探究无线传感器网络应用发展特征

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【摘要】本文从无线传感器网络的定义出发，简单阐述无线传感器网络的组成和介绍无线网络的发展历史，用几个实例展示无线传感器网络的具体应用，最后展望了无线传感器网络的发展前景。

【关键词】无线传感器；网络应用；未来展望

一、无线传感器网络

1.1定义

就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。

1.2发展历史

早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。

1.3组成

一个无线传感器网络通常包括三要素，即传感器、感知对象和观察者。传感器由电源、感知部件、嵌人式处理器、存储器、通信部件和软件等几个部分组成，这些部分相互协调，共同完成对外界信息的感知功能；感知对象是无线传感器网络的监测目标；观察者是无线传感器网络的用户，是传感信息的接收者和应用者。

1.4特点

(1)自组织。传感器网络系统的节点具有自动组网的功能，节点间能够相互通信协调工作。(2)多跳路由。节点受通信距离、功率控制或节能的限制，当节点无法与网关直接通信时，需要由其他节点转发完成数据的传输，因此网络数据传输路由是多跳的。(3)动态网络拓扑。在某些特殊的应用中，无线传感器网络是移动的，传感器节点可能会因能量消耗完或其他故障而终止工作，这些因素都会使网络拓扑发生变化。(4)节点资源有限。节点微型化要求和有限的能量导致了节点硬件资源的有限性。

二、无线传感器网络的应用

无线传感器网络虽未形成大规模的市场应用，但拥有十分广阔的前景，在军事、国防、环境监测、医疗卫生、建筑物监测等等许多领域都有重要的研究价值和巨大的实用价值，被誉为对十一世纪产生巨大影响力的技术之一。

2.1军事应用

同很多高科技技术一样，，无线传感器网络的产生也是源于网络在军事应上的需求，无线传感器网络本身的概念更贴近其在军事上的应用。无线传感器网络在战场上的应用主要是信息搜集、跟踪敌人、战场监测、目标分类。

无线传感器网络由低成本、低功耗的密集型节点构成，拥有自组织性和相当的容错能力，即使部分节点遭到恶意破坏，也不会导致枯个系统的崩溃，正是这一点保证了无线传感器网络能够在恶劣的战场环境下工作，从而最大程度地减少伤亡，同时提供准确可靠的信息传输。

在和平年代，主要用于国士安全保护、边境监视等应用。例如，在保护国土、防止人侵的时候，用成千上万的传感器节点代替原来的地雷埋设，用地雷埋设的方法会对自身构成巨大威胁，用传感器通过对声音和震动信号的分类分析的方法，探测敌方的人侵。

2.2环境农业应用

无线传感器网络在环境方面也有相当广泛的应用。例如：对鸟类、小型动物生活规律的观测和种群复杂度的研究，天气预报和天象现象的观侧，农作物灌溉情况，土壤温度情况，肥料含量、光照强度等的监视，森林火情监控等等。

这类无线传感器网络一般需要具备部署简单，便宜，长期不需要更换电池，无需派人现场维护等特点。一般是一次性产品，传感器也需要具备适应野外环境的能力，由于长时间不更换电池，系统必须要低功耗工作，或者从环境中寻求一定能力补给手段，譬如使用太阳能电池。

2.3医疗应用

无线传感器网络在医疗方面也日渐发挥作用。通过在病人或易发病人身上佩戴一些血压、脉搏、体温等微型无线传感器，通过住宅内的传感器网关，医生可以从医院里远程监视这些测试人群的健康状况，通过这种方法，还可以对一些高危病人进行24小时病情检测，而不妨碍病人的日常起居和生活质量。

还有一种方式，通过在人体器官中植人一些微型传感器或吞服的方式让传感器进入人体，随时观测器官的生理状态，可以发现器官的功能恶化，及时采取治疗措施从而挽救病人生命。

2：4城市及城市管理

结构安全检测在国外称之为SHM。目前一般通过在结构体上安置传感器进行结构检测，广泛应用在结构安全监测上的传感器是MEMS加速传感器。同样，可以在建筑物内不知图像、声音、气体检测、温度、压力、辐射等传感器，发现异常事件及时报警，自动启动应急措施。

2.5无线传感器网络技术实际应用的制约因素

(1)成本。传感器网络节点的成本是制约其大规模广泛应用的重要因素，需要根据具体应用的要求均衡成本、数据精度及能量供应时间。(2)能耗：大部分的应用领域需要网络采用一次性独立供电系统，因此要求网络工作能耗低，延长网络的生命周期，这是扩大应用的重要因素，(3)微型化。在某些领域中，要求节点的体积微型化，对目标本身不产生任何影响，或者不被发现完成特殊的任务。(4)移动性。在某些特定应用中，节点或网关需要移动，导致在网络中快速自组织上存在困难，该因素也是影响其应用的主要问题之一。(5)硬件安全。在一些环境中，例如海洋、化学污染区、水流中、动物身上等，对节点的硬件要求很高，需防止受外界的破坏、腐蚀等。

三、无线传感器网络未来展望

无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体现其优越性，如家用、保健、交通等领域。我们可以大胆的预见，将来无线传感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。比如微型传感器网最终可能将家用电器、个人电脑和其他日常用品同互联网相连，实现远距离跟踪，家庭采用无线传感器网络负责安全调控、节电等。无线传感器网络将是未来的一个无孔不人的十分庞大的网络，其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。

四、结语

本篇文章从无线传感器网络的定义出发，叙述了无线网络传感器的发展历史及组成特点，文章大部分的篇幅用在传感器的几个应用上面。无线传感器在应用上还存在一些制约，相信在未来发展的道路上能够有好的解决方案，这些难点也为科研人员指明了研究方向。