物联网技术服务工业互联网人才培养模式与途径

郝丽萍

（广州番禺职业技术学院，广东 广州511483）

一、传感网关键技术

传感网的关键技术大致可分为三类［1］。第一类是系统。每个传感器节点是一个独立的系统。为了满足传感器网络应用程序的需求，首要任务是设计与开发新的平台，操作系统以及存储模式［2］。第二类是通信协议。通信协议不仅保证了传感器节点之间的无线通信，而且还建立了高层应用程序与低层节点之间的“通信”。第三类是服务。无线传感器网络服务的应用旨在提高网络性能和系统性能，从而提升工业应用水平。传感器节点不仅可以组织成多条无线网络系统，而且还可以高效地管理与控制分布式节点［3］。通信协议标准一般分为5 层，它们分别是物理层、网络层、应用层、数据链路层以及传输层［4］。通信协议的不同层对功耗、端到端延迟、网络拥塞和网络容量有显著影响。层间优化算法可用于在不同协议层之间实现共享信息和交互。传感器节点仅运用于电池供电，因此限制是自然限制的。当节点的电力用尽时，该节点故障，逻辑上离开传感器网络，降低传感器网络的可靠性。传感器网络的生命周期取决于有效节点的数量和网络的连通性。因此，能源效率已成为衡量传感器网络算法性能的主要指标。大量的研究涉及建立可靠的无线通信，构建优化的节点解决方案以及设计完整的数据聚合方法，以实现更高的能效和良好的服务质量。此外，诸如信息确认机制、拥塞控制、缓冲区监视以及数据包恢复之类的策略的建议及实施，为最终通信模式下可靠的数据包传输提供了基本的技术保障［5］。另外，从现有的研究中可以得出，无线通信的强度取决于传感器节点的配置。稀疏的配置方案可能会导致节点之间的远程通信，从而导致更高的功耗。尽管密集的配置方案减少了通信功耗，但很容易引起通信冲突。

图1 无线传感器网络关键技术

二、传感网应用场景分析

（一）环境的监测与保护

随着人们对环境问题的日益重视，在对环境的检测和保护环节中应用传感网技术已经愈来愈普遍。通过利用传感网技术收集环境数据，并对数据进行分析以处理环境问题，能够在环境的检测与保护中起到事半功倍的效果。无线传感器网络的存在促进了研究数据的随机采集，避免了传统数据采集方法的缺点。最为成功的利用案例为英特尔研究实验室的研究。英特尔研究实验室的专家曾将32 个微型传感器连接到互联网，以读取缅因州大鸭岛的气候，并评估海燕巢的状况［6］。通过利用无线传感网络技术，专家的研究进行得尤为顺利，并取得了优异的研究成果。此外，无线传感器网络还可以跟踪昆虫的迁徙，研究环境变化对农作物的影响，并监测气候变化、自然灾害等。

（二）智能家居领域的应用

传感器节点嵌入家用电器中，通过无线网络连接到网络，将创造一个宜居、舒适、个性化的智能家居环境。远程监控系统可用于远程控制家用电器［7］。例如，在炎热的夏天，南方一线城市的上班族可以在下午回到家前利用该技术远程控制空调、微波炉、电视。此技术还能够实现远程监控，时刻保障家居的舒适度以及安全。

（三）医疗护理

由于传感网的特性，它被广泛用于医疗监控中。典型的系统由三层无线体域网结构，本地网关以及远程监视中心组成。目前医疗市场上已有基于传感网的医疗监控系统，该系统运用网络应用程序技术从多个终端与平台访问监控数据［9］。不仅如此，市场上还出现了基于传感网的远程医疗系统可扩展应用平台，该平台能够根据不同用户的需求，为用户量身定制不同的解决方案。此外，市面上还留存着运用LabVIEW软件设计的医疗无线传感器网络、远程医疗系统等，其中，远程医疗系统能够实时显示被监控对象的生理参数。由英特尔医疗团队开发的基于无线传感器网络的医疗系统，可运用位于患者家中的微传感器节点来监视与收集患者生理数据，从而远程监视及护理患者的健康，该系统现已部署用于实际治疗。Auto-ID MIT 中心开发的基于互联网的医疗系统实现了不同物理实体之间的异构连接，除了对患者的生理数据进行24/7 连续监控外，该系统还能够安全共享医疗记录，准确分析医疗设备的位置，对患者进行简单的对症治疗，并通过不断更新显示的数据来保持体液沟通。国内外研究结果表明，运用无线传感器网络技术进行治疗的主要技术问题已基本解决，在医疗领域具有很大的发展潜力。然而，考虑到安全性以及实用性等因素，生产过程中仍然存在一些障碍。

（四）军事领域

1.目标探测以及跟踪

目前，美国的军事建设已初步运用了互联网科技技术，主要体现为基于UGS 的远程战场检测系统REM-BASS。该系统可以检测、分类以及评估人员及车辆的运动方向。然而，该系统具有制作成本高以及运用寿命短等不足。运用以无线传感器网络技术为基准的技术不仅功效好、成本低、使用寿命长，而且能通过组合来自传感器的各种信息实现目标跟踪。

2.探测核以及生化武器攻击

运用无线传感器网络技术能够快速准确地检测出核、地雷等武器，能够实现军事对抗中人员伤亡的最小化。无线传感器网络技术还能防止核反作用力直接暴露于核辐射环境；通过在特定区域部署无线传感器网络，可以实现生化检测以及预警。数据通过聚合节点发送到各级指挥部门，能为决策指挥提供及时、准确的数据与信息。

3.通信对抗

在抵消通信的过程中，干扰源与目标接收机之间的距离以及干扰源的发射功率是决定干扰效果的主要因素，但这两个参数也与干扰源被破坏的可能性成正比。漫射对策为其提供了一种低成本以及低风险的手段，可以抑制战斗前线或后方的电磁频谱。分布式干扰系统直接实现近距离干扰，能够克服视场限制，获得无线信道的优势，从而提升干扰功率效率，减少对自身电磁频谱的干扰。然而，传统的分布式国防系统存在以下问题：不支持侦察信息交换，不能集成相关信息，对战参数选择不准确；战术上的协调不便，不能动态地接收指令，因此其控制效率很低。将综合抵抗力的分布式节点与无线传感网络技术相结合，是一种智能节点，通过信息融合可以更准确地确定目标节点的属性和位置，更好地选择对抗参数，可以让相关人员随时接受对抗命令并执行对抗任务。

三、结论

随着科学技术的飞速发展，信息战将成为未来战斗行动的主要形式。信息战的基本思想是将运用信息能量作为战斗的主要手段，运用信息流控制、物质流以及能量流，以提升武器的效力和士兵的战斗力。这意味着整个战斗系统可以通过准确捕捉信息而从有机转变为无机。如果把现有的武器系统比作人体的骨骼和肌肉，把指挥系统比作人体的中枢神经系统，那么传感器网络的节点就是神经末梢。随着这一技术的进一步发展，传感器网络、人工智能和微机电技术的结合将给未来战场带来巨大的变化。专注于无线传感器网络的各种自动战斗武器可以成为战场上的主体英雄，或者可以通过组合大量传感器来实现大型智能战斗机器人。另一方面，情感研究是AI 研究中的当前难题，如果能够在这一方面实现突破，将情感能力给予机器人，将对未来科技产生较大影响。综上，传感网关键技术的应用场景众多，在军事领域运用传感器网络，将带来军事技术领域的深远变革。