无线传感器网络技术要点分析

黄耀华

（江苏省淮安技师学院，江苏 淮安 223001）

无线传感器网络主要由传感器单元、 数据处理单元、无线接收单元、电池单元等共同构成，具有多功能、低耗能、使用率较高、成本较低的优势。 在实际使用的过程中，无线传感器能够借助节点中的传感器单元收取周边的环境数据，比如空气湿度、温度、光照、空气压力等，形成物理参数，通过传感器网络传输到数据处理单元中，通过数据分析与加工，形成有价值的数据信息。 无线传感器网络还具备大规模、自组织、动态性、数据性、可靠性的基本特点，能够充分适应不同的作业环境，满足不同的需求，因此能够被运用于各个领域中，凸显传感器技术优势[1]。

1 无线传感器网络及其结构分析

1.1 无线传感器网络定义

无线传感器网络又称为“WSN”，是一种分布式传感网络，其末梢是能够检测与感知到外界变化的传感器，其中的传感器单元通过无线通信单元进行数据传输， 这一网络结构具有设置灵活、设备可变更的特点，还能够与互联网进行连接，形成一个具有多条自组织的网络结构。 无线传感器网络逐渐运用于军事、环境监控、医疗卫生、智能交通等各个领域中。 无线传感器网络具备数据采集、数据传输、数据处理、传输网络覆盖区域内的对象信息等功能； 无线传感器单元类型较多， 包括地震探测传感器单元、光强度探测传感器单元、土壤成分传感器单元、压力传感器单元、移动物体探测传感器单元等，能够充分满足不同的应用要求。

1.2 无线传感器网络结构分析

结合上述传感器网络定义内容， 根据目前现有传感器网络体系进行分析，可以发现，其结构主要由传感器节点EndDevice、管理节点与汇聚节点Router 共同构成。

在实际使用的过程中，大量的传感器节点被分布部署在监测区域内部， 通过自组织的方式构建形成网络体系，此时传感器节点获取到的监测数据会通过附近的传感器节点进行传输， 这些数据可能被多个传感器节点进行处理，经过多次传输之后汇聚到节点中，最后通过卫星或者互联网渠道达到管理节点中，由技术人员对管理节点中的数据进行配置与管理，获取监测数据，分析监测结果[2]。

关于“传感器节点”，其具有一定的信息获取能力、传输能力、储存能力与通信能力，多个传感器节点主要负责搜集被区域内的数据信息，同时对其他节点传输过来的数据信息进行储存、整理与融合，实现多个节点协同合作完成任务的模式。

关于“汇聚节点”，具有数据处理能力、数据储存能力、通信能力， 这一节点是连接传感器与外部网络的重要关卡，能够实现协议之间的转换，能向传感器节点发布任务，将节点搜集到的数据发布到外部网络中。 在实际运行的过程中，能够利用汇聚节点，将获取的信息数据编成资料文件，分析传感器节点储存的代码与协议，修改程序代码，将其加载到传感器中。

关于“管理节点”，具有动态管理功能，负责整个无线传感器网络的运行管理，能够为技术人员获取与操作无线传感器网络提供平台。

2 无线传感器网络技术基本特点及常见应用

2.1 无线传感器网络技术基本特点

结合无线传感器网络实际情况，可以发现，其具备以下基本特点：

1）大规模。 在实际应用的过程中，技术人员为了在最大范围内获取最精准的信息，往往会在监控区域内布置大量的传感器节点，设置成千上万的节点，形成较大的传感器网络节点规模，分布于较大的地理区域内，比如对大兴安岭森林内进行传感器监控，设置大量的防火探测传感器节点。 此外，技术人员还可以通过增加较小空间内的传感器节点密度提升信息获取精准度。 通过布置大规模的传感器节点，能够以不同的空间视角获取信息，提高细腻的精确度与覆盖性， 从而降低对单个传感器精度的要求，避免出现由于个别传感器运行状态不佳引发的信息数据不准确问题，避免出现传感盲区[3]。

2）自组织。 在传感器网络的构建过程中，技术人员通常需要将传感器节点放置于没有基础结构的区域， 但是传感器的节点放置位置是不能够提前设定与精确设计的，各节点之间的关系也是无法预测的，而是通过无人飞机播撒的方式设置传感器节点，促使森林中覆盖传感器，保证传感器能够深入深林区域。 这就要求传感器网络具备自组织的能力， 能够通过联系周边传感器节点自行匹配，联系成为节点网络，构建拓扑控制机制，自动形成传感器监控数据网络系统，发挥自组织优势。

3）动态性。 在实际运用的过程中，传感器网络的运行状态并不是一成不变的，而是会随着周边环境的变化、时间的推移而逐渐发生变化的，是具备动态性的。 若电能耗尽，则会出现传感器节点失效、故障的问题；周边环境的条件变化可能会引起无线通信线路的中断， 出现数据传输链断开的情况。 此外，以森林监测为例，传感器感知对象与观察人员皆具备移动性与变化性， 这就要求传感器需要具备较强的动态适应能力。

4）可靠性。 传感器网络技术的应用领域主要是人类无法适应的工作环境，或者是人类无法深入的区域，这就表示传感器节点及网络技术需要面对恶劣的工作环境，比如：露天、风雪、暴晒、雨淋、动物破坏等；且在传感器节点部署时是通过飞机播撒的方式， 这就要求传感器节点本身具备较强的可靠性，自身坚固不易损坏[4]。

5）数据性。 数据是传感器网络运行过程中的重要元素之一，传感器网络是一种任务型的网络结构，主要就是利用传感器节点获取的数据信息完成运行任务。 在技术人员使用传感器网络时， 可以将自己的目标关键词输入网络结构中，同网络结构中获取特定事件的相关信息，因此，可以说，传感器网络是以数据为中心的[5]。

2.2 无线传感器网络技术的常见应用

结合上述内容，可以发现，无线传感器网络技术具有较强的应用价值与应用优势， 且其在大规模应用方面具有良好的发展空间。 根据目前无线传感器网络的应用情况，可以发现，其主要运用于以下领域：

1）环境监测领域应用。 在现代社会中，人们对自然环境的关注程度逐渐提升，对环境监测的要求逐渐提高，这就需要采集更多的环境监测数据， 而无线传感器网络技术的出现则为人们提供便利。 技术人员将无线传感器节点通过无人机播撒到森林深处，更加深入、全面的获取森林环境信息， 及时发现森林火灾、 虫害及自然灾害的苗头，及时提出解决措施，将危害扼杀在摇篮中，以此体现无线传感器网络技术的应用优势。 此外， 还可以检测洞穴、海洋、土壤等不同区域，还可以应用于农业领域，实施监测土壤、空气数值，为我国农业现代化发展提供助力。

2）医疗护理领域应用。 在现代医疗卫生水平不断提升的过程中，“智能医疗”“智慧医疗”成为热门词汇，技术人员将无线传感器网络构建于智能病房中， 全面监测病房中的微尘指数、 把控居住者的基本身体特征， 比如血压、呼吸与脉搏，监测居住者的24 小时活动情况。 这一技术还可以融入智能家居与智慧养老中，促使其家人、儿女可以远程观察老人的身体健康状态，利用无线网络通信技术传递数据信息，从而方便护理，减缓护理人的负担[6]。

3） 工业环境领域。 技术人员可以将无线传感器网络技术应用于工业环境中，比如矿井、核电厂等，也可以将其运用于工业自动化生产中。 举例分析，可以在工业生产空间中布置传感器节点，全面监测、管理各机械设备的运行状态，有效改善工厂的作业环境，提高工厂作业效率。

2.3 无线传感器网络关键技术研究——以节点定位技术为例

节点是无线传感器网络中的重要构成，节点定位技术是其中的关键技术，也是重要技术基础之一，能够结合网络中的已知节点位置分析出其他节点的位置信息。在无线传感器网络节点定位技术的应用过程中，需要分别通过信标节点、未知节点进行数据分析，其中信标节点也是“参考点”，而未知节点则为“普通节点”；还存在邻居节点，系统能够利用邻居节点的信息对其通信半径内的其他节点进行数据获取。 在这一技术应用的过程中，技术人员可以操作系统，利用已经节点位置信息为(x1，y1)，设位置节点位置信息为M，假设B 位置为(x，y)，则A 到B 的距离为d1，得到：d12=(x-x1)2+(y-y1)2；之后，技术人员引进AHLos 算法，对x、y、x1、y1 等不同位置信息数值进行操作，通过数据传输达到时间估算节点之间的距离，从而得到相邻节点的坐标位置，为技术人员获取的各个节点的信息提供精确位置， 促使技术人员能够清晰知道监测数据的具体位置来源，把握监测环境中的细微变化，凸显技术应用价值[7]。

3 结语

综上所述，无线传感器网络技术是目前较为新颖、科学的技术，能够影响人们生活的方方面面，融入各个领域中，为我国社会的进步与发展提供重要驱动力。 结合对无线传感器网络的分析，可以发现，关键技术是无线传感器网络发挥作用的重要元素，不同的关键技术具有不同的效果，人们可以结合实际需求，引入大数据传输与处理技术、节点定位技术等不同的技术，促使无线传感器网络具有不同的功能，能够满足教育、交通、治安等不同领域的应用需求。