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無線傳感器網絡怎樣 無線變送器網絡及應用綜述

微電子技術、計算機技術、無線通信和傳感器技術的飛速發展和日益成熟,推動了低成本、低功耗無線傳感器網絡WSN(Wireless Sensor Network)的發展。無線傳感器網絡研究具有很廣泛的應用前景:軍事偵察、環境科學、醫療衛生、工業自動化、商業應用等。傳感器網絡的研究是很有必要的。這里主要介紹無線傳感器網絡的概念、結構、特點,及在一些領域的應用情況,并對無線傳感器網絡未來的發展情況進行了展望。

  1 無線傳感器網絡

  無線傳感器網絡是一組傳感器以Ad hoc方式組成的有線或者無線網絡,其目的是協作地感知、收集和處理傳感器網絡所覆蓋地理區域中感知對象的信息,并傳遞給觀察者。這種傳感器網絡集中了傳感器技術、嵌入式計算機技術和無線通信技術,能協作地感知、監測和收集各種環境下所感知對象的信息,通過對這些信息的協作式信息處理,獲得感知對象的準確信息,然后通過Ad hoc方式傳送給需要這些信息的用戶。

  2 WSN的主要特點

  作為一種新型網絡,相比傳統的無線網絡,無線傳感器網絡具有如下特點:

  1)大面積的空間分布 比如在軍事應用方面,可以將無線傳感器網絡部署在戰場上跟蹤敵人的軍事行動,智能化的終端可以被大量裝在宣傳品、子彈或炮彈殼中,在目標地點撤落下去,形成大面積的監視網絡。

  2)能源受限制 網絡中每個節點的電源是有限的,網絡大多工作在無人區或者對人體有傷害的惡劣環境中,幾乎不可能更換電源,這要求網絡功耗小,以延長網絡的壽命。而且要盡可能節省電源消耗。

  3)網絡自動配置,自動識別節點 包括自動組網、對入網的終端進行身份驗證泐止非法用戶入侵。相對于那些布置在預先指定地點的傳感器網絡而言,無線傳感器網絡可以借鑒Ad hoc方式來配置,當然前提是要有一套合適的通信協議保證網絡在無人干預的情況下自動運行。

  4)網絡的自動管理和高度協作性 在無線傳感器網絡中,數據處理由節點自身完成,以數據為中心的特性是無線傳感器網絡的又一特點。每個節點僅知道自己鄰近節點的位置和標識,傳感器網絡通過相鄰節點之間的相互協作來進行信號處理和通信,具有很強的協作性。

  5)傳感器網絡的拓撲結構變化快 傳感器網絡自身的特點使得傳感器網絡的拓撲結構變化很快,這對網絡各種算法的有效性提出了挑戰。此外,如果節點具備移動能力,也有可能帶來網絡的拓撲變化。

  3 WSN節點的結構

  傳感器節點一般由傳感、數據處理、無線通信和供電等4個模塊組成,如圖l所示。

  傳感模塊包括傳感器和模數轉換模塊,負責檢測區域內信息的采集和數據轉換;數據處理模塊由嵌入式系統構成,包括CPU、存儲器、嵌入式操作系統等,負責控制整個傳感器節點的操作,存儲和處理本身采集的數據以及其他節點發來的數據:無線通信模塊由網絡、MAC、收發器等組成,負責與其他傳感器節點進行無線通信、交換控制信息和收發采集數據:供電模塊為傳感器節點提供運行所需的能量,通常采用微型電池。

  4 WSN的應用領域

  1)軍事應用 WSN具有可快速部署、可自組織、隱蔽性強和高容錯性的特點,因此非常適合在軍事上應用。利用WSN能夠實現對敵軍兵力和裝備的監控、戰場的實時監視、目標定位、戰場評估、核攻擊和生物化學攻擊的監測和搜索等功能。通過飛機或炮彈直接將傳感器節點播撒到敵方陣地,就能夠非常隱蔽且準確地收集戰場信息。

  2)農業及環境應用 無線傳感器網絡的農業及環境應用包括:對影響農作物的環境條件的監控(精細農業監控),對鳥類、昆蟲等小動物運動進行追蹤,海洋、土壤、大氣成分的探測,森林防火監測,污染監控。降雨量監測,河水水位監測,洪水監測等。

  3)醫療護理 隨著室內網絡普遍化,無線傳感器網絡在醫療研究、護理領域也大展身手。主要的應用包括遠程健康管理、重癥病人或老齡人看護、生活支持設備、病理數據實時采集與管理、緊急救護等。

  4)智能家居 智能家居系統的設計目標是將住宅中各種家居設備聯系起來,使它們能夠自動運行,相互協作,為居住者提供盡可能多的便利和舒適。在家電和家具中嵌入傳感器節點,通過無線網絡與Intemet連接在一起,將為人們提供更加舒適、方便和更具人性化的智能家居環境。利用遠程監控系統,可完成對家電的遠程遙控。

  5)智能交通應用 智能交通監測系統采用聲音、圖像、視頻、溫度、濕度等傳感器,節點部署于十字路口周圍,部署于車輛上的節點還包括GPS全球定位設備。匯聚節點可以安裝在路邊立柱、橫杠等交通設施上,網關節點可以集成在交叉路口的交通信號控制器內,專用傳感器終端節點可以填埋在路面下或者安裝在路邊,道路上的運動車輛也可以安裝傳感器節點動態加入傳感器網絡。通過信號控制器的專有網絡,將所采集到的數據發送到交管中心作進一步處理。

  5 結束語

  無線傳感器網絡發展非常迅速,在世界許多國家的軍事、工業和學術領域引起廣泛關注,已成為國際上無線網絡研究的熱點之一。從國外的研究現狀來看,大部分無線傳感器網絡的研究仍處于理論研究和小規模試驗階段,距離實際應用尚存在一定距離。我國的無線傳感器網絡的研究仍處于起步階段。不論在理論研究還是商用領域,無線傳感器網絡的研究、開發均存在巨大的空間,具有巨大的研究和應用前景。

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