无线传感器网络应用综述

无线传感器网络应用综述

裴莉

（西北大学经济管理学院陕西西安７１００６３）

Ｉ摘要】无线传感器网络是一种新型网络，作为一种全新的信息获取和处理技术，具有广泛的应用范围。例如远程环境监测和医疗健康等等。该文介绍了无线传感器网络的发展历程、基本组成、特点和应用领域。同时阐述了目前研究的热点问题。近年来，随着传感器的更小型化、康价化和智能化。无线传感器网络的应用前景将会更加广阔。

【关键词】无线传意嚣网络；节点；协议；能量

Ｏ前言

不同学科之间的交叉和渗透式当代科学发展的一个显著特征。无线传感器网络（ＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋ。简称ＷＳＮ）集成了传感器、微机电系统和网络通信三大技术。近年来。无线通信、集成电路、传感器和微机电系统等技术得到飞速发展．从而使得低成本、低功耗和多功能的微型传感器的大量生产成为可能。ＷＳＮ可以被应用于国防军事、环境监测、交通管理、医疗卫生、目标跟踪等领域。它引起了军事部门、工业界和学术界越来越多的关注。美国的《技术评论）将ＷＳＮ列为未来新型十大技术之首，也是美国＜商业周刊＞评出的未来将掀起新的产业浪潮的四大高新技术之一，由此可见，ＷＳＮ是信息感知和采集的一场。它的出现将会给人类社会带来巨大的变革。

１无线传感器网络的系统架构

１．１传感器节点结构

传感器网络节点有四个主要的组成部分：感浏单元、处理单元、收发单元和电源，如图ｌ所示。

圈１传感器节点结构

感测单元通常由两个子单元组成。传感器和模数转换器。传感器用于感测环境。模数转换器将传感器感知的模拟信号转换成数字信号。处理单元管理程序使得传感器节点和其他节点能够协作来完成分派的任务。收发单元负责数据的发送和接收。电源决定传感器网络的生命周期，是传感器节点最重要的组件。另外，为了获取精确的位置以及对移动进行管理。传感器网络需要相应的应用支撑单元。包括位置查找和移动管理单元。

１．２无线传感器网络宏观系统结构

典型的传感器网络通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。随机部署在监测区域内的大量传感器节点通过自组织方式构成网络。传感器节点的监测数据沿着其它节点逐跳传输．监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后被路由到汇聚节点．最后通过互联网或者卫星到达管理节点和用户。管理节点对传感器网络进行管理和配置。如图２所示。

圈２无线传感器网络的宏观系统结构

２无线传感器网络的特点

与传统的无线网络相比。ＷＳＮ具有如下的特征：２．１部署方式：网络中部署的传感器节点数目众多、密度高，单位面积所拥有的网络节点数远大于传统的无线网络。另外，节点部署后可以快速、自动地组成一个的网络，通过分层协议和分布式算法协调各自的行为。

２．２动态拓扑：节点可以随时加入或离开网络．这样使得网络的拓扑变换频繁。因此网络鹰该具有动态拓扑组织的能力。并且任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的容错性和可重构性。

２．３硬件资源有限：由于受价格、体积和功耗的．节点的计算能力、存储空间比普通的计算机要弱很多。这决定了ＷＳＮ的通信协议和相关算法不能过于复杂。

２．４电源容量有限：节点由电池供电，更换电池比较困难，因此在ＷＳＮ设计过程中。任何技术和协议的使用都要以节能为首要条件。２．５广播通信：ＷＳＮ主要使用广播通信模式，而不是传统通信网络的点对点模式。

２．６多跳路由：节点的通信距离有限，通常只能与它的邻居节点赢接通信。网络范围的数据通信需要通过中间节点进行多跳路由完成。２．７数据处理：ＷＳＮ以数据为中心．而不像传统的网络以连接为中心，因此需要节点进行数据聚合、融合筹处理。

３无线传感器网络的应用领域

３．１军事应用：早在２０世纪９０年代美国就开始了传感器网络的军事应用研究工作。ＷＳＮ非常适合应用于恶劣的战场环境中．能够实现监测敌军区域内的兵力和装备、实时监测战场状况、定位目标物、监测核攻击或者生物化学攻击等。“智能灰尘”和“沙地直线”是两个很有代表性的军事应用研究项目。“智能灰尘”是一个由具有计算能力的低成本、低功耗的超微型传感器所组成的网络．该网络可以监测周边环境的温度、光亮度和振动程度．它芪至还可以察觉到周围是否存在辐射或存在有毒的化学物质。美俄亥俄州正在开发的“沙地直线”，能够散射“电子绊网”（ＴｄｐＷｉｒｅｓ）到整个战场以侦测运动的高金属含量且标。２００５年。美方采用Ｃｒｏｓｓｂｏｗ公司节点构建了声定位系统．节点部署于目标建筑物周围，利用无线网络节点构成监测网络来监测口爆炸波和子弹飞行产生的冲击波，并计算出射手的位置。三维空间的定位精度可达１．５米．定位延迟达２秒。

３．２环境应用：用于环境监测的传感器网络，一般具有部署简单、便宜、长期不需更换电池、无需派人现场维护的优点。通过密集的节点布置，可以观察到微观的环境因素，为环境研究和环境监测提供了崭新的途径。传感器网络研究在环境监测领域已经有很多的实例。这些应用实例包括：对海岛鸟类生活规律的观测；气象现象的观测和天气预报；森林火警；生物群落的微观观测等。洪灾的预警：通过在水坝、山区中关键地点合理地布置一些水压、土壤湿度等传感器．可以在洪灾到来之前发布预警信息，从而及时排除险情或者减少损失。农田管理：通过在农田部署一定密度的空气温度、土壤湿度、土壤肥料含量、光照强度、风速等传感器．可以更好地对农田管理微观，促进农作物生长。

３．３医疗应用：传感器网络在医疗领域也有一些成功实例。ＳＳＩＭ（ＳｍａｒｔＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＭｉｃｍｓｙｓｔｅｎ∞）项目中，１００个微型传感器被植入病人眼中．从而帮助盲人获得了一定程度的视觉。借助于各种医疗传感器网络．人们可以享受到更方便更舒适的医疗服务，比如：远程健康监测：通过在老年人身上佩戴一些血压、脉搏、体温等微型无线传感器．并通过住宅内的传感器网关，医生可以从医院里远程了解这

些老年人的健康状况。通过这种方法，还可以对一些冠（下转第１０页Ｊ