无线传感器网络

无线传感器网络

       时代进步，技术推陈出新，而作为信息获取最重要和最基本的技术—传感器技术，也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，将会带来一场信息革命。

具有感知能力、计算能力和通信能力的无线传感器网络WSN，综合了传感器技术、嵌人式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。

由于WSN的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的广泛关注，被广泛地应用于军事，工业过程控制、国家安全、环境监测等领域。

       WSN是由一组传感器节点以自组织的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。WSN无线传感器网络节点主要由数据采集单元、数据处理单元、无线数据收发单元以及小型电池单元组成，通常尺寸很小，具有低成本、低功耗、多功能等特点。它借助于节点中内置传感器有效探测所处区域的温度、湿度、光强度、压力等环境参数以及待测对象的电压、电流等物理参数，并通过无线网络将探测信息传送到数据汇聚中心进行处理、分析和转发。

WSN与传统传感器和测控系统相比具有明显的优势。它采用点对点或点对多点的无线连接，大大减少了电缆成本，在传感器节点端即合并了模拟信号／数字信号转换、数字信号处理和网络通信功能，节点具有自检功能，系统性能与可靠性明显提升而成本明显缩减。无线传感器网络具有以下特点：

●硬件资源有限。WSN节点采用嵌入式处理器和存储器，计算能力和存储能力十分有限。所以，需要在有限计算能力的条件下协作进行分布式信息处理。

●电源容量有限。为了测量真实世界的具体值，各个节点会密集地分布于待测区域内，往往不便于补充能量。每个节点都要储备可供长期使用的能量，或者自己从外汲取能量（太阳能）。当自身携带的电池的能量耗尽，往往被废弃，甚至造成网络的中断。所以，任何WSN技术和协议都要以节能为重点。

●对等。在无线传感器网络中，所有节点的地位都是平等的，没有预先指定的中心，是一个对等式网络。各节点通过分布式算法来相互协调，在无人干预的情况下，节点就能自动组织起一个测量网络。而正因为没有中心，网络便不会因为单个节点的脱离而受到损害。节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。

●自组织。网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。

●多跳路由。WSN节点通信能力有限，覆盖范围只有几十到几百米，节点只能与它的邻居直接通信。如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由。WSN中的多跳路由是由普通网络节点完成的。

       ●动态拓扑。WSN是一个动态的网络，节点可以随处移动；一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络运行；也可能由于工作的需要而被添加到网络中。这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化，因此网络应该具有动态拓扑组织功能。

由于技术等方面的制约，WSN的大规模商用还有待时日。但随着微处理器体积的缩小和性能的提升，已经有不少WSN在开始投入商用，其应用主要集中在以下方面：

军事方面

       Ｃ４ＩＳＲＴ系统的目标是利用先进的高科技技术，为未来的现代化战争设计的一个集命令、控制、通信、计算、智能、监视、侦察和定位于一体的战场指挥系统，受到了军事发达国家的普遍重视，因为传感器网络是密集型、低成本、随机分布的节点组成的，自组织性和容错能力使其不会因为某些节点在恶意攻击中的损坏而导致整个系统的崩溃，也正是这一点，使传感器网络非常适合应用于恶劣的战场环境。一个智能化传感器网络，可以更为详尽、准确地探测到精确信息，如一些特殊地形地域的特种信息（登陆作战中敌方岸滩的详实地理特征信息，丛林地带的地面坚硬度、干湿度）等，为更准确地制定战斗行动方案提供情报依据，它通过“数字化路标”作为传输工具，为各作战平台与单位提供“各取所需”的情报服务，使情报侦察与获取能力产生质的飞跃。

工业方面

        现代制造业各类生产设备越来越复杂精密。从生产流水线到复杂机器设备都可安装相应的无线传感器网络节点，以便时刻掌握设备的工作健康状况，及早发现问题及早处理，从而有效地减少损失，降低事故发生率。无线传感器网络可进行大型风洞测控环境的监测，对旋转机构，气源系统、风洞运行系统，以及其他没有基础设施而有线传感器系统安装又不方便或不安全的应用环境进行全方位检测。

生活方面

        智能家居

        现代化居住格局使家庭生活的封闭性越来越强，安全问题显得尤为重要。当前安全防范及报警系统是确保住宅、住户安全的极为重要的途径之一，同时也是数字化家庭的重要组成部分。遇到匪警、火警、煤气泄漏等紧急情况时，及时通过电话完成对外报警求助十分必要。有了无线传感器网络，这些问题都可以得到很好的解决。

        防盗防火

        对于防火设施我们并不陌生，但是我们熟悉的大多是传统的消防器材，传统的消防器材还是主要依赖人的操作，在实时性方面不能满足要求，而传感器网络就是恰恰弥补了这方面的缺陷，在出现火情时，特殊传感器能迅速探测环境种的烟雾浓度和温度等参数，当达到所设定的阈值时，就会控制相应的消防设施进行灭火，并通知所在区域的人员，让其有充足的时间撤离现场。

        车辆定位

        定位主要的方法有很多种，以检测超声波强度的传感器为例，实现了一个无线传感器网络，根据传感器所检测的超声波强弱来决定开启或关闭车位指示灯，从而判断是否有车辆进入检测区域。这种传感器网络综合了嵌入式技术、传感器技术、短程无线通信技术，有着广泛的应用。该系统不需要对现场结构进行改动，不需要原先任何固定网络的支持，能够快速布置，方便调整，并且具有很好的可维护性和拓展性。它还可以应用到环境监测，医疗卫生，物流，以及机器人的控制等等。随着人们物质生活水平的提高，人们对所在的生活的舒适性要求将越来越高，这样的大量无线传感器将成为现代人的“眼睛，耳朵，鼻子”，使得人们更好的趋利避害，保证生命财产的安全。不断提高生产效率，生活质量，同时不断促进时代的进步技术的升级。