無線傳感網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的意義與應(yīng)用

1、無線傳感網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的意義與應(yīng)用2009 年在無錫成立“感知中國”中心，并且，目前針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的國家物聯(lián)網(wǎng) “十五”發(fā)展規(guī)劃也正在制定過程中，進(jìn)一步確定了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在新興科技領(lǐng)域中的重要位置。 而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)中的核心產(chǎn)業(yè)，也需要更多的關(guān)注與研究，以促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，使得物聯(lián)網(wǎng)成為新的全球經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。隨著社會(huì)和現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的而超悄然而至，得到了很多國家和人民的關(guān)注。物聯(lián)網(wǎng)是基于現(xiàn)在已有的互聯(lián)網(wǎng)而發(fā)展起來的，它除了融合網(wǎng)絡(luò)、RFID 技術(shù)、信息技術(shù)，還引入了無線傳感器技術(shù)，使得M 2M 型物聯(lián)網(wǎng)有了更深的發(fā)展。而且無線傳感技術(shù)結(jié)合了嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，傳感器技術(shù)，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)以及無

2、線通信技術(shù)，所以它本身也是一個(gè)熱點(diǎn)的研究領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)的簡介物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)目前正在全球范圍內(nèi)引發(fā)新一輪的產(chǎn)業(yè)革命，成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要力量。典型的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一般分為三層：應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和感知層。其中由大量的傳感設(shè)備組成了感知層網(wǎng)絡(luò)，定義為無線自組傳感器網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN, wireless sensornetwork八是由大M的靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)被感知對(duì)象的信息，并最終把這些信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)的所有者。1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN, wireless sensornetwo

3、rk八是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大M廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，是采用無線通信的方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠通過集成化的微型傳感器，協(xié)同地實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中各種感知對(duì)象的信息，并對(duì)信息資料進(jìn)行處理，再通過無線通信方式發(fā)送，并以自組多跳網(wǎng)絡(luò)方式傳送給信息用戶，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、目標(biāo)跟蹤以及報(bào)警監(jiān)控等各種功能。目前，傳感器信息獲取技術(shù)逐漸向集成化、微型化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，其智能化的發(fā)展將會(huì)帶來一場信息革命。無線傳感器絡(luò)技術(shù)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技等先進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)具備的感知能力、計(jì)算能力、通信能力，給更多的WSN 應(yīng) 用空間

4、和應(yīng)用價(jià)值提供了可能性，是物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)前研究開發(fā)的熱點(diǎn)之一。WSN 的發(fā)展歷程無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新興的下一代傳感器網(wǎng)絡(luò)。最早的代表性論述出現(xiàn)。1999 年，題為“傳感器走向無線時(shí)代”。隨后在美國的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國際會(huì)議上， 提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是下一個(gè)世紀(jì)面臨的發(fā)展機(jī)遇。2003 年，美國技術(shù)評(píng)論雜志論述未來新興十大技術(shù)時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被列為第一項(xiàng)未來新興技術(shù)。同年，美國商業(yè)周刊未來技術(shù)專版，論述四大新技術(shù)時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也列入其中。美國今日防務(wù)雜志更認(rèn)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展，將引起一場劃時(shí)代的軍事技術(shù)革命和未來戰(zhàn)爭的變革。2004年IEEE Spectrum雜志發(fā) 表一期專集：傳感器的國

5、度，論述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和可能的廣泛應(yīng)用?？梢灶A(yù)計(jì)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，將對(duì)人們的社會(huì)生活和產(chǎn)業(yè)變革帶來極大的影響和產(chǎn)生巨大的推動(dòng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是從傳感器網(wǎng)絡(luò)開始的，傳感 器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了如圖一所示的發(fā)展歷程。第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在 20世紀(jì)70年代，使用具有簡單信息信號(hào)獲取能力的傳統(tǒng)傳感器，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、連接傳感控制器構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)；第二代傳感 器網(wǎng)絡(luò)，具有獲取多種信息信號(hào)的綜合能力，采用串，并接口 （ R8-232、RS-485 ）與傳感控制器相聯(lián)，構(gòu)成有綜合多種信息的傳感器網(wǎng)絡(luò)；第三代傳感器網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代后期和本世紀(jì)初，用具有智能獲取多種信息信號(hào)的傳感器，采用

6、現(xiàn)場總線連接傳感控制器，構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)，成為智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)；第四代傳感器網(wǎng)絡(luò)正在研究開發(fā)，目前成形并大M投入使用的產(chǎn)品還沒有出現(xiàn)，用大M的 具有多功能多信息信號(hào)獲取能力的傳感器，采用自組織無線接入網(wǎng)絡(luò)，與傳感器網(wǎng)絡(luò)控制器連接，構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本文所介紹的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是指第 四代傳感器網(wǎng)絡(luò)。城復(fù)蓋面復(fù)蓋線復(fù)蓋點(diǎn)復(fù)蓋直接復(fù)羞阿絡(luò)連接總線連接接口復(fù)黑1980第一代® - it圖一傳感器的發(fā)展歷程1995第三代第四代1.2 物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)（IOT,internet of things ）顧名思義就是物物相連。目前較為認(rèn)可的物聯(lián)網(wǎng)定義為：物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識(shí)別（RFID ）、紅外感應(yīng)器、全

7、球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理另外，物聯(lián)網(wǎng)可以理解為通過“泛在網(wǎng)絡(luò)” 實(shí)現(xiàn)“泛 在服務(wù)”，基于個(gè)人和社會(huì)的各種需求，通過融合前沿智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間所需要的信息采集、傳遞、存儲(chǔ)、加工處理、決策使用等綜合服務(wù)，是一種更加廣泛深遠(yuǎn)的未來網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用形態(tài)。物聯(lián)網(wǎng)最為明顯的 特征是物物相連，信息可以自動(dòng)化處理，無需人為操作，所以效率極高，降低了人為因素引發(fā)的不穩(wěn)定性。因此，物聯(lián)網(wǎng)在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用潛力非常巨大，應(yīng) 用領(lǐng)域也非常廣泛，發(fā)揮了極大的價(jià)值作用，而且物聯(lián)網(wǎng)將與互聯(lián)網(wǎng)有效地整合起來，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與

8、物理系統(tǒng)的整合。云計(jì)算平臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)管理中心 物聯(lián)網(wǎng)信息中心 行業(yè)專家系統(tǒng)2G網(wǎng)絡(luò)3G網(wǎng)絡(luò)4G網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)關(guān)傳感器網(wǎng)絡(luò)圖二物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖RFI酸寫器RF峨備M2M終端招感器隹備網(wǎng)絡(luò)層感知層1.3 物聯(lián)網(wǎng)多參量協(xié)同感知應(yīng)用以物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中配網(wǎng)線路監(jiān)測為例，物聯(lián)網(wǎng)示范應(yīng)用系統(tǒng)已將13種傳感器 分別應(yīng)用于配網(wǎng)運(yùn)行管理中，實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)設(shè)備溫度、環(huán)境運(yùn)行溫濕度、環(huán)網(wǎng)相水 浸、門開關(guān)、桿塔 傾斜、線路故障電流、電纜屏蔽層電流、變壓器中心點(diǎn)電流、變壓器噪聲等多參M的狀態(tài)、故障及防盜在線監(jiān)測。監(jiān)測的配網(wǎng)設(shè)備覆蓋種類廣，包括配網(wǎng)線路、配電變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、環(huán)網(wǎng)相、分支箱、箱式變等。由于電力系統(tǒng)中存在大M不確定的潛

9、伏性故障，特別是在比較復(fù)雜的配電網(wǎng) 絡(luò)，由于其運(yùn)行線路復(fù)雜，線路故障情況多樣，給檢修人員進(jìn)行故障定位提供了困難。從目前單一監(jiān)測M往往很難診斷故障做出正確定位，甚至?xí)霈F(xiàn)“虛警”現(xiàn)象，給維護(hù)人員帶來不必要的麻煩。因此需要采用上述的多傳感器融合方式，綜合分析各監(jiān)測內(nèi)容，通過主站數(shù)據(jù)控制中心對(duì)各個(gè)傳感器裝置上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，按照相應(yīng)的處理計(jì)算公式，得到更為準(zhǔn)確的判斷值。特意選取了物聯(lián)網(wǎng)示范應(yīng)用項(xiàng)目中幾個(gè)多傳感器參M協(xié)同監(jiān)測的應(yīng)用示例：對(duì)配電變壓器運(yùn)行協(xié)同監(jiān)測：通過在配電變壓器上安裝配變綜測骨干節(jié)點(diǎn)、無線溫度傳感器、無線噪聲傳感器實(shí)現(xiàn)變壓器的多參量協(xié)同監(jiān)測，可以監(jiān)測變壓器低壓側(cè)電流、電壓、變壓器

10、運(yùn)行溫度、運(yùn)行噪聲以及變壓器所在桿塔的傾斜度等，當(dāng)變壓器出現(xiàn)故障時(shí)先進(jìn)行電流的分析，如果電流比較大，那變壓器的溫度一定高，噪聲也會(huì)變大，如果電流不變，再進(jìn)行溫度的分析，溫度升高，可能是電纜接觸不良等原因造成，噪聲也會(huì)變大。1.4 物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多傳感器數(shù)據(jù)融合（ 1） 數(shù)據(jù)融合理論無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的傳感器將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)服務(wù)中心，數(shù)據(jù)服務(wù)中心需要將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，再將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給各業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行使用，因此對(duì)這些多傳感器感知信息的融合技術(shù)是多參量協(xié)同監(jiān)測的理論依據(jù)。多傳感器融合技術(shù)的基本原理就像人腦綜合處理信息的過程一樣，它充分地利用多個(gè)傳感器資源，通過對(duì)各種傳感器及其觀

11、測信息的合理支配與使用，將各種傳感器在空間和時(shí)間上的互補(bǔ)與冗余信息依據(jù)某種優(yōu)化準(zhǔn)則組合起來，產(chǎn)生對(duì)觀測環(huán)境的一致性解釋和描述。信息融合的目標(biāo)是基于各傳感器分離觀測信息，通過對(duì)信息的優(yōu)化組合導(dǎo)出更多的有效信息。它的最終目的是利用多個(gè)傳感器共同或聯(lián)合操作的優(yōu)勢，來提高整個(gè)傳感器系統(tǒng)的有效性。目前，比較常用的多傳感器融合方法有：卡爾曼濾波，貝葉斯估計(jì)，D S 推 理，聚類分析法，而近年來隨著神經(jīng)傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，其最新研究也逐步運(yùn)用在多傳感器信息融合上。多傳感器融合技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，主要應(yīng)用在軍事和民用兩個(gè)領(lǐng)域，軍事應(yīng)用是多傳感器信息融合技術(shù)誕生的源泉，具體應(yīng)用包括海洋監(jiān)視系統(tǒng)，空對(duì)空或地對(duì)空防

12、御系統(tǒng)，戰(zhàn)場情報(bào)、防御、目標(biāo)獲取，戰(zhàn)略預(yù)警和防御系統(tǒng)。而民用領(lǐng)域主要是用于機(jī)器人、智能制造、智能交通、無損檢測、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷、遙感等。（ 2） 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合體系架構(gòu)及方法傳感器信息融合體系目前大致分為三種：分布式，集中式和混合式。每種體系的區(qū)別僅在于對(duì)數(shù)據(jù)的處理的位置。分布式的結(jié)構(gòu)主要是對(duì)已經(jīng)進(jìn)行預(yù)處理的數(shù)據(jù)在信息融合中心進(jìn)行智能組合，從而得到最終的結(jié)果，集中式則與其相反，數(shù)據(jù)的處理都是單獨(dú)進(jìn)行上傳，全部集中在數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行融合，對(duì)處理器要求較高?；旌鲜蕉鄠鞲衅餍畔⑷诤象w系框架中，部分傳感器采用集中式融合技術(shù)，剩余的傳感器采用分布式融合方式。這 樣的數(shù)據(jù)處理體系具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，兼

13、顧了兩種融合體系的優(yōu)點(diǎn)，但是也相對(duì)比較復(fù)雜。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合采用了混合式的數(shù)據(jù)融合方式，同時(shí)對(duì)于數(shù)據(jù)的傳輸模型提出了電子表單TEDS 的概念，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中通過電子表單，對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一封裝和解析，目前物聯(lián)網(wǎng)中的TEDS 機(jī)構(gòu)采用圖三的方式。寥勢數(shù)年<IEEEM51 < T&DS黑搐應(yīng)用處理晉(NCAf 1/點(diǎn)對(duì)點(diǎn)h<JLkL145l.2、并托式”TT 播口TEDSN 1ATEDS紅搖H ilKHilM)IEEEIEEE145 l.l1451.0通用逋用對(duì)數(shù)TEPS1EEE145L5住送TE(>S變4,無線變送 器撥門稅圖三無線通信協(xié)議相關(guān)的 TEDS:、

14、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)是由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層構(gòu)成的層次體系。感知層主要涉及到RFID、傳感器、二維碼等機(jī)器設(shè)備，然后通過電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)層，及時(shí)準(zhǔn)確地傳遞物體基本信息，在應(yīng)用平臺(tái)上，利用各種先進(jìn)智能技術(shù)對(duì)信息資料進(jìn)行分析處理，以便對(duì)物體進(jìn)行智能控制。如圖 1所示，傳感器在基礎(chǔ)感知層，負(fù)責(zé)對(duì)物體信息的采集和抓取，這一功能對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，起著至關(guān)重要的支撐作用。2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可快速隨機(jī)部署、可自組織、隱蔽性強(qiáng)、高容錯(cuò)性等特點(diǎn)，使得傳感器節(jié)點(diǎn)在惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中發(fā)揮極大的作用。在軍事領(lǐng)域應(yīng)用方面，結(jié)合無線傳感器技術(shù)思想

15、，將大M廉價(jià)傳感器節(jié)點(diǎn)，通過飛機(jī)或火炮等發(fā)射裝置，按照一定的密度投放到待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，對(duì)節(jié)點(diǎn)周邊環(huán)境的各種參數(shù)，如溫度、濕 度、聲音、磁場等 信息進(jìn)行采集，然后由傳感器自組織網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)關(guān)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星等通訊方式，傳回信息中心，實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)耻姳εc裝備，實(shí)時(shí)監(jiān)視沖突區(qū)，進(jìn)行目標(biāo)定位，戰(zhàn)場評(píng)估，并實(shí)現(xiàn)各種攻擊的監(jiān)測和搜索等功能，有效地提高軍 隊(duì)的作戰(zhàn)決策能力。2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用比較廣泛，比如工業(yè)安全、先進(jìn)制造、交通控制管理、安防系統(tǒng)、倉儲(chǔ)物流管理等領(lǐng)域，具中工業(yè)安全領(lǐng)域的應(yīng)用研究已日趨壯大。在計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)、微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的推

16、動(dòng)下，工業(yè)通信技術(shù)正朝著智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向不斷發(fā)展。目前，隨著測控系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，煤礦、石化、核電等行業(yè)對(duì)工作人員安全及易燃、易爆、有毒物質(zhì)的監(jiān)測成本非常昂貴。 其中，煤炭行業(yè)對(duì)先進(jìn)的井下安全生產(chǎn)保障系統(tǒng)的需 求日漸巨 大。因此，降低投資和使用成本成為工業(yè)通信技術(shù)發(fā)展新階段的迫切要求。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的成本低廉、方便簡捷、泛在感知等特點(diǎn)可以滿足工業(yè)通 信領(lǐng)域的多個(gè)要求。對(duì)傳 感器節(jié)點(diǎn)經(jīng)防爆處理和技術(shù)優(yōu)化后， 用于危險(xiǎn)的工作環(huán) 境，實(shí)時(shí)全面地監(jiān)控員工安全及工業(yè)全流程，及時(shí)獲取險(xiǎn)惡工作環(huán)境下工作現(xiàn)場的員工基本情況、工作環(huán)境狀況以及其它無法在線監(jiān)測的重要工業(yè)過程參數(shù)，并 在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化控制工

17、業(yè)流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量， 降低工業(yè)生產(chǎn)過程中的各種安全事故，達(dá)到國家指定的安全生產(chǎn)目標(biāo)。2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用農(nóng)業(yè)作為中國發(fā)展經(jīng)濟(jì)的一大基礎(chǔ)，促進(jìn)其優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)將產(chǎn)生重大的意義。無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信簡便、部署簡捷、可密集分布等優(yōu)勢，可以充分地發(fā)揮在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中， 用以監(jiān)測土壤環(huán)境狀況、農(nóng)作物灌溉及生長情況、牲畜和家禽的環(huán)境狀況以及大面積的地表特征檢測。再結(jié)合目前成熟的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、GPS 技 術(shù)，可以構(gòu)建能動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)管理的系統(tǒng)平臺(tái)。例如英特爾公司在俄勒岡建立的世界上第一個(gè)無線葡萄園，通過無線傳感器監(jiān)測葡萄生長環(huán)境中得各種因素，并分析 葡萄質(zhì)量與各種影響因素之間的關(guān)系，是典型的精準(zhǔn)農(nóng)

18、業(yè)、智能耕種的實(shí)例。在國內(nèi)，在“九五”計(jì)劃中， “工廠高效農(nóng)業(yè)工程”把智能傳感器和傳感器 網(wǎng)絡(luò)化的研制列為國家重點(diǎn)項(xiàng)目，可以看出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的重要作用和意義。2.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療護(hù)理領(lǐng)域中的應(yīng)用目前，隨著國家人口老齡化日趨明顯，在醫(yī)療護(hù)理方面的問題也愈加增多起來，對(duì)于病患者的病情實(shí)時(shí)關(guān)注成為亟待解決的問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在此方面發(fā)揮了重要作用，在患者身上可以安放各種傳感器，用以檢測采集各種生理信息，比如體溫、呼吸、血壓等生理數(shù)據(jù)，一方面可以隨時(shí)關(guān)注患者的病情發(fā)展情況，另一方面，可以將收集的生理數(shù)據(jù)作為研制新藥品的參考資料。另外，也可以在患者居住的環(huán)境里安放多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，

19、 有效監(jiān)測病人的活動(dòng)狀況，進(jìn)行遠(yuǎn)程的人體行為監(jiān)測。現(xiàn)在， 美國已經(jīng)開展了一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)項(xiàng)目，可以實(shí)現(xiàn)家庭護(hù)理，方便老年人獨(dú)居時(shí)給予及時(shí)的幫助。2.5 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能家居領(lǐng)域中的應(yīng)用目前，智能家居是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)重要方向。從一定意義上講智能家居就是高科技的家庭自動(dòng)化系統(tǒng)，融合了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)、綜合布線技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，自動(dòng)化控制、遠(yuǎn)程控制家庭中的各種產(chǎn)品設(shè)備，實(shí)現(xiàn)擬人化的要求，提升家居安全性、便捷性、舒適性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能。而自動(dòng)化、遠(yuǎn)程控制所需的各種信息，均是由無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳達(dá)的，比如環(huán)境檢測信息、 安放系統(tǒng)的有效實(shí)施，都需要無線傳感器節(jié)點(diǎn)提供家庭煤氣含

20、量、溫度、濕度等環(huán)境信息。所以，在智能家居系統(tǒng)中，每一個(gè)家居設(shè)備或終端，都會(huì)設(shè)置對(duì)應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)， 通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的自組織互連，實(shí)現(xiàn)家庭設(shè)備互連與信息控制，從而實(shí)現(xiàn)家居生活的智能化。三、傳感器技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的意義據(jù)分析機(jī)構(gòu)預(yù)測，未來物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將經(jīng)歷四個(gè)階段，2010 年之前廣泛應(yīng)用于物流、零售和制藥領(lǐng)域，2010? 2015 年物體互聯(lián)，2015? 2020 年物體進(jìn)入半智能化，2020年之后物件全智能化。經(jīng)初步估計(jì)，中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展和應(yīng)用將有可能創(chuàng)造1000億元左右的產(chǎn)值。而且，已有部分省市的關(guān)于十二五期間物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，已加快形成物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)基本框架等一系列的 “智慧”行

21、動(dòng)，表明了大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的決心。而傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵物件之一，在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與應(yīng)用過程中，傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的提高與發(fā)展勢必會(huì)產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。物聯(lián)網(wǎng)包含感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個(gè)層面，葉云認(rèn)為，目前中國最缺乏的是感知層的產(chǎn)品和技術(shù)，是信息的抓取和聚合。在感知層中，由于傳感器技術(shù)的技術(shù)成熟度和成本問題，阻礙了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模發(fā)展及應(yīng)用。余建美指出，四個(gè)方面的因素將最終將決定物聯(lián)網(wǎng)的普及程度，一是無線傳感器的進(jìn)一步低功耗化，二是發(fā)展無線供電或采電技術(shù)，三是能源的超微型化，四就 是無線傳感器自身的微型化。除此之外，傳感器的集成制造技術(shù)、信號(hào)檢測的智能化發(fā)展，也是無線傳感器需要考慮改善

22、的重要方面。因此， 目前的傳感器技術(shù)的主要研究工作就要注重以上四個(gè)方面的因素， 突破這些研究熱點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展水平勢必會(huì)突飛猛進(jìn)，應(yīng)用也將會(huì)廣泛普及，市場規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，物聯(lián)網(wǎng)就可以真正實(shí)現(xiàn)物物相聯(lián)，成為會(huì)“說話”、會(huì)“思考”、會(huì)“行動(dòng)”的物物信息交流網(wǎng)絡(luò)。四、目前研究重點(diǎn)及研究現(xiàn)狀在物聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的這三大部分中，目前的發(fā)展主要集中在幾個(gè)方面，在協(xié)議通信層主要研究重點(diǎn)是數(shù)據(jù)鏈路層MAC 協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議的研究；在網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)層，主要研究方向是收集數(shù)據(jù)的管理、節(jié)能問題的解決以及網(wǎng)絡(luò)通信安全的實(shí)現(xiàn)； 在網(wǎng)絡(luò)支撐技術(shù)層，主要研究點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)定位問題的解決、時(shí)間同步技術(shù)的實(shí)現(xiàn)以及用戶應(yīng)用接口

23、的實(shí)現(xiàn)，這其中，協(xié)議的研究與節(jié)能的實(shí)現(xiàn)又是相輔相成的。4.1 數(shù)據(jù)處理問題的解決基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的任何應(yīng)用系統(tǒng)都離不開感知數(shù)據(jù)的管理和處理技術(shù)。不言 而喻，感知網(wǎng)數(shù)據(jù)管理和處理技術(shù)是確定感知網(wǎng)可用性和有效性的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì) 于觀察者來說，傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心是感知數(shù)據(jù)，而不是網(wǎng)絡(luò)硬件。觀察者感興趣的是傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，而不是傳感器本身。觀察者不會(huì)提出這樣的查詢： “從 A 節(jié)點(diǎn)到 B 節(jié)點(diǎn)的連接是如何實(shí)現(xiàn)的?”，他們經(jīng)常會(huì)提出如下的查詢：“網(wǎng)絡(luò) 覆蓋區(qū)域中哪些地區(qū)出現(xiàn)毒氣?”。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)不需要地址之類的標(biāo)識(shí)。觀察者不會(huì)提出查詢：“地址為27 的傳感器的溫度是多少?”，他們感興趣的查詢是

24、，“某個(gè)地理位置的溫度是多少?”。綜上所述，傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。顯然，感知數(shù)據(jù)管理和處理技術(shù)的研究是一項(xiàng)實(shí)現(xiàn)高效率傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要和關(guān)鍵的任務(wù)。遺憾的是，到目前為止， 感知數(shù)據(jù)管理和處理技術(shù)的研究還不多，還有大量的問題需要解決。感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)的研究是數(shù)據(jù)庫界面臨的新任務(wù)和新挑戰(zhàn)，也為數(shù)據(jù)庫界提供了新機(jī)遇。4.2 節(jié)能問題的實(shí)現(xiàn)能量是節(jié)點(diǎn)工作的基礎(chǔ)，節(jié)能問題，幾乎貫穿無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的各個(gè)方面。協(xié)議的建立需要考慮節(jié)能問題，以上面的MAC 協(xié)議的研究和路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)都可以看出；網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)處理需要考慮節(jié)能問題，沒有能量，數(shù)據(jù)無法處理；節(jié)點(diǎn)定位、時(shí)間同步都需要考慮節(jié)能問題，

25、節(jié)能問題的解決，跟隨在每個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)上。當(dāng)然，純粹的節(jié)能方式也有很多，比如讓節(jié)點(diǎn)定期“休眠”等。但是， 大部分的節(jié)能還是包含在制的有效路由方式，通過調(diào)整每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸范圍進(jìn)而調(diào)整消耗以節(jié)省資源，從而延長網(wǎng)絡(luò)壽命。了具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)當(dāng)中，如文獻(xiàn) 1 采用一種帶有能量控的能4.3 網(wǎng)絡(luò)安全問題傳感器網(wǎng)絡(luò)多用于軍事、商業(yè)領(lǐng)域，安全性是其重要的研究內(nèi)容。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)性以及信道的不穩(wěn)定性，使傳統(tǒng)的安全機(jī)制無法適用。因此需要設(shè)計(jì)新型的網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制?？山梃b擴(kuò)頻通信、接入認(rèn)證/ 鑒權(quán)、數(shù)據(jù)水印、數(shù)據(jù)加密等技術(shù)。目前，保證網(wǎng)絡(luò)安全性的方法也不少。其中一種是借助特殊的無線

26、傳感器終端。如文獻(xiàn) 2 中，采用PTDPersonal Trust Device 作為傳感器網(wǎng)絡(luò)的終端，由于價(jià)格高及有特殊環(huán)境要求等因素，不能為每個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)立認(rèn)證服務(wù)器來提供傳感器需要的服務(wù)，而在 PTD 和服務(wù)器之間建立認(rèn)證和加密體系，只有在服務(wù)器注冊(cè)過的PTD 終端才能獲得服務(wù)，未注冊(cè)的則不能，從而保證系統(tǒng)安全。通常，這種系統(tǒng)用在家庭環(huán)境中。一種是采用安全罩 SecureOveday。例如文獻(xiàn)中，采用一種稱為 SCANv2(Secure Conten AddressableNetwork Version2) 安全內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)尋址的安全罩，來實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全。SCANv2 其實(shí)是在

27、蓋在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)層上的一個(gè)虛擬結(jié)構(gòu)，通過采用Hash 函數(shù)，把實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)映射到這個(gè)罩空間上，某一區(qū)域或某種功能的節(jié)點(diǎn)在罩空間的某一個(gè)共同的特定位置。用戶在從網(wǎng)絡(luò)中獲取服務(wù)時(shí)，需要通過相應(yīng)的安全認(rèn)證進(jìn)入罩空間，再進(jìn)一步通過加密解密過程從這個(gè)映射空間進(jìn)入實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中獲得所需服務(wù)。此外，網(wǎng)絡(luò)安全中的加密后密鑰管理也是個(gè)問題。復(fù)雜的非對(duì)稱加密方式不適合完全應(yīng)用于能量有限的傳感器網(wǎng)絡(luò)，而相對(duì)簡單的對(duì)稱加密方式又使得網(wǎng)絡(luò)容易受到攻擊。在文獻(xiàn) 4 中，提到了一種新的加密方式，綜合采用了對(duì)稱和非對(duì)稱的兩種加密方式中的某些特點(diǎn)。在假定基站能量不受限制及節(jié)點(diǎn)不移動(dòng)的前提下，基站首先發(fā)出特定信息，建立網(wǎng)絡(luò)的分層拓?fù)?/p>

28、結(jié)構(gòu)。外圍分布的節(jié)點(diǎn)又有子節(jié)點(diǎn)和父節(jié)點(diǎn)之分，父節(jié)點(diǎn)保有子節(jié)點(diǎn)的密鑰，確保子節(jié)點(diǎn)發(fā)送上來的信息是有效地子節(jié)點(diǎn)發(fā)送上來的；同時(shí)， 子節(jié)點(diǎn)又保有父節(jié)點(diǎn)的密鑰，以便對(duì)發(fā)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤?；緭碛兴忻荑€且擁有唯一的初始入網(wǎng)認(rèn)證密鑰。4.4 網(wǎng)絡(luò)支撐層的研究4.4.1 節(jié)點(diǎn)定位問題與一般的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相比，WSN 在計(jì)算機(jī)軟硬件所組成計(jì)算世界與實(shí)際物理世界之間建立了更為緊密的聯(lián)系，只有結(jié)合位置信息，傳感器獲取的數(shù)據(jù)才有實(shí)際意義。許多WSN 的研究成果都表明了節(jié)點(diǎn)位置信息的重要性，如在網(wǎng)絡(luò)層，因?yàn)?WSN 節(jié)點(diǎn)無全局標(biāo)識(shí)，可以設(shè)計(jì)基于節(jié)點(diǎn)位置信息的路由算法；在應(yīng)用層，根據(jù)節(jié)點(diǎn)位置，WSN 系統(tǒng)可以智能地選擇

29、一些特定的節(jié)點(diǎn)來完成任務(wù)，從而大大降低整個(gè)系統(tǒng)的能耗，提高系統(tǒng)的存活時(shí)間。許多對(duì)目標(biāo)追蹤問題的研究更是將節(jié)點(diǎn)位置已知作為一個(gè)前提條件。節(jié)點(diǎn)定位是WSN 系統(tǒng)布設(shè)完成后面臨的首要問題，它可表述為：依靠有限的位置已知節(jié)點(diǎn)，確定布設(shè)區(qū)中其它節(jié)點(diǎn)的位置，傳感器節(jié)點(diǎn)間建立起一定的空間關(guān)系。當(dāng)前對(duì)節(jié)點(diǎn)定位問題的研究一般都基于以下前提：有一定比例的節(jié)點(diǎn)位置已知或具有GPS 定位功能，這些節(jié)點(diǎn)的位置可作為定位參考點(diǎn)；(2) 節(jié)點(diǎn)可能具有測量與鄰節(jié)點(diǎn)距離的能力；(3) 節(jié)點(diǎn)不具有自主移動(dòng)能力。全球定位系統(tǒng)(GPS) 已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，但由于價(jià)格高及有特殊環(huán)境要求等因素，不能為每個(gè)節(jié)點(diǎn)配備GPS 接收裝置。目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身定位系統(tǒng)和算法的分類如下：(1) 物理定位與符號(hào)定位。(2) 絕對(duì)定位與相對(duì)定位。(3) 緊密耦合與松散耦合。(4) 集中式計(jì)算與分布式計(jì)算。(5)