無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)及應用分析

　　1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的概述

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )（Wireless Sensor Network， WSN）是一種新型的信息獲取系統，是由部署在監測區域內大量的廉價(jià)微型傳感器節點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò )系統，其目的是協(xié)作地監測、感知和采集網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域內各種感知對象的信息，并對這些信息進(jìn)行處理，最終發(fā)送給觀(guān)察者。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是一種低功耗、自組織網(wǎng)絡(luò )，一般由一個(gè)或多個(gè)基站（Sink節點(diǎn)）和大量部署于監測區域、配有各類(lèi)傳感器的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)構成。每個(gè)節點(diǎn)成本低，功耗小，具有一定計算處理能力、通信能力。雖然單個(gè)節點(diǎn)采集數據并不精確，也不可靠，但是大量節點(diǎn)相互協(xié)作形成高度統一的網(wǎng)絡(luò )結構，提高了數據采集的準確度和運行的可靠性，可部署于在敵占區、災害區、核反應堆等人力不可達的特殊區域進(jìn)行數據采集、傳輸等，具有其他網(wǎng)絡(luò )無(wú)法比擬的特性，可廣泛用于國防、環(huán)境監測、智能家居等領(lǐng)域。

　　2 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的顯著(zhù)特點(diǎn)

　　與蜂窩網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)等其它無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )相比，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )有其自身的顯著(zhù)特點(diǎn)：

　　1） 分布式、自組織性。無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)是由對等節點(diǎn)構成的網(wǎng)絡(luò )，不存在中心控制。管理和組網(wǎng)都非常簡(jiǎn)單靈活。不依賴(lài)固定的基礎設施，每個(gè)節點(diǎn)都具有路由功能，可以通過(guò)自我協(xié)調、自動(dòng)布置而形成網(wǎng)絡(luò )，不需要其它輔助設施和人為手段。

　　2）健壯性。由于能量限制、環(huán)境干擾和人為破壞等因素的影響，傳感器節點(diǎn)會(huì )損壞，導致一些傳感器節點(diǎn)不能正常工作，但隨機分布的大量節點(diǎn)之間可以協(xié)調互補，保證部分傳感器節點(diǎn)的損壞不會(huì )影響到全局任務(wù)。

　　3）可擴展性。當網(wǎng)絡(luò )中增加新的無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)時(shí)，也不需要其它外界條件，原有的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )可以有效地融納新增節點(diǎn)，使新增節點(diǎn)快速融入網(wǎng)絡(luò )，參與全局工作。

　　4）動(dòng)態(tài)拓撲。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )內的節點(diǎn)可能會(huì )因為能量耗盡或其他故障退出網(wǎng)絡(luò )；有些節點(diǎn)可能處于工作狀態(tài)，有些節點(diǎn)可能處于關(guān)閉狀態(tài)，沒(méi)有參與網(wǎng)絡(luò )通訊；也有可能又會(huì )新增大量的節點(diǎn)融入網(wǎng)絡(luò )，這些都會(huì )使網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構隨時(shí)發(fā)生變化。

　　5）應用相關(guān)。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )用來(lái)感知客觀(guān)物理世界，獲取物理世界信息。不同的傳感器網(wǎng)絡(luò )應用關(guān)心不同的物理量，因此不同應用背景將導致不同的節點(diǎn)硬件平臺、軟件系統和網(wǎng)絡(luò )協(xié)議。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )不能象Internet一樣具有統一的通信協(xié)議平臺，必須針對具體應用來(lái)研究傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。這也是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )區別于傳統網(wǎng)絡(luò )系統的顯著(zhù)特征。

　　6）規模大。為了提高網(wǎng)絡(luò )的可靠性，通常在目標區域內部署大量傳感器節點(diǎn)，傳感器網(wǎng)絡(luò )可能包含多達數千甚至上萬(wàn)個(gè)傳感器節點(diǎn)。傳感器網(wǎng)絡(luò )的大規模性還能夠通過(guò)不同空間視角獲得更大的信噪比，從而提高監測準確性。

　　7）高冗余。節點(diǎn)的大規模部署使得無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )通常具有較高的節點(diǎn)冗余，網(wǎng)絡(luò )鏈路冗余以及采集的數據冗余，從而使得系統具有很強的容錯能力。

　　8）空間位置尋址。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )一般不需要支持任意兩個(gè)傳感器節點(diǎn)之間的點(diǎn)對點(diǎn)通信，傳感器節點(diǎn)不必具有全球唯一的標識，不必采用因特網(wǎng)的IP尋址。用戶(hù)往往不關(guān)心數據采集于哪一個(gè)節點(diǎn)，而關(guān)心數據所屬的空間位置，因此可采取空間位置尋址方式。從這個(gè)意義上講，傳感器網(wǎng)絡(luò )通常以數據本身作為查詢(xún)或傳輸線(xiàn)索，因此傳感器網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)以數據為中心的網(wǎng)絡(luò )。

　　3 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的應用分析

　　由于技術(shù)等方面的制約，雖然無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的大規模商用還有待時(shí)日。但隨著(zhù)微處理器體積的縮小和性能的提升，已經(jīng)有中小規模的WSN在工業(yè)市場(chǎng)上開(kāi)始投入商用。其應用主要集中在以下領(lǐng)域：

　?、侪h(huán)境監測

　　隨著(zhù)人們對于環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注程度越來(lái)越高，需要采集的環(huán)境數據也越來(lái)越多，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的出現為隨機性的研究數據獲取提供了便利，并且還可以避免傳統數據收集方式給環(huán)境帶來(lái)的侵入式破壞。比如，英特爾研究實(shí)驗室研究人員曾經(jīng)將32個(gè)小型傳感器連進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)，以讀出緬因州“大鴨島”上的氣候，用來(lái)評價(jià)一種海燕巢的條件。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )還可以跟蹤候鳥(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。此外，它也可以應用在精細農業(yè)中，來(lái)監測農作物中的害蟲(chóng)、土壤的酸堿度和施肥狀況等。

　?、卺t療護理

　　羅徹斯特大學(xué)的科學(xué)家使用無(wú)線(xiàn)傳感器創(chuàng )建了一個(gè)智能醫療房間，使用微塵來(lái)測量居住者的重要征兆（血壓、脈搏和呼吸）、睡覺(jué)姿勢以及每天24小時(shí)的活動(dòng)狀況。英特爾也推出了基于WSN的家庭護理技術(shù)。該技術(shù)是做為探討應對老齡化社會(huì )的技術(shù)項目Center for Aging ServicesTechnologies（CAST）的一個(gè)環(huán)節開(kāi)發(fā)的。該系統通過(guò)在鞋、家具以家用電器等家中道具和設備中嵌入半導體傳感器，幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士的家庭生活。利用無(wú)線(xiàn)通信將各傳感器聯(lián)網(wǎng)可高效傳遞必要的信息從而方便接受護理。而且還可以減輕護理人員的負擔。

　?、圮娛骂I(lǐng)域

　　由于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )具有密集型、隨機分布的特點(diǎn)，使其非常適合應用于惡劣的戰場(chǎng)環(huán)境中，使其非常適合應用于惡劣的戰場(chǎng)環(huán)境中，包括偵察敵情、監控兵力、裝備和物資，判斷生物化學(xué)攻擊等多方面用途。美國國防部遠景計劃研究局已投資幾千萬(wàn)美元，幫助大學(xué)進(jìn)行“智能塵埃”傳感器技術(shù)的研發(fā)。

　?、苣繕烁?/strong>

　　DARPA支持的Sensor IT項目探索如何將WSN技術(shù)應用于軍事領(lǐng)域，實(shí)現所謂“超視距”戰場(chǎng)監測。UCB的教授主持的Sensor Web是Sensor IT的一個(gè)子項目。原理性地驗證了應用WSN進(jìn)行戰場(chǎng)目標跟蹤的技術(shù)可行性，翼下攜帶WSN節點(diǎn)的無(wú)人機（UAV）飛到目標區域后拋下節點(diǎn)，最終隨機布撤落在被監測區域，利用安裝在節點(diǎn)上的地震波傳感器可以探測到外部日標，如坦克、裝甲車(chē)等，并根據信號的強弱估算距離，綜合多個(gè)節點(diǎn)的觀(guān)測數據，最終定位目標，并繪制出其移動(dòng)的軌跡。

　?、萜渌猛?/strong>

　　WSN還被應用于一些危險的工業(yè)環(huán)境如井礦、核電廠(chǎng)等，工作人員可以通過(guò)它來(lái)實(shí)施安全監測。也可以用在交通領(lǐng)域作為車(chē)輛監控的有力工具。此外，還可以在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)等諸多領(lǐng)域，英特爾正在對工廠(chǎng)中的一個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行測試，該網(wǎng)絡(luò )由40臺機器上的210個(gè)傳感器組成，這樣組成的監控系統將可以大大改善工廠(chǎng)的運作條件。它可以大幅降低檢查設備的成本，同時(shí)由于可以提前發(fā)現問(wèn)題，因此將能夠縮短停機時(shí)間，提高效率，并延長(cháng)設備的使用時(shí)間。相信隨著(zhù)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和推進(jìn)，無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)一定會(huì )得到更大的應用。