无线传感器网络的特点及应用

作者：沈阳仪表科学研究院 徐开先

欢迎访问e展厅 展厅 6 数据采集/无线通讯展厅 通讯卡, 数据采集卡, 无线通讯模块, 远程监控系统, RFID, 信号隔离器, 转换器... 无线传感器网络是由布设在无人值守的监控区内，具有通信与计算能力的微小传感器节点组成，根据环境自主完成指定任务的“智能”自治测控网络系统。 无线传感器网络是一种测控网络。节点设置和投放是随机的，在任何时刻，节点间通过无线信道连接，自组织网络拓扑结构。传感器节点间具有很强的协同能力，通过局部的数据采集、预处理及节点间的数据交互来完成全局任务。通常采用多跳、对等通信方式。无线传感器网络可以在独立环境下运行，也可通过网关连接到现有的网络基本设施上，如Internet等。 无线传感器网络的特点 超大规模 通常有成千上万个微小传感器构成，主要不是依单个设备能力的提升，而是通过大规模、冗余的嵌入式设备的协同工作来提高系统的可靠性和稳定性。 无人值守 微传感器节点往往密集地分布于需监控的物理环境中，由于规模巨大，不可能人工“照顾”每个节点，网络系统往往在无人值守的状态下工作。每个节点只能依靠自带或自主获取的能源（电池、太阳能） 供电。由此导致的能源受限是阻碍无线传感器网络发展及应用最重要的“ 瓶颈”之一。 易受物理环境影响— 动态性强 无线传感器网络与其所在的物理环境密切相关， 并随着环境的变化而不断变化。这些时变因素严重地影响了系统的性能。如低能耗的无线通信易受环境因素的影响；外界激励变化导致网络负载和运行规模的动态变化；随着能量的消耗，系统工作状态的变化等都要求传感器网络系统要具有对动态环境变化的适应性。 无中心和自组织性 所有节点地位平等，网络中的节点通过分布式算法来协调彼此行为，无需人工干预和任何其他预置的网络设施，可以在任何时刻、任何地点快速展开并自动组网。 动态变化的网络拓扑 移动终端能够以任何速度和任意方式在网中移动，可随时关闭电台；无线收发装置的天线类型多种多样、发送功率随着携带能量的变化而变化；加之无线信道间的互相干扰、地形和天气等综合因素的影响，移动终端通过无线信道形成的网络拓扑随时可能发生变化，而且变化的方式和速度都难以预测。 移动终端能力有限 如能源受限、内存较小、CPU性能较低等，从而给应用程序设计开发带来一定难度；屏幕等外设较小，不利于开展功能较复杂的业务。 安全性较差 由于采用无线信道、有限电源、分布式控制等技术，它更加容易受到被动窃听、主动入侵、拒绝服务、剥夺“睡眠”等网络攻击。信道加密、抗干扰、用户认证和其他安全措施均需特别考虑。 无线传感器网络的应用 无线传感器网络可以应用于由震动、地磁、热量、视觉、红外、声音、雷达等多种不同类型传感器构成的网络节点，用于监控湿度、温度、压力、应力、流量、成份、像素等多种环境条件。传感器节点可以完成连续监测、目标发现、位置识别和执行器的本地控制等任务。无线传感器网络的工业应用及功效如下： ● 机械工业过程节能减排的重要手段。 ● 极大地提高了机械工业的精细化管理和加工效率。 ● 机械装备实时监控的坚强保障。 ● 提高机械产品制造质量的最佳措施。 ● 为机械装造新工艺的出现提供了有力支持。 ● 改变我国机械制造业物流现状的有效途径。 煤矿安全环境监测无线传感器网络是环境应用中的一种，其他环境应用有： ● 森林火灾监测——传感器节点被随机、密集地布设在森林中，可以在火势没有蔓延前向监测者报告准确的着火点。由于传感器节点需在几月甚至几年时间内无人值守条件下工作，因此需要可补充的电源，如太阳能电池。 ● 环境的生物复杂性勘测——对环境的生物复杂性勘测需要复杂的方法来整合时间、空间的信息。随着远程传感技术、自动数据收集技术的进步，传感器节点可以连接到Internet，使远程用户可以控制、监测和观察环境的生物复杂性。 ● 洪水监测——利用能监测降雨量、水位、气候环境等传感器，这些传感器通过预定义的方式向中心数据库提供信息而实现洪水监测。 ● 精细农业——无线传感器网络可以用来实时监测水中的污染指数、土壤腐蚀指数和空气污染指数。 无线传感器网络在医疗领域的主要应用如下： ● 对人类生理数据的无线监测——安装在人身体上的传感器节点可以监控人类的行为，使医生尽早发现病症。与医疗处置中心相比，无线传感器网络推动了“智能健康家庭”的建设。 ● 对医护人员和患者进行追踪和监控——可以让每个患者佩戴能完成特殊任务的微型传感器，这些传感器可以实时监测患者的心律、血压、血脂等生命指标。医生也可以佩戴微型传感器与患者和其他医护人员进行联络。 ● 医院的药品管理——给每个患者佩戴标志病症和治疗药物的传感器节点，在药品库内投放传感器可以大大降低给患者错误用药的概率。 无线传感器网络在家庭环境下的主要应用： ● 家庭自动化——将智能传感器和执行器嵌入到冰箱、电视机、吸尘器、微波炉、电饭锅等家用电器中。这些家电中的传感器节点可以彼此交互或通过Internet与外部网络交互，使用户可以方便地对家电进行远程监控。 ● 智能环境——对智能环境的设计有两种不同的观点：以人为中心和以技术为中心。以人为中心要求智能环境在输入/输出能力上必须满足用户之需求。以技术为中心的观点需要开发新的硬件技术、网络解决方案和中间件服务。 无线传感器网络在商务领域的主要应用如下： ● 办公室环境控制——大部分办公室内的空调都是中央控制的，由于单控制器的中心系统产生的气流分布不均匀，会造成房间内某区域的温度比其他区域的温度有较大差异，可在房间内安装无线传感器网络来控制不同区域的温度。 ● 车辆管理与防盗——目前有两种应用无线传感器网络进行车辆追踪与监控的方法。一是在传感器网络内部，对数据进行本地分析，然后将计算出的车辆位置传给监测点；二是各传感器节点将原始数据直接传给监测点，由监测点计算车辆的位置。 ● 仓库管理——在仓库的每项存货中安置传感器节点，管理员可以方便地查询存货的位置和数量。在增加存货时，管理员只需在存货中安置相应的传感器节点，在日常管理中，管理员可在控制室实时监测每项存货的状态。 无线传感器网络在军事领域的主要应用有：对友军军力、装备、弹药的监控，战场侦察，敌占区监测，目标定位，战斗损失评估，对核子、生化攻击的侦察与探测等方面。

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/5/2012)