇為簇首和簇成員，便于管理和維護，研究的熱點(diǎn)是集成兩種路由方式的優(yōu)點(diǎn)。
(4)傳輸層協(xié)議：研究提供網(wǎng)絡(luò )可靠的數據傳輸和錯誤恢復機制。

網(wǎng)絡(luò )管理

(1)能量管理：研究在不影響網(wǎng)絡(luò )性能的基礎上，控制節點(diǎn)的能耗、均衡網(wǎng)絡(luò )的能量消耗以及動(dòng)態(tài)調制射頻功率和電壓。
(2)安全管理：研究無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的安全問(wèn)題，包括節點(diǎn)認證、處理干擾信息、攻擊信息等。

應用層支撐技術(shù)

(1)時(shí)間同步：針對網(wǎng)絡(luò )時(shí)間同步要求較高情況的應用，例如基于TDMA的MAC協(xié)議和特殊敏感時(shí)間監測應用，要求網(wǎng)絡(luò )時(shí)間同步。
(2)定位技術(shù)：針對節點(diǎn)定位要求較高情況的應用，基于少數已知節點(diǎn)的位置，研究以最少的硬件資源、最低的成本和能耗定位節點(diǎn)位置的技術(shù)。

硬件資源

(1)微型化：基于特定應用的要求，研究微型化的節點(diǎn)。
(2)低成本：在不影響節點(diǎn)性能情況下，研究降低節點(diǎn)硬件的成本。
(3)新型電源：研究太陽(yáng)能電源及其他大容量可再生電源，解決制約傳感器網(wǎng)絡(luò )發(fā)展應用的能耗問(wèn)題。
本文主要就無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的廣泛應用進(jìn)行了探討，介紹了其在各個(gè)領(lǐng)域應用的典型實(shí)例，總結了當前制約無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )實(shí)際應用的因素及目前的研究熱點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )最終將成為聯(lián)系信息世界和客觀(guān)物理世界的接口，從而人類(lèi)可以通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò )獲知客觀(guān)物理世界的信息并做出相應的措施。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )體系結構如圖1所示，系統通常包括傳感器節點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器。