无线传感器网络技术在物联网中的应用趋势探讨

2023-01-07黄科技

中阿科技论坛(中英文) 2022年8期

关键词：无线联网领域

黄科技

（镇江技师学院,江苏镇江 212000）

物联网的出现改善了人类的生活与工作方式，对现代社会发展具有重要意义。为了进一步提升物联网的应用效果，要加强对多种先进科学技术的应用，其中包括无线传感器网络技术，通过提升数据采集质量与效率，达到全面监控与管理的目的。

1 概念介绍

1.1 无线传感器网络概述

无线传感器网络是指在一定区域范围内，根据实际需求，部署一定数量与相应类型的传感器元件，以此构建出一个对整个区域进行全面监测与扫描的网络。在该网络内，由于传感器数量众多，且这些传感器具有不同的功能，可全面采集区域内部各方面信息，将这些信息传输给控制系统后，可通过对这些数据的分析，得到更加真实、准确的结论，以此为区域管理提供帮助[1]。

1.2 物联网概述

互联网技术的快速发展，催生出了物联网技术，并被广泛应用到社会各个方面。所谓的物联网，可从字面上进行解释，即将物与物有效连接到一起。物联网的专业定义为：利用射频识别（RFID）、红外感应器、GPS系统等技术与工具，将实物与互联网进行连接，以此促进两者间信息的交换与传输，为提升实物的监测、管理效果提供支持。

2 无线传感器网络技术在物联网中应用的重要性

在社会迅猛发展的今天，社会各界对生产、服务工作提出了更高的要求，只有确保生产与服务工作符合要求，才能推动现代社会进一步发展。在这一背景下，物联网应用深入各个领域，并取得了良好的效果，促进了社会的发展。然而对现有物联网技术来说，如检测范围较窄，监测指标较为单一等，在一定程度上影响了物联网技术的应用效果[2]。应用无线传感器网络技术可有效改善这一问题。

3 无线传感器网络技术在物联网中的具体应用

3.1 在军事领域的应用

无线传感器网络技术存在诸多优势，如能够快速随机地捕捉、自组织性强、隐秘性能良好且容错率非常高，正是这些优势的存在，使其在恶劣环境中也能够发挥出较大的作用，所以在军事领域越来越被重视。具体应用时，以无线传感器技术为依托，结合区域监测的实际需求，确定出适当数量的监测点，然后以此为基础，利用军用飞机、火炮等工具，将这些传感器投放到该区域内，以此对整个区域内部环境予以检测。为了确保采集数据的全面性，应采用多种不同类型的传感器，如温度传感器、湿度传感器、声音传感器等[3]。这些传感器采集到现场信息后，利用卫星、无线网络等方法，快速准确地传输给操作中心，操作中心对这些数据予以分析，从而得到现场具体信息，从而判断对方的实力情况，确定各个目标的具体位置，为本方进攻或防守方案的制定提供支持。

3.2 在工业领域的应用

工业是社会发展的重要组成部分，工业的发展直接关系到整个社会的发展。在工业发展过程中，人们也大量应用了无线传感器网络技术，如监测工业现场的安全性，监控工业产品的制造质量，对材料、产品现场环境予以全面监控等。应用无线传感器网络技术可有效提升工业生产的安全性与质量，有利于工业领域向着更好的方向发展。近年来，计算机技术、无线通信技术与微电子技术等呈现出迅猛发展的态势，在这些技术共同作用下，工业通信技术向着智能化与规模化的方向发展[4]。煤炭开采、电力等行业在运行时，由于内部存在较大的安全隐患，且这些安全隐患会造成巨大的经济损失与人员伤亡，因此对现场安全性具有更高的要求。如果依然采用传统监控手段，就不仅需要投入大量的安全管理成本，还难以及时判断出安全隐患。应用无线传感器网络技术能够全面采集到现场的温度、湿度、烟气等信息，通过对这些信息的分析，判断工作现场是否存在安全隐患，并针对监测结果采取相应的处理方案。

3.3 在农业领域的应用

农业是社会发展的基础，随着我国农业科技的快速发展，人们对无线传感器网络技术的应用也越来越频繁，如全面检测农田周围环境的温度、雨水量、土质条件等。通过对土壤结构成分的检测与分析，可判断土壤营养成分是否符合农作物的生长需求；通过对周围环境雨水情况的检测，可判断雨水是否符合作物生产情况等；通过对农作物的检测，可判断农作物的生长情况，包括是否出现病虫害等。2002年，英特尔公司在美国俄勒冈建立了全球第一家无线葡萄园，该葡萄园内全部由无线传感器对园内情况进行监控，并通过传感器的检测结果，对整个葡萄进行自动化管理。相对于传统果园管理手段来说，该管理方法更加智能化与精准化，使葡萄产量与质量大大提升。我国在智慧农业建设过程中，也开始大力推广与应用无线传感器网络技术，以转变我国传统农业发展滞后的问题。如在“十一五”规划期间，我国一科研单位研发出了一款“西北优势农作物生产精准管理系统”，该系统能够对西部地区特色农作物的生长状况与天气环境等予以全面检测，以此提升西部地区农业生产质量与效率。

3.4 在医疗卫生领域的应用

目前，我国人口老龄化问题日益凸显。据调查统计发现，2021年我国老年人增长了48万，达到了2.67亿，占总人口数量的18.9%。对于老年人来说，由于其身体状况较差，很容易引起一些突发疾病，如果未能及早治疗，就会对老年人的生命健康造成较大危害。在看护老年人时，如果采用人工看护，就会增加家庭支出，很多家庭难以承担，且一部分疾病较为隐秘，人工在看护过程中很难直接、准确地判断，导致老年人在出现疾病后未能第一时间被发现。在这一背景下，医疗卫生领域逐渐以无线传感器网络为基础，开发了很多用于老年人医疗护理的仪器与设备，通过对这些仪器与设备的应用，可实时采集老人的体温、血压、呼吸频率等数据。通过对这些数据信息的监测，可较为准确地判断老年人的身体状况，及时发现老年人的病情。与此同时，将这些数据整理与分析后，还可为药品的研发提供支持。

3.5 在智能家居领域的应用

现代物联网领域包含很多方面，智能家居是其中较重要且是现代重点发展领域之一。从根本上来说，智能家居就是高科技的家庭自动化系统，在对家庭电器设备进行控制与管理时，采用了计算机网络、自动化控制、远程控制等诸多先进技术，针对不同用户的具体需求，采用相应的方式予以管理，在保证家庭环境更加舒适的基础上，提升了电器设备管理的便捷性与安全性，以此为居民用户提供更加优质的服务。为了达到这一目的，需要准确了解室内环境的具体情况，包括温度与湿度的高低、室内亮度的强弱等。这些信息的采集需要通过各种类型的传感器完成[5]。

应用无线传感器网络，用户在户外拨通家庭电话时，客厅内电话接口模块根据振铃次数决定是否摘机，若判定为摘机，该模块通过语音反馈到户外电话，提示用户输入系统操作密码；待输入的密码得到确认后，用户获取智能家居系统执行权，在语音提示下，分别对家用电器进行控制。户外控制信息经过电话接口模块进入家庭以太网，并发送到分布在家庭内部的各个终端节点，终端节点分析控制信息，判断是否为发送到本地的信息以及是否需要执行相关操作。例如用户在下班回家途中，拨通家庭电话，输入正确密码后，在语音提示下有选择地打开卫生间内的热水器（操作由卫生间内自动控制模块执行），打开客厅内的电灯（操作由客厅内自动控制模块执行），再打开厨房内的电饭锅，开始煮饭（操作由厨房内自动控制模块执行）。

3.6 在环境科学领域的应用

在经济迅猛增长的同时，环境破坏问题日益加剧，严重影响社会和谐稳定发展，威胁人类的生活和生存。随着人们生活水平的逐渐提升，人类对生态环境越来越重视，对自然环境的保护力度也在不断加强。国内外环保部门在开展环境监测与保护工作时，应用了无线传感器网络技术。其中，较为常见的是生物传感器，通过应用该类型传感器，可检测自然空气中的SO2等有害气体，及时发现SO2超标的问题，并寻找出引发该问题的主要原因，制定出相应的处理方案，以降低空气中SO2的含量，加强对酸雨的预防。传统检测方法操作非常烦琐，检测效率也不高。采用无线传感器网络技术，只需要将亚细胞类脂类固定到醋酸纤维膜上，并与氧电极制成安配型生物传感器，即可直接对SO2予以检测，操作非常简单。

3.7 在智能交通领域的应用

无线传感器网络还被应用于智能交通领域。近年来，随着私家车数量的不断提升，城市交通压力逐渐变大，交通拥挤的问题突出。如果按照传统的方式由交警对拥堵区域的车辆进行疏导，不仅需要大量时间，疏导效果也不是很理想。在交通领域应用无线传感器网络，可以自动监测道路各个区段的车流量情况，并将这一情况传输给车辆驾驶者，由驾驶人员根据各街道的车流量信息，确定最佳行驶路线，以免出现交通堵塞的问题。在现代交通领域，以传统交通体系为基础，结合无线传感器网络技术，开发出了智能交通系统（ITS），以此对交通运输系统进行检测。其中，无线传感器网络用于信息的采集、传输、策略控制输出传输等多项工作，通过应用该系统，为车辆速度控制、停车管理等提供有力支持。

3.8 在特殊环境领域的应用

在一些特殊环境当中，也对无线传感器网络进行了应用。在开发无线温湿度传感器网络系统时，以PIC单片机为核心，选择集成湿度传感器与数字温度传感器设计出温湿度传感器网络节点的硬件电路，并以此为基础，在无线收发元件的作用下，完成与控制中心通信的操作，在保证对特殊环境全面检测的同时，减少能源的消耗，提升通信的安全性与稳定性，为现代社会更好地发展作出重要贡献。如在运输与存储硫酸、天然气等物品时，由于这些物品具有较高的危险性，很容易出现燃烧、爆炸等问题，不但会造成巨大的经济损失，而且还会对工作人员的人身安全造成较大危害，而应用无线传感器网络可有效避免这一情况的发生。在物品存储或运输工具上安装温度、湿度等传感器，通过该传感器采集存储或运输场所的各方面信息，进而以此为基础，对整个环境予以全面分析，当周边温度、湿度超过预设值，或是存储、运输工具出现损伤后，监测系统会自动发现这一问题，并向相关人员发出警报，然后由工作人员予以处理，使得问题被及时解决，防止问题进一步扩大而造成严重的安全事故。

4 物联网中无线传感器网络技术的发展趋势

4.1 在智能建筑领域

近年来，商业房地产行业已注重运用物联网和智能建筑技术为人们提供更加良好的服务。特别是在新型冠状病毒肺炎疫情频繁出现的今天，通过应用无线传感器网络，能够加强对环境的管理。例如，在办公室、酒店等公共区域，安装大量传感器节点，通过这些传感器对人员予以追踪，显示区域内的人员数量，以此判断过度使用与为充分使用区域，从而为清洁服务提供便利，保证人员间的安全距离。

4.2 在医疗保健领域

新型冠状病毒肺炎疫情的暴发，给医疗保健业带来了巨大压力。在这一背景下，医疗领域加强对无线传感器网络的应用，可提升服务效率，强化供应链管理，并有效控制医疗机构运营成本。例如，部分医院正在研发无线跟踪解决方案和实时定位系统，利用该系统构建出医疗资源的动态影像，以加强对医院资产的管理。通过物联网设备的应用，可指导患者居家用药；通过睡眠监测系统的应用，能够自动监测患者的心率、血压等情况，以指导患者健康睡眠；通过动态监测患者血糖水平，对患者血糖进行控制等。应用无线传感器网络与物联网能为相关人员提供患者、医护人员、医疗器械等方面的大数据信息，不但能够提升医疗护理质量，而且还能为整个医疗结构的发展打下坚实基础。

4.3 在制造业领域

现代制造业虽然应用了无线传感器网络、物联网等，但是在工作现场依然需要人员进行管理，智能化水平并不是很高。新型冠状病毒肺炎疫情的暴发大大限制了人员的行为，对制造业正常发展与运营造成较大干扰。所以，在未来发展过程中，制造业应在现有无线传感器网络技术的基础上，加强物联网建设，进一步提升整个物联网的智能化水平，减少人员在现场的工作，人员可通过无线传感器网络对现场环境、设备予以监控，并通过智能化控制系统远程对整个工作场所进行控制，以保证生产制作工作顺利开展。

4.4 在石油、天然气领域

石油与天然气公司以先进的无线连接与低成本传感器为核心，加强对数字化管理系统的建设，以进一步提升整个行业的发展速度与质量。如在偏远的地区，安装大量的无线传感器节点，以检测这些区域的具体情况，从而保证整个石油、天然气领域的安全运行。

4.5 在农业领域

面对世界人口的爆发式增长和自然资源的减少，以及日益严重的极端气候事件的严峻挑战，农业部门面临极大压力。为了在最大限度减少资源使用的同时提高产量，全球农民正转向物联网和精准农业实践。通过合并数据源和使用物联网等新技术，农场活动每公顷可产生约10万个数据点。这些数据正被转化为可操作的知识，使农民能够以较少的资源（如每公顷肥料、水和能源）获得稳定且更高的产量。最终，这将带来更高的盈利能力和长期可持续性。