無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )關(guān)鍵技術(shù)及應用探析

1概述
1.1無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)簡(jiǎn)介
無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )是集數據采集，信息傳輸，信息處理等多個(gè)技術(shù)為一體的綜合智能信息系統。它融合了電子技術(shù)，計算機技術(shù)，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，分布式信息處理等理 論，能夠實(shí)時(shí)監測并感知其覆蓋區域中的環(huán)境以及各被監控對象的狀態(tài)，而后將數據信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸方式發(fā)送到到控制中心，供觀(guān)察者進(jìn)行處理。

1.2無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)
和傳統網(wǎng)絡(luò )通用的模式不同，WSN可以針對不同的應用，需要調整自身的配置，如節點(diǎn)密度，通信協(xié)議等，其主要特點(diǎn)如下。
（1）節點(diǎn)能量受限。WSN中的節點(diǎn)通常由電池供電，由于電池的容量一般不能維持節點(diǎn)正常工作時(shí)間過(guò)長(cháng)，并且無(wú)線(xiàn)傳感節點(diǎn)往往部署于野外環(huán)境中，無(wú)法及時(shí)充電或更換電池，當電池電量耗盡，節點(diǎn)也就隨之失效。
（2）節點(diǎn)處理能力受限。無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)受體積和成本的影響，內存和處理器均不能和普通計算機相比，其處理程序和運算數據的能力也有限，這決定了無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)設計不能過(guò)于復雜。
（3）WSN是一種自組織網(wǎng)絡(luò )。傳感器節點(diǎn)通過(guò)自組織分布形成WSN，網(wǎng)絡(luò )大多數采用Adhoc方式進(jìn)行配置，網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)節點(diǎn)中同時(shí)充當主機和路由器的 角色，具有路徑尋址和維護功能。由于傳感器節點(diǎn)自身的特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò )拓撲結構經(jīng)常發(fā)生變化，因此要求節點(diǎn)需要有維護動(dòng)態(tài)路由的功能，以保證網(wǎng)絡(luò )正常工作。
（4）以數據為中心。在無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )中，為了節省能量的消耗，要求在保證通信質(zhì)量的前提下，盡可能的減少信息傳輸量，只需將用戶(hù)關(guān)心的信息數據進(jìn)行搜集傳輸，即WSN是一種以數據為中心的網(wǎng)絡(luò )。

2無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵技術(shù)
2.1網(wǎng)絡(luò )的自組織和自我管理
WSN采用無(wú)線(xiàn)自組織方式進(jìn)行組網(wǎng)，節點(diǎn)放入檢測區域后，搜集被檢測信息，并把這些信息發(fā)于鄰接節點(diǎn)，并將其周?chē)逆溌愤B接信息發(fā)回給sink節點(diǎn)，sink節點(diǎn)把從所有信息進(jìn)行匯總分析后，可得到網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構和傳輸路由等信息。

WSN的拓撲形式一般有三種：簇方式、 平面結構、棧結構。三種結構各有利弊，需在具體的應用中靈活選取，當節點(diǎn)失效或加入新節點(diǎn)而導致網(wǎng)絡(luò )拓撲變化較大時(shí)，需要能很快的適應這種變化，快速的使網(wǎng)絡(luò )正常工作，即WSN需要良好的自適應性。

2.2節點(diǎn)軟硬件系統集成
無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)節點(diǎn)都是嵌入式系統，包括電源系統，存儲器，微處理器，無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊等。近年來(lái)，隨著(zhù)芯片技術(shù)、嵌入式技術(shù)。MEMS技術(shù)的發(fā)展，已 經(jīng)可以將這些部件很好的集成。由于節點(diǎn)能量有限，在設計部件如：無(wú)線(xiàn)收發(fā)器和微處理器要求其功耗較小，且能自動(dòng)節省能量，比如休眠模式等，以便在不參與工 作時(shí)候消耗較低的電量。這些功能需要通過(guò)操作系統來(lái)集成，目前最常用的操作系統有uC-OS-2、嵌入式linux、TInyOS操作系統，這些操作系統 具有內核小，模塊化設計，占用資源少等特點(diǎn)，可以大大提無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )性能。

2.3相關(guān)的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議
WSN和傳統網(wǎng)絡(luò )在職能上有較大的不同。傳統網(wǎng)絡(luò )是以傳輸數據為中心，中間的節點(diǎn)主要進(jìn)行數據的轉發(fā)，而不需要處理分析數據的。而傳感器網(wǎng)絡(luò )是以數據為中 心，中間節點(diǎn)不僅僅只是將數據進(jìn)行轉發(fā)，還需要進(jìn)行數據的有效融合和其他處理等功能，因此傳統Ad-自組織網(wǎng)絡(luò )的協(xié)議并不完全適合無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)和 要求，因此所以在路由選擇上也必須有更加適合的協(xié)議。

2.4能源管理
在WSN中，為了節省能量，不管是節點(diǎn)自身還是通信協(xié)議都需要更為合理的設計，以適應節點(diǎn)在工作和休眠之間的轉換的需要?？梢酝ㄟ^(guò)在應用層、網(wǎng)絡(luò )層、接入 層協(xié)議的控制，引入能源控制的理念，以延長(cháng)網(wǎng)絡(luò )的生存時(shí)間。此外，還可以通過(guò)將鏈路層應答和網(wǎng)絡(luò )層應答跨層結合起來(lái)進(jìn)行設計，既可以滿(mǎn)足性能的要求，也可 降低功耗。

2.5無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的安全問(wèn)題
無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )由于其傳輸信道的特殊性，其安全問(wèn)題更顯得尤為重要。例如802.11無(wú)線(xiàn)協(xié)議就存在嚴重的安全漏洞，黑客可以通過(guò)軟件和硬件工具來(lái)干擾無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。目前的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )安全研究有：信息認證、信息加密、入侵檢測、防止而已攻擊等。

3無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的應用分析
無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )隨機分布的特點(diǎn)，廣泛用于環(huán)境、醫療和家庭辦公等。

3.1環(huán)境監測
傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的成本較低、容易布局的特點(diǎn)非常適合環(huán)境監測，比如在水環(huán)境應用中，針對水環(huán)境監測和WSN各自的特性，重點(diǎn)研究數據融合和聚集技術(shù)，以保證水污染等報警的正確率；此外還可以應用在鳥(niǎo)類(lèi)、昆蟲(chóng)的遷徙跟蹤，大面積地質(zhì)結構監控，森林火災的預警等方面。

3.2醫療方面
無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )在醫療方面的應用有：對人類(lèi)生理數據的無(wú)線(xiàn)監測，WSN可以長(cháng)期收集人類(lèi)的生理數據，供醫學(xué)部門(mén)研究應用；在醫院對醫護人員和患者進(jìn)行監控和 追蹤，讓患者佩戴完成特殊任務(wù)的微型傳感器，可以監視患者的心率，血壓、體溫等指標，醫生可以實(shí)時(shí)保持與患者的聯(lián)絡(luò )。從而能及時(shí)的處理問(wèn)題。

3.4家庭及辦公自動(dòng)化
隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，傳感器網(wǎng)絡(luò )可以嵌入吸塵器、微波爐、冰箱等家用電器，這些電器可以通過(guò)手機，PDA、手機和傳感器節點(diǎn)一起，接入到英特網(wǎng)中，用戶(hù)可以與 其進(jìn)行交互，方便遠程監控和操作使用；也可以將傳感器放在書(shū)本，辦公文檔和其他文件中，就能準確定位這些文件的位置，實(shí)現辦公自動(dòng)化。

4結語(yǔ)
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(WSN)是新興的下一代無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，在社會(huì )生產(chǎn)和人民生活各方面都有著(zhù)廣闊的應用前景。本文介紹了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)，討論了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵技術(shù)和在工業(yè)、環(huán)境、人民生活等方面的應用。