无线传感网技术浅析

近年来，无线通信、集成电路传感器以及微机系统近年来，无线通信、集成电路传感器以及微机系统（MEMS）等技术的飞速发展，推动了低成本、功耗多能的无线传感器大量生产。是一种集传感功能与驱动控制力、计算通信于一体的资源受限嵌入式设备，而无线传感器网络（WSN）则是由大量无线传感器构成的自组织网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内对象信息，并将传其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内对象信息，并将传送给需要的用户。

　　WSN被认为是21世纪最重要的技术之一，它将会对人类未来生活方式产生深远影响。在生深远影响。在2003年2月的美国评出的对人类未来生活产深远影响十大新兴技术中，WSN位居第一。同年，美国《商业周刊》未来技术专版在论述四大新时，WSN也被列入其中。

　　WSN的组成和特点的组成和特点的组成和特点

　　WSN由大量无线传感器采用自组织方式构成（见图1），它借助于节点中内置的形式多样传感器测量所在环境中信号，从而探测各种需要的数据，并通过网络传送到需要的地方。

　　无线传感器一般由数据采集单元、处理输电源等部无线传感器一般由数据采集单元、处理输电源等部分组成（见图2）。被监测物理信号的形式决定了传感器类型，如温度度传感器，监测声音强的压等。处理通常选用嵌入式数度传感器，监测声音强的压等。处理通常选用嵌入式数据传输单元主要由低功耗、短距离的无线通信模块组成。微型化操作系统选用据传输单元主要由低功耗、短距离的无线通信模块组成。微型化操作系统选用嵌入式操作系统，如Vxworks、μCOS-II、μClinux、TinyOS等。

　　传感器网络与统相比有一些独的特点，主要：

　　1.节点密集，每个既是传感器又路由；

　　2.具有限的计算能力和通信以及电源供应；

　　3.独特的底层通信传输媒介；

　　4.传感器节点间无中心、自组织，多跳通信；

　　5.可以同时通过多条信源——信宿路由传输数据；

　　6.网络具有很强的鲁棒性和良好伸缩。

WSN的应用领域及其概述

　　无线传感器网络具有可快速部署、可自组织、隐蔽性强和高容错性的特点，因此非常适合在军事上应用。利用无线传感器网络能够实现对敌军兵力和装备的监控、战场的实时监视、目标的定位、战场评估、核攻击和生物化学攻击的监测和搜索等功能。目前国际许多机构的课题都是以战场需求为背景展开的。例如，美军开展的如C4KISR计划、SmartSensorWeb、灵巧传感器网络通信、无人值守地面传感器群、传感器组网系统、网状传感器系统CEC，等等。

　　在军事领域应用方面，该项技术的远景目标是：利用飞机或火炮等发射装置，将大量廉价传感器节点按照一定的密度布放在待测区域内，对周边的各种参数，如温度、湿度、声音、磁场、红外线等各种信息进行采集，然后由传感器自身构建的网络，通过网关、互联网、卫星等信道，传回信息中心。

　　该技术可用于敌我军情监控。在友军人员、装备及军火上加装传感器节点以供识别，随时掌控自己情况。通过在敌方阵地部署各种传感器，做到知己知彼，先发制人。另外，该项技术可用于智慧型武器的引导器，与雷达、卫星等相互配合，利用自身接近环境的特点，可避免盲区，使武器的使用效果大幅度提升。

　　环境科学

　　随着人们对于环境的日益关注，环境科学所涉及的范围越来越广泛。通过传统方式采集原始数据是一件困难的工作。传感器网络为野外随机性的研究数据获取提供了方便，比如，跟踪候鸟和昆虫的迁移，研究环境变化对农作物的影响，监测海洋、大气和土壤的成分等。ALERT系统中就有数种传感器来监测降雨量、河水水位和土壤水分，并依此预测爆发山洪的可能性。类似地，传感器网络对森林火灾准确、及时地预报也应该是有帮助的。

　　农业领域

　　无线传感器网络有着卓越的技术优势。它可用于监视农作物灌溉情况、土壤空气变更、牲畜和家禽的环境状况以及大面积的地表检测。在精细农业中，以监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。

　　WSN系统通常由环境监测节点、基站、通信系统、互联网以及监控软硬件系统构成。如图所示，根据需要，人们可以在待测区域安放不同功能的传感器并组成网络，长期大面积地监测微小的气候变化，包括温度、湿度、风力、大气、降雨量，收集有关土地的湿度、氮浓缩量和土壤PH值等，从而进行科学预测，帮助农民抗灾、减灾，科学种植，获得较高的农作物产量。

　　无线传感器网络的通信便利、部署方便的优点，使其在节水灌溉的控制中得以应用。同时，节点还具有土壤参数、气象参数的测量能力，再与互联网、GPS技术结合，可以比较方便地实现灌区动态管理、作物需水信息采集与精量控制专家系统的构建，并可进而实现高效、低能耗、低投入、多功能的农业节水灌溉平台。可在温室、庭院花园绿地、高速路隔离带、农田井用灌溉区等区域，实现农业与生态节水技术的定量化、规范化、模式化、集成化，促进节水工业的快速和健康发展。

　　工业领域及其他领域

　　工业方面，煤矿、石化、冶金行业对工作人员安全、易燃、易爆、有毒物质的监测的成本一直居高不下，无线传感器网络把部分操作人员从高危环境中解脱出来的同时，提高险情的反应精度和速度。

　　在建筑领域，采用无线传感器网络，可以让大采用无线传感器网络，可以让大楼、桥梁和其它建筑物能够自身感觉并意识到它们的状况，使得安装了传器网络智能建筑动告诉管理自身感觉并意识到它们的状况，使得安装了传器网络智能建筑动告诉管理部门它们的状态信息，从而可以让管理按照优先级进行定期维修工作。

　　家居方面，智能家居系统的设计目标是将住宅内各种备联起来，使他们能够自动运行，相互协作为居住者提供尽可多的便利和舒适。

　　医疗方面，无线传感器网络在检测人体生理数据、老年健康状况医院无线传感器网络在检测人体生理数据、老年健康状况医院药品管理以及远程医疗等方面可发挥出色的作用。在病人身上安置体温采集、呼吸、血压等测量传感器，医生可以远程了解病人的情况。利用网络长时间地收集人的生理数据，这些在研制新药品的过程中非常有用。