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无线传感器的网络技术应用分析

作者:未知

  摘要:无线传感器网络技术是一种集信息收集和信息处理于一体的新技术。具有重要的科学技术意义和广阔的应用前景。本文主要讨论了无线传感器发展现状,系统地讨论了无线传感器网络的当前应用领域和实际应用中的关键技术。
  关键词:无线传感器;网络技术;应用
  1 前言
  无线传感器网络(WSN)是由大量具有计算能力和无线通信能力的传感器节点组成的无线网络。其目的是收集和处理网络覆盖地理区域中感知对象的信息,并将其提供给观察者。与传统的无线网络相比,无线传感器网络由于功耗低、成本低、布局灵活、监测精度高而得到了广泛的应用。
  2 无线传感器网络的发展现状
  在无线传感器网络的发展历史中,美国是第一个从事无线传感器网络研究的,其发展的目的是满足军方侦查军用系统的需求,所以研究的方向主要是传感器网络中的通信和计算问题,这种最先由军事需要发展起来的无线传感器网络技术,在经过网络技术的革命和网络思想体系的革新之后变得越发的成熟,也由此推动了无线传感器网络的发展。对于我国而言,无线传感器网络的发展是比较晚的,但是我们国家对于无线传感器网络技术的发展高度重视,在短短的几十年时间内,我国在研究、应用和标准化方面已经可以和国际的先进水平相媲美,在无线传感器网络技术得到快速发展的同时,随着“感知中国”计划的提出,无线传感器网络技术已经被应用于国家层面并且已经进入到战略实施阶段,这表明“感知中国”计划的提出对中国的无线传感网络产业起到了一定的促进作用,无线传感器网络产业的发展面临着一个巨大的机遇。
  3 无线传感器网络的体系结构
  3.1无线传感器网络节点的结构
  无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点以无线多跳通信方式形成的自组织网络系统,其中的传感器节点能够协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息,并发送给用户。无线传感器网络中最基本的组成要素是传感器节点,它由数据采集单元、处理器单元、数据传输单元和能量供应单元四部分组成。数据采集单元负责监测区域内信息的采集和数据转换,借助形式多样的传感部件,传感器节点能够感知温度、湿度、噪声、移动物体的大小、速度和方向等信息。处理单元负责控制整个传感器节点的操作、存储和处理数据信息。数据传输单元负责与其他传感器节点交换控制信息和传输采集到的数据信息。能量供应单元为传感器节点各部件提供运行所需的能量,通常采用微型电池。
  3.2无线传感器网络的体系结构
  无线传感器中的节点所收集到的有用消息经过多跳的转发,最后把传感器所收集到的有用消息发送给目标用户供其使用,无线传感器网络的系统构架包括分布式的无线传感节点组、汇集的主节点、传输媒质以及客户端。无线传感网络里面的节点通常都是采用人工安装、飞行器抛撒等方法达到让无线传感器网络中的节点随意分散在待监测的地方。把传感网络当做中心,在传感网络的感知区域里面,许多无线传感网络节点用无线自组网的形式来进行通信,其中所有的无线传感器节点都可以作为一个路由器,另外所有的无线传感器节点都有着具备动态搜索、实时定位以及自主恢复联接的能力,无线传感器的节点会把它监测的物理信息以初步的数据处理以及信息融合的形式传递给观察者,信息传送的方法是采用相邻无线传感器节点之间的接力传递,并且最后发送给基站,最后基站采用卫星信道或者有线网络的联接方式发送给观察者。
  4 无线传感器网络的实际应用
  4.1国防军事领域
  在军事作战中,通过飞机空投等方式,将大量微型的无线传感器节点任意散布在预定检测区域,这些节点可以监测周围环境的变化,以及对方发射炮弹等武器的微观数据,由此确定战场的实时状态。此外,由于无线传感器网络具有可快速部署、分布随机、可自组织、适应恶劣环境、隐蔽性强和高容错等特点,它能实现对敌军兵力部署和装备的监控、目标的定位、战场的实时监视、战场评估等功能,可以有效降低传统的靠侦查兵收集情报所造成的牺牲。同时,当部分传感器失效后,无线传感网络作为整体仍能完成观察任务。因此,传感器网络在探测和获取敌军情报、有效监控战场上的实时状态方面引起了广泛的关注。
  4.2医疗健康
  无线传感器网络在医疗健康领域也崭露头角,由于无线传感器网络节点体积小并采用无线通信技术,与固定的医疗设备相比具有可携带、实时监测、功耗低、可定位等优点,可以为远程监护、急救、病因诊断、医疗设备追踪、药物管理、医生护士定位等医疗需求提供新的解决方案和技术手段,通过给病人佩戴专用的无线传感器节点,例如生理传感器(心电、脉搏、呼吸、体温等)、环境传感器(温度、湿度、光强度等)等,對病情进行实时监测。这类医疗传感器系统稳定,出错率低、微型,便于携带,总之,无线传感器网络在医疗健康领域的应用为实现远程医疗监控提供了可能。
  4.3环境监控
  传统的环境监测方式采用人工监测,耗费了大量的人力物力,却很难保证监测结果的实时性和准确性,而无线传感器网络技术则为环境监测带来了极大的便利。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。
  4.4灾害预测
  近些年来,灾害预测越来越受到人们的关注,但由于覆盖范围广,检测时间长,测量数据多等特点使得灾害预测十分困难。无线传感器网络技术由于其容量大,寿命长和可定制应用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、烟雾等信息进行采集,以防止火险发生,在灾害发生后,无线传感器网络也可提供起火点、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 总结
  无线传感器网络技术作为现代生活工作中应用广泛的信息技术,不但与人们生活的方方面面有紧密联系,我们更是要对无线传感器网络的无线通信模块加大注意力,以此实现无线传感器与国家军事、环境、医疗、城市交通管理等方面的对接,从而更好地服务于人类,促进人类的进步。
  参考文献
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