无线传感器网络的工作原理与发展历程

王顺利　黄欢　夏长春

摘 要 无线传感器网络被认为是在二十一世纪最重要的技术之一，它将对未来人类的生活方式产生深远的影响。无线通信技术的飞速发展，数字信号处理技术和传感器技术的日益成熟对基于无线传感器网络的信息采集，处理与传输提供了技术支持。

关键词 无线传感器网络 数据 信号处理 信息采集 信息融合

中图分类号：TP21 文献标识码：A

1无线传感器简介

无线传感器网络中的每个传感器具有一个或多个节点，例如声学传感器，红外传感器，磁性传感器等。每个传感器来监测自己的感知范围对象，监测特定的行为，一般的监测分为两种非实时方式，使用传感器来采集数据，将采集到的数据传送到最近的汇聚节点，随后进入汇聚阶段，从接近传感器所采集到的数据进行分析和处理，然后将结果根据需要发送给基站，基站将最终结果传送给派遣观察员来监控装置，当传感器监测到敏感的事件发生时，就会立即会对监测对象采取连续密集的监测策略，并根据汇聚节点对监测结果预处理后立即发送给观察者。实时监测结束后，实时监测的传感器节点必须通过一个特殊的消息通知基站。再监测每个节点，通过特殊的网络协议来实现一个给定局部区域的目标识别，定位与跟踪。如图1所示，是无线传感器网络的三种拓扑结构。

2无线传感器网络的优点

无线传感器网络是由大量传感器节点来监控目标。传感器节点由数据采集，信号处理和信号传输部分构成。传感器节点可以通过平面内传播的，可以在具体位置上发射火炮，不需要精确的传感器节点部署，无需人员值守。由于传感器节点可以部署在敌对地区，因此无线传感器网络必须具有良好的生存能力，生存能力不在单个传感器节点中，这意味着如果当网络中的一些节点损坏时，可以使用其他节点完成信息的采集，处理和传输，传感器节点的冗余使得传感器具有高生存性的网络。自组织的无线传感器网络中的网络协议和算法可以成功地完成工作。

由于无线传感器网络中的节点数是巨大，因此传感器节点的成本必须尽可能低。同时，无线传感器网络的工作环境决定了传感器节点必须体积小，功耗低，工作时间长。

3无线传感器网络的节点

对于不同的应用，传感器节点也是稍有不同的，但主要部分是相同的。通常是由一个传感器，处理单元，传输单元和电源部分构成。通过物理参数监测的目标决定了传感器的选择。处理单元主要完成网络功能和简单的数据处理。传输单元主要是用传感器来收集数据。电源的功率传感器节点是一个重要组成部分，无论重量或体积在无线通信设备中占据多大的比例，为了优化电源本身的功耗，还是应当尽可能地减少传感器节点。

4无线传感器网络的工作原理

各种传感器的信息可能有不同的功能，可以實时地处理信息，也可以非实时地处理信息，可以快速变化的，也可以是缓慢变化的，可以是模糊的，也可以是确定的，可以相互支持和互补，同时也可以互相竞争。多传感器信息融合的原理是在充分利用多传感器资源的基础上，合理控制和使用这些传感器的观测信息，在空间或时间上冗余或互补信息，结合多个标准的传感器，以获得一致性的解释和被测量对象的信息系统，以实现其比一个子集更好的性能。

多传感器信息融合技术直在机器人研究领域里应用最为广泛，因此与信息融合相比，一个更全面的、高水平的综合处理复杂问题的模拟方式更受人欢迎。单传感器信号处理只能仿照大脑处理信息一个较低水平，而多传感器几乎可以处理所有信息。多传感器信息融合系统有效地利用传感器资源，从而可以检测到目标和环境的信息的最大增益。同时，多传感器信息融合和经典信号处理方法的本质区别是：多传感器信息融合过程的关键在于有更复杂的形式，而且基于不同的水平上。这些信息包括表示层数据层，特征级和决策级数据层。

5无线传感器网络的发展历程

无线传感器网络起源于军事领域，美国卡内基—梅隆大学曾经为了研究分布式传感器网络成立了一个工作组，致力于基于无线传感器网络的军事监视系统的研究。但由于当时技术条件的限制，研究的应用范围非常有限。在本世纪，随着技术水平与应用规模的扩大，目前无线传感器网络的研究与开发已成为当前信息领域的热点，越来越多的研究机构和公司增加了在这一领域的研究工作。这个研究领域也因此得到了美国政府资金的支持。对于无线传感器网络技术的研发，投资资金总额甚至达到了三千四百万元。美国国防部对它的投资更大。美国国防高级研究计划局在大学和科研机构中投资很多钱来支持无线传感器网络的研究。美国许多大学都开展了对传感器网络的研究。

参考文献

[1] 马祖长，孙怡宁，梅涛.？无线传感器网络综述[J].通信学报.2004（04）.

[2] 任丰原，黄海宁，林闯.？无线传感器网络[J].软件学报.2003（07）.