無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用姓名：劉琦學(xué)號(hào)：G012012127單位：二旅一營(yíng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用摘要：針對(duì)傳感器、微處理器和無(wú)線通信技術(shù)的最新發(fā)展，為了深入研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，在介紹無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程、體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，分析了國(guó)內(nèi)外無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀，從軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測(cè)和智能家居等領(lǐng)域論述了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，并結(jié)合已有研究，總結(jié)闡述了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研的熱點(diǎn)問(wèn)題。研究結(jié)果表明，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)朝著低成本、低能耗、安全、智能化等方向發(fā)展，對(duì)開展相關(guān)研究具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；傳感器節(jié)點(diǎn)；體系結(jié)構(gòu)；物聯(lián)網(wǎng)1、引言無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新型的傳感器

2、網(wǎng)絡(luò)，由具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力的大量微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自配置的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)給觀察者。強(qiáng)大的數(shù)據(jù)獲取和處理能力使得其應(yīng)用范圍十分廣泛，可以被應(yīng)用于軍事、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、家居、工業(yè)等領(lǐng)域，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)已得到越來(lái)越多的關(guān)注。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)將會(huì)給人類社會(huì)帶來(lái)巨大的變革。本文主要論述了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用。2、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)經(jīng)多跳轉(zhuǎn)發(fā)，再把傳感信息送給用戶使用，系統(tǒng)構(gòu)架包括分布式無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)群、匯集節(jié)點(diǎn)、傳輸介質(zhì)(Internet或衛(wèi)星通信)和網(wǎng)絡(luò)用戶端。

3、節(jié)點(diǎn)通過(guò)飛行器撒播、人工埋置或火箭彈射等方式任意散落在被監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)。傳感網(wǎng)絡(luò)是核心，在感知區(qū)域中，大量的節(jié)點(diǎn)以無(wú)線自組網(wǎng)(ad-hocnetwork)方式進(jìn)行通信，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可充當(dāng)路由器的角色，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具備動(dòng)態(tài)搜索、定位和恢復(fù)連接的能力，傳感器節(jié)點(diǎn)將所探測(cè)到的有用信息通過(guò)初步的數(shù)據(jù)處理和信息融合之后傳送給用戶，數(shù)據(jù)傳送的過(guò)程是通過(guò)相鄰節(jié)點(diǎn)接力傳送的方式傳送回基站，然后通過(guò)基站以衛(wèi)星信道或者有線網(wǎng)絡(luò)連接的方式傳送給最終用戶。3、國(guó)內(nèi)外無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀(1)國(guó)外無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀1998年，美國(guó)國(guó)防部提出了“智能塵?！钡母拍?，最先開始無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究，目的是為監(jiān)控?cái)撤降幕?/p>

4、動(dòng)情況而不被察覺(jué)。2001年，美國(guó)陸軍提出“靈巧傳感器網(wǎng)絡(luò)通信”計(jì)劃，將無(wú)人值守式彈藥、傳感器和未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)所用的機(jī)器人系統(tǒng)連成網(wǎng)絡(luò)，以便成倍提高單一傳感器的能力，從而提高未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)的生存能力。2002年，英特爾公司發(fā)布了“基于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)的新型計(jì)算發(fā)展規(guī)劃”。美國(guó)科學(xué)基金委員會(huì)2003年制定了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究計(jì)劃，研究領(lǐng)域涉及能感知有毒化學(xué)物、生物攻擊等的傳感器節(jié)點(diǎn)、分布環(huán)境下傳感器網(wǎng)絡(luò)的特性等問(wèn)題。2005年，對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和系統(tǒng)的研究計(jì)劃中，主要研究下一代可靠性高、安全的可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)、可編程的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及傳感器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)特性，資助金額達(dá)4000萬(wàn)美元。止匕外，美國(guó)交通部、能源部、美國(guó)國(guó)家

5、航空航天局也相繼啟動(dòng)了相關(guān)的研究項(xiàng)目。美國(guó)著名院校幾乎都有研究小組在從事無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)的研究。(2)國(guó)內(nèi)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀我國(guó)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用研究幾乎與發(fā)達(dá)國(guó)家同步啟動(dòng)，首次正式出現(xiàn)于1999年中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程試點(diǎn)領(lǐng)域方向研究的“信息與自動(dòng)化領(lǐng)域研究報(bào)告”中。國(guó)內(nèi)的一些科研單位和大學(xué)，如中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所、軟件及清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)從2002年開始在時(shí)間同步與定位、傳感器數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)方面開展了研究工作。重慶大學(xué)也在同一時(shí)間開始研究嵌入式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、可重構(gòu)技術(shù)、無(wú)線傳感器中的定位等技術(shù)。2004年，中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)將一項(xiàng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目(面上傳感

6、器網(wǎng)絡(luò)的分布自治系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及協(xié)調(diào)控制理論)列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目；2005年，將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)列入計(jì)劃；2006年初發(fā)布的國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要為信息技術(shù)定義了3個(gè)前沿方向，其中2個(gè)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究直接相關(guān)，即智能感知技術(shù)和自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。4、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用(1)火山監(jiān)測(cè)傳統(tǒng)的火山監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)部署帶有GPS的數(shù)據(jù)采集器來(lái)記錄地震和聲音信息，這種方式雖然能夠提供高精度的數(shù)據(jù)，但由于花費(fèi)較高而且設(shè)備不能獲取長(zhǎng)期的電源供給，因此很難部署應(yīng)用。隨著傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)火山進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方案已被提上日程。哈佛大學(xué)于2005年在厄瓜多爾雷文塔活火山

7、附近部署了一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由Mica2傳感器節(jié)點(diǎn)和次聲麥克風(fēng)節(jié)點(diǎn)組成，次聲麥克風(fēng)節(jié)點(diǎn)的作用是將傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給基站，基站可以在9km的范圍內(nèi)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給火山觀測(cè)中心。傳感器以100Hz的頻率持續(xù)地采集地震和聲音數(shù)據(jù)。該無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以低耗費(fèi)和部署相對(duì)簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)真實(shí)火山的監(jiān)測(cè)，并獲取了大量的火山監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其意義是不言而喻的。(2)泥石流監(jiān)測(cè)臺(tái)灣逢甲大學(xué)和國(guó)立清華大學(xué)的(debrisflowobservation,DFO)項(xiàng)目利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)泥石流進(jìn)行監(jiān)測(cè)并能做出相應(yīng)的預(yù)警。目前，逢甲大學(xué)的GIS中心通過(guò)在全臺(tái)灣部署的將近20個(gè)基站建立了先進(jìn)的觀

8、測(cè)系統(tǒng).這些基站由雨量計(jì)、超音波水位計(jì)、張力電纜、超聲波傳感器、微震測(cè)量?jī)x和CCD&相機(jī)組成，這些設(shè)備的基本采樣頻率為1Hz,并使用多跳路由的方式將數(shù)據(jù)傳送至基站，最后基站利用低軌道衛(wèi)星將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送回GIS中心。系統(tǒng)也可以使用ADSLGSMGPRSEPSTNW絡(luò)等方式傳送數(shù)據(jù)。5、結(jié)束語(yǔ)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種無(wú)基礎(chǔ)架構(gòu)的分布式多跳無(wú)線通信系統(tǒng)，它無(wú)需鋪設(shè)定的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，利用具有路由功能的節(jié)點(diǎn)，可以動(dòng)態(tài)、靈活地組成網(wǎng)絡(luò)，將被廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域，隨著相應(yīng)基礎(chǔ)性問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)的解決，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)潛力非常巨大。參考文獻(xiàn)：11任豐原，黃海寧.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)【J】.軟件學(xué)報(bào),2003,14(2)1148-1157.2孫利民，李建中等.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)【M.北京：清華大學(xué)出版社，2005.【3】林闖.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀【J.北京工商大學(xué)