無線傳感器網(wǎng)絡的概述

無線傳感器網(wǎng)絡是一種低功耗、自組織網(wǎng)絡，一般由一個 或多個基站（Sink節(jié)點）和大量部署于監(jiān)測區(qū)域、配有各類傳感器的無線網(wǎng)絡節(jié)點構成。每個節(jié)點成本低，功耗小，具有一定計算處理能力、通信能力。雖然單 個節(jié)點采集數(shù)據(jù)并不精確，也不可靠，但是大量節(jié)點相互協(xié)作形成高度統(tǒng)一的網(wǎng)絡結構，提高了數(shù)據(jù)采集的準確度和運行的可靠性，可部署于在敵占區(qū)、災害區(qū)、核 反應堆等人力不可達的特殊區(qū)域進行數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)龋哂衅渌W(wǎng)絡無法比擬的特性，可廣泛用于國防、環(huán)境監(jiān)測、智能家居等領域。

無線傳感器網(wǎng)絡的顯著特點

與蜂窩網(wǎng)、無線局域網(wǎng)等其它無線通信網(wǎng)絡相比，無線傳感器網(wǎng)絡有其自身的顯著特點：

1） 分布式、自組織性。無線傳感網(wǎng)是由對等節(jié)點構成的網(wǎng)絡，不存在中心控制。管理和組網(wǎng)都非常簡單靈活。不依賴固定的基礎設施，每個節(jié)點都具有路由功能，可以通過自我協(xié)調、自動布置而形成網(wǎng)絡，不需要其它輔助設施和人為手段。

2）健壯性。由于能量限制、環(huán)境干擾和人為破壞等因素的影響，傳感器節(jié)點會損壞，導致一些傳感器節(jié)點不能正常工作，但隨機分布的大量節(jié)點之間可以協(xié)調互補，保證部分傳感器節(jié)點的損壞不會影響到全局任務。

3）可擴展性。當網(wǎng)絡中增加新的無線傳感器節(jié)點時，也不需要其它外界條件，原有的無線傳感器網(wǎng)絡可以有效地融納新增節(jié)點，使新增節(jié)點快速融入網(wǎng)絡，參與全局工作。

4）動態(tài)拓撲。無線傳感器網(wǎng)絡是一個動態(tài)的網(wǎng)絡，網(wǎng)絡內的節(jié)點可能會因為能量耗盡或其他故障退出網(wǎng)絡；有些節(jié)點可能處于工作狀態(tài)，有些節(jié)點可能處于關閉狀態(tài)，沒有參與網(wǎng)絡通訊；也有可能又會新增大量的節(jié)點融入網(wǎng)絡，這些都會使網(wǎng)絡的拓撲結構隨時發(fā)生變化。

5） 應用相關。無線傳感器網(wǎng)絡用來感知客觀物理世界，獲取物理世界信息。不同的傳感器網(wǎng)絡應用關心不同的物理量，因此不同應用背景將導致不同的節(jié)點硬件平臺、 軟件系統(tǒng)和網(wǎng)絡協(xié)議。無線傳感器網(wǎng)絡不能象Internet一樣具有統(tǒng)一的通信協(xié)議平臺，必須針對具體應用來研究傳感器網(wǎng)絡技術。這也是無線傳感器網(wǎng)絡區(qū) 別于傳統(tǒng)網(wǎng)絡系統(tǒng)的顯著特征。[page]

6）規(guī)模大。為了提高網(wǎng)絡的可靠性，通常在目標區(qū)域內部署大量傳感器節(jié)點，傳感器網(wǎng)絡可能包含多達數(shù)千甚至上萬個傳感器節(jié)點。傳感器網(wǎng)絡的大規(guī)模性還能夠通過不同空間視角獲得更大的信噪比，從而提高監(jiān)測準確性。

7）高冗余。節(jié)點的大規(guī)模部署使得無線傳感器網(wǎng)絡通常具有較高的節(jié)點冗余，網(wǎng)絡鏈路冗余以及采集的數(shù)據(jù)冗余，從而使得系統(tǒng)具有很強的容錯能力。

8） 空間位置尋址。無線傳感器網(wǎng)絡一般不需要支持任意兩個傳感器節(jié)點之間的點對點通信，傳感器節(jié)點不必具有全球唯一的標識，不必采用因特網(wǎng)的IP尋址。用戶往 往不關心數(shù)據(jù)采集于哪一個節(jié)點，而關心數(shù)據(jù)所屬的空間位置，因此可采取空間位置尋址方式。從這個意義上講，傳感器網(wǎng)絡通常以數(shù)據(jù)本身作為查詢或傳輸線索， 因此傳感器網(wǎng)絡是一個以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡。

無線傳感器網(wǎng)絡的應用分析

由于技術等方面的制約，雖然無線傳感器網(wǎng)絡的大規(guī)模商用還有待時日。但隨著微處理器體積的縮小和性能的提升，已經(jīng)有中小規(guī)模的WSN在工業(yè)市場上開始投入商用。其應用主要集中在以下領域：

①環(huán)境監(jiān)測
隨 著人們對于環(huán)境問題的關注程度越來越高，需要采集的環(huán)境數(shù)據(jù)也越來越多，無線傳感器網(wǎng)絡的出現(xiàn)為隨機性的研究數(shù)據(jù)獲取提供了便利，并且還可以避免傳統(tǒng)數(shù)據(jù) 收集方式給環(huán)境帶來的侵入式破壞。比如，英特爾研究實驗室研究人員曾經(jīng)將32個小型傳感器連進互聯(lián)網(wǎng)，以讀出緬因州“大鴨島”上的氣候，用來評價一種海燕 巢的條件。無線傳感器網(wǎng)絡還可以跟蹤候鳥和昆蟲的遷移，研究環(huán)境變化對農(nóng)作物的影響，監(jiān)測海洋、大氣和土壤的成分等。此外，它也可以應用在精細農(nóng)業(yè)中，來 監(jiān)測農(nóng)作物中的害蟲、土壤的酸堿度和施肥狀況等。

②醫(yī)療護理
羅徹斯特 大學的科學家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個智能醫(yī)療房間，使用微塵來測量居住者的重要征兆（血壓、脈搏和呼吸）、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。英特爾 也推出了基于WSN的家庭護理技術。該技術是做為探討應對老齡化社會的技術項目Centerfor Aging ServicesTechnologies（CAST）的一個環(huán)節(jié)開發(fā)的。該系統(tǒng)通過在鞋、家具以家用電器等家中道具和設備中嵌入半導體傳感器，幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士的家庭生活。利用無線通信將各傳感器聯(lián)網(wǎng)可高效傳遞必要的信息從而方便接受護理。而且還可以減輕護理人員的負擔。

③軍事領域
由 于無線傳感器網(wǎng)絡具有密集型、隨機分布的特點，使其非常適合應用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，使其非常適合應用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，包括偵察敵情、監(jiān)控兵力、裝備 和物資，判斷生物化學攻擊等多方面用途。美國國防部遠景計劃研究局已投資幾千萬美元，幫助大學進行“智能塵埃”傳感器技術的研發(fā)。

④目標跟蹤
DARPA 支持的SensorIT項目探索如何將WSN技術應用于軍事領域，實現(xiàn)所謂“超視距”戰(zhàn)場監(jiān)測。UCB的教授主持的SensorWeb是SensorIT 的一個子項目。原理性地驗證了應用WSN進行戰(zhàn)場目標跟蹤的技術可行性，翼下攜帶WSN節(jié)點的無人機（UAV）飛到目標區(qū)域后拋下節(jié)點，最終隨機布撤落在 被監(jiān)測區(qū)域，利用安裝在節(jié)點上的地震波傳感器可以探測到外部日標，如坦克、裝甲車等，并根據(jù)信號的強弱估算距離，綜合多個節(jié)點的觀測數(shù)據(jù)，最終定位目標， 并繪制出其移動的軌跡。

⑤其他用途
WSN還被應用于一些危險的工業(yè)環(huán)境如井礦、核電廠等，工作人員可以通過它來實施安全監(jiān)測。也可以用在交通領域作為車輛監(jiān)控的有力工具。此外，還可以在工業(yè)自動化生 產(chǎn)線等諸多領域，英特爾正在對工廠中的一個無線網(wǎng)絡進行測試，該網(wǎng)絡由40臺機器上的210個傳感器組成，這樣組成的監(jiān)控系統(tǒng)將可以大大改善工廠的運作條 件。它可以大幅降低檢查設備的成本，同時由于可以提前發(fā)現(xiàn)問題，因此將能夠縮短停機時間，提高效率，并延長設備的使用時間。相信隨著相關技術的發(fā)展和推 進，無線傳感器技術一定會得到更大的應用。