无线传感器网络技术

周航正

摘 要 本文主要介绍了无线传感器网络技术，并从无线传感器网络的特点和应用领域说明了无线传感器网络技术的先进性和实用性。

关键词 无线传感器 网络 路由

中图分类号：TP212 文献标识码：A

近年来，无线传感器网络及其相关的技术蓬勃发展，并且已经成为当前国际上备受關注的、多学科高度交叉的、知识高度集成的热门研究领域。

1无线传感器网络概念

无线传感器网络通常是指由若干数量的上位机、汇聚节点及终端感知节点通过无线自组网方式构成的网络，其目的是通过大量的传感器节点的协同工作对感知对象的信息进行采集，并通过无线多跳自组织网络将感知信息发送给用户或观察人员。无线传感器网络中各感知节点的位置随机分布，并具有自组织特性，由各感知节点共同完成信息的收集和路由等任务，整个网络相互协调配合。

2无线传感器网络特点

2.1大规模密集部署

无线传感器网络通常会通过布设大量传感器节点的方式，来实现对被观测对象信息的精确采集并减少盲区，有些时候甚至采用播撒式覆盖，节点数量可达到上万个，并且覆盖范围广，如森林火险监测和矿场安全监测等情况，覆盖范围可达数平方公里。

2.2自组织

由于被观测地形的限制和节点布设的随机性导致节点间的相互邻居关系无法预知，所以无线传感器网络节点必需具有自组织能力，能够通过拓扑控制机制和网络协议实现自主配置管理，形成高效可靠的通信网络。

2.3多跳路由

一般无线传感器网络节点的通信距离只有100—250米，而由于覆盖面积大，导致有些节点不能直接与汇聚节点互联，所以节点需要通过与其相邻的中间节点进行数据转发，有时甚至要经过若干个中间节点进行多跳路由。

2.4动态重构网络

由于网络中节点寿命终结、节点损坏、人为增加节点和节点位置移动等原因将导致传感器网络的拓扑结构发生改变，从而导致传感器网络必需重新建立连接。这就要求无线传感器网络必需是动态重构网络。

2.5可靠性

无线传感器网络节点通常部署在无人职守的恶劣环境之下，又因为传感器布设数量庞大，导致无线传感器网络节点几乎不可能进行人工维护，因此无线传感器网络的硬件和软件都必须拥有较高的可靠性。

2.6应用定制网络

传感器网络是用以监测客观世界的物理变量的，因为需要监测的信息不同，所以对传感器的应用系统要求也是根据不同变量而变化的，即使是同样的传感器节点，其监测的侧重点也不尽相同，所以无线传感器网络是需要进行应用定制的网络。

2.7以数据为中心的网络

无线传感器网络是以数据为中心的任务型网络，用户查询传感器采集的数据时，传感器网络会直接将数据通告给网络而不是特定节点，然后由网络将采集到的数据发给用户，而不必强调节点编号，这种方式更接近于自然语言方式。

3无线传感器网络的应用

由于无线传感器网络的低能耗、高可靠性、方便携带以及布设便捷等优点，近几年来无线传感器被广泛的应用到军事侦察、智能家居、工程建筑、灾害预测、环境监测等诸多领域。

3.1军事侦察

无线传感器网络技术在军事侦察上的应用由来已久，由于无线传感器网络节点体积小、布设快速、能耗低、可自组网等特点十分适合在军事侦查领域使用，特别是在恶劣的战场环境和敌占区等地点也可以长时间实现无人军事侦查。近几年来，美国国防部高级规划署（DRAPA）、美国自然科学基金委员会和其他军事部门均出资对智能无线传感器进行了深入研究。美国国防部和各军事部门都对传感器网络给予了高度重视，在C4ISR计划的基础上提出了C4KISR计划，强调战场情报的感知能力、信息的综合能力和信息的利用能力。

3.2智能家居

无线传感器网络技术在智能家居上的应用也十分广泛，其主要思路是利用布设在房间里的各种传感器来感知各种信息，如室温、湿度、光照强度、人员位置等，再将这些信息传递给智能处理器，并实现对空调，加湿器，电灯等设备的智能控制。随着无线传感器网络技术的发展，智能家居也受到越来越多的厂家和用户的关注。

3.3工程建筑

许多大型土木工程都对周围环境和自身的一些参数比较敏感（如跨海大桥、海底隧道、高速铁路、输油管道等），但由于经济和时间条件的限制，很难做到或者说根本做不到使用人工对这些工程建筑进行检查。而无线传感器网络技术由于其具有无人值守、可靠度高和工作寿命长等特点，只需要在建筑物的关键结构处放置传感器节点，就可以有效地对工程建筑进行实时监测，防止了建筑损坏引起的财产损失。

3.4灾害预测

近些年来，灾害预测越来越受到人们的关注，但由于覆盖范围广，检测时间长，测量数据多等特点使得灾害预测十分困难。无线传感器网络技术由于其容量大，寿命长和可定制应用等特点很好的解决了灾害预测中的困难，如在森林防火中，无线传感器网络就可以大范围的覆盖整个森林，并对温度、烟雾等信息进行采集，以防止火险发生，在灾害发生后，无线传感器网络也可提供起火点、火场温度、过火面积等数据来帮助救援人员实现有效救援。

3.5环境监测

传统的环境监测方式采用人工监测，耗费了大量的人力物力，却很难保证监测结果的实时性和准确性，而无线传感器网络技术则为环境监测带来了极大的便利。比如在温室大棚中就可以利用传感器实时监测棚内温度、土壤湿度、光照强度等数据，并根据数据实现无人值守情况下的智能调温、灌溉等功能，大大提高了工作效率。

3.6其他应用

除了在上述领域外，无线传感器网络技术也在其他领域得到了很好的应用，比如在医疗卫生方面，可以通过在病人身上佩戴无线传感器节点的方式实现在不影响病人活动的情况下对病人各项生理指标的监测；在交通管理方面，可以在路面上防止传感器节点来监测交通流量、车速、车重等信息，方便了对交通的管理。此外，无线传感器网络技术还在电力调控、公共安全和外层空间探索等领域也有应用。随着无线传感器网络技术的发展，其应用领域还会得到进一步扩展。

参考文献

[1] D.Zhang，H.Ma，L.Liu，etal.AnApproachtoReliableScriptsDisseminationinWirelessSensorNetworks[J].The2ndInternationalConferenceonEmbeddedSoftwareandSystems（ICESS2005），2005.9：438-444.

[2] 李文锋，符修文.无线传感器网络抗毁性[J].计算机学报，2015.3：625-647.