无线传感器网络技术浅析

 无线传感器网络技术浅析

曾品善

武警警官学院 成都 610213

摘要：无线传感器网络技术已广泛应用于日常生活当中，其可通过传感器将物理世界和数字世界联系在一起，将物理变量采集并转化为数字变量进行传输和处理，从而实现对目标变量的监测。本文主要针对无线传感器网络的特点及应用进行综述，为进一步研究提供理论支撑。

关键词：无线传感器网络；无线传感器网络特点及应用

0 引言

无线传感器网络通常是指通过无线自组网方式将若干数量的上位机、汇聚节点及终端感知节点连接起来的网络。无线传感器网络可通过大量传感器节点的协同工作对感知对象信息进行采集，并通过无线多跳自组织网络将感知信息发送给观察人员或用户。与无线自组网络注重高质量服务不同的是，无线传感器网络更注重网络的高效利用。在无线传感器网络中，各感知节点的位置虽然随机分布，但具有自组织特性。整个网络相互协调配合，由各感知节点共同完成信息的收集和路由等任务。无线传感器网络技术在军事侦察、智能家居、环境监测等领域都有着较为广泛的应用，其低成本、低功耗、自组织等特点也使得无线传感器网络技术越来越受到国内外研究和开发人员的青睐。

1 无线传感器网络特点

无线传感器网络具有以下特点：

（1）大规模密集部署：为了减少监测对象信息精确采集的视觉盲区，无线传感器网络通常会布设大量传感器节点，有时甚至采用播撒式覆盖的方式，节点数量可达数万个，并且覆盖范围广，如森林火险监测和矿场安全监测等情况，覆盖范围可达数平方公里。

（2）自组织：由于被监测地形的限制和节点布设的随机性，导致节点间的相互关系无法提前预知，因此要求无线传感器网络节点必需能够具有自组织的能力，通过自身拓扑机制的控制和网络协议的约束，实现网络自主配置管理，从而形成高效可靠的通信网络。

（3）多路由：一般无线传感器网络节点的通信距离只有50-300米，但整个网络覆盖面积大，导致有些终端节点不能直接与汇聚节点互联，所以节点需要通过与其相邻的中间节点进行数据转发，有时甚至要经过若干个中间节点进行多跳路由，这也要求每个节点需要具备一定的存储转发能力。

（4）动态重组网络：由于无线传感器网络中节点寿命终结、节点损坏、人为增加节点和节点位置移动等原因，将导致无线传感器网络的拓扑结构发生变化，从而导致传感器网络必需重新建立拓扑连接。这就要求无线传感器网络必需是可以动态重组的网络。

（5）可靠性：无线传感器网络节点通常部署在无人职守的恶劣环境之下，再加之无线传感器布设数量庞大，导致无线传感器网络节点很难进行人工维护，因此无线传感器网络的硬件和软件都必须具有较高的可靠性。

（6）功能定制：无线传感器网络中节点监测的信息会有不同，监测的侧重点也可能不一样，需要根据具体情况对无线传感器网络节点和网络功能进行定制化服务。

（7）以数据为中心的网络：无线传感器网络既注重某一节点的编号及其监测的数据，同时更注重整体数据的监测与采集。这种以数据为中心的任务型网络，用户查询传感器采集的数据时，无线传感器网络会直接将数据反馈给网络而不是特定节点，然后由网络将采集到的数据发给用户。

2 无线传感器网络应用

由于无线传感器网络的低能耗、高可靠性、方便携带以及布设便捷等优点，近几年来无线传感器被广泛应用到军事侦察、智能家居、工程建筑、灾害预测、环境监测等诸多领域。

（1）军事侦察：由于无线传感器网络节点体积小、布设快速、能耗低、可自组网等特点，十分适合在军事侦查领域使用，特别是在恶劣的战场环境和敌占区等地点也可以长时间实现无人军事侦查。近几年来，美国国防部和各军事部门都对无线传感器网络给予了高度重视，强调战场情报的感知能力、信息的综合能力和信息的利用能力。

（2）智能家居：无线传感器网络可利用布设在房屋里的各种传感器来感知各种生活信息，如室温、湿度、光照强度、人员位置等，再将这些信息传输给智能处理器，从而实现对空调，加湿器，电灯等设备的智能控制。随着无线传感器网络技术的发展，智能家居也进一步得到了普及。

（3）工程建筑：许多大型土木工程如跨海大桥、海底隧道、高速铁路、输油管道等，都对周围环境和自身的一些安全参数比较敏感。但由于经济和时间等条件的限制，很难做到使用人工对这些工程建筑进行检查。而无线传感器网络技术由于其具有无人值守、可靠度高和工作寿命长等特点，只需要在建筑物的关键结构处和需要处放置无线传感器节点，就可以有效地对工程建筑进行实时监测，消灭隐患，预防建筑损坏引起的财产损失。

（4）灾害预测：近些年来，灾害预测越来越受到人们的关注，但灾害预测却十分困难。无线传感器网络技术由于其容量大，寿命长和功能定制等特点，很好的解决了灾害预测中的困难。如在森林防火中，无线传感器网络就可以大范围的覆盖整个森林，并对温度、湿度、烟雾等信息进行采集，以防止火险发生。在灾害发生后，无线传感器网络又能够迅速提供起火点、火场温度、过火面积等数据来帮助救援人员实现有效救援。

（5）环境监测：较之传统的环境监测方式耗费大量人力物力，无线传感器网络技术在保证实时性和准确性的同时，还能为环境监测带来极大的便利。比如在温室大棚中就可以利用传感器实时监测棚内温度、土壤湿度、光照强度等数据，并根据数据实现无人值守情况下的智能调温、灌溉等功能，大大提高了工作效率。

（6）其他应用：除了在上述领域外，无线传感器网络技术也在其他领域得到了很好的应用，比如在医疗卫生方面，可以通过在病人身上佩戴无线传感器节点的方式实现在不影响病人活动的情况下对病人各项生理指标的监测；在交通管理方面，可以在路面上放置传感器节点来监测交通流量、车速、车重等信息，方便了对交通的管理。此外，无线传感器网络技术还在电力调控、公共安全和外层空间探索等领域也有应用。随着无线传感器网络技术的发展，其应用领域还会得到进一步扩展。

参考文献

[1]刘艳、赵冬会 移动ZigBee节点无线传感器网络建模与性能仿真研究[J]计算机与数字工程，2022.02

[2]任雪婷 无线传感器网络数据融合技术仿真研究[J] 长江信息通信，2022.02

[3]刘海、刘家磊、董莹 无线传感器网络网络模型对比与分析[J] 电脑知识与技术：学术版，2021.01