无线传感器网络应用技术综述

无线传感器网络应用技术综述

苏兆路

中交隧道局电气化工程有限公司北京100000

摘要：传感器网络现成为国内外的研究热点，无线传感器网络具有重大的科学意义和应用前景，在今后的社会中将会得到广泛应用，在文章中就无线传感器网络的体系、特征、通信方式结构和应用范围做出介绍。

关键词：无线传感网络、应用范围、特征

引言：

无线传感器网络拥有许多智能传感结点，这些小型节点一般称为sensornode，在分布范围内的各个角落，可以做到监视监测、感知采集、收集区域内各类数据，转化整理为详细准确的数据送发给客户。因为无线传感器网络的监测精度高，性价比高等优势，在工业发展，军事调查、交通管理等方面都具有广阔的使用前景。但由于传感器数量很多，在调整部署是只能采取投放，节点间位置不能确定，在任何时间都可以建立两节点之间的联系，通过各个节点之间的数据交换来完成信息收集及处理。

一、无线传感器网络的体系

（一）无线传感器网络的结构

无线网络传感器主要是由传感器节点（sensornode）、管理节点和汇聚节点（sinknode）组成，因此传感器、需要感知的目标、观察者是无线网络传感器的三要素。当无线网络传感器工作时，数量众多的传感器节点分别随机分布在所需检测区域的内部或附近，通过传感器节点之间的相互联系，形成一个小型网络。传感器所收集到的数据将会由各个节点逐步传输到汇聚节点，通过卫星或者互联网到达管理节点，使用者可以对无线传感器网络进行设置，发布指令以及收集数据。

（二）传感器节点的结构

传感器节点主要是由处理器模块、无线通信模块、传感器模块、能量供应模块组成。传感器模块的主要作用是监控采集需检测范围内信息，并进行数据转换；处理器模块主要工作是控制传感器节点，处理、保存、发送从各个传感器节点发来的数据信息；无线通信模块的主要工作是使各个传感器节点通过卫星或互联网进行无线通讯，收发控制指令以及采集储存信息；能量供应模块的主要工作是提供整个体系所需要的能量，一般会用小型电池来作为能量供应。因为各个传感器采用的能量源是小型的电池，所以一旦电池电量耗尽，传感器节点就失去了工作的能力，因此，在设计时尽量采取低功耗的元器件，在没有任务指令时，可以暂时停止电源；必要时可以舍弃一些网络性能方面的能力来换取更高的电源使用率。

（三）无线传感器网络的体系结构

无线传感器网络主要是由网络管理平台、网络通信协议和应用支持这三个部分组成。在不同应用中，无线传感器的网络节点也大有不同，无线传感器网络需要依据使用者的需要来构建自身的网络体系。

二、无线网络传感器的特点

（一）动态性

在一些特殊的环境中，对于在此环境中的组网，会受到各种信号的干扰，并由于本身的电池供电，很容易导致传感器故障，为此一般传感器内都有自组网、感知能力、智能性等特功能特点。为了数据间传递的更加快捷，两个传感器之间的距离通常在几百米之内。

（二）大规模网络

为了更加快速准确地获取信息，在需要监测的区域通常会投放大量的传感器节点，可能会达到成千上万甚至更多的传感器节点。传感器节点通过所处不同位置的不同视角来获取准确的信息。在监测时，可以适当调整单个传感器节点的精度，但由于数量众多，能够大幅增加准确率，减少检测漏洞和盲区。

（三）性价比高

一般情况下，传感器节点都是通过电池来供电，并且随机分布在各个环境区域内，在一些广阔、凶险的地域环境中，很难做到通过更换电池来补充能量。所以，传感器节点的功耗和体积一般都很小。在实际应用时，有些地理位置，用户可能无法进入，因此传感器节点很难进行更换，所以在要求成本上要很低。传感器节点在收发信息方面要做到精准，假设传感器本身采集的数据就不准确，那么之后的传输，数据整理将没有任何意义。

三、无线网络传感器的研究内容及应用范围

（一）能量问题

一般情况下，都是由电池提供传感器节点中的能量，但由于电池的容量有限，导致传感器节点的使用时间也受到影响。假设一个传感器节点因为能量不足导致不能继续正常工作，那么整个网络构建路线就要重新设定，甚至会导致整个网络构建路线不能正常连接，导致信号中断无法继续监测，因此，如何提高传感器节点可以使用的能量是无线传感器网络的重要问题。在功能上，传感器节点一般是收集信息所用的，因此可以适当减少一些其他不必要的功能，能有效的节省电量，加长传感器节点的使用时间。

（二）跨层设计问题

要求一个传感器节点在任何时间、任何地点都保持良好的工作状态是非常困难的，现如今，网络协议的MAC层、应用层、网络层等都对能量有着不同程度的要求，人们对这一方向也有进行研究，但却始终在网络的某一层徘徊，却忽视了各个层之间的联系，在现实中分层网络设计可以做到网络稳定，但在无线传感器网络中，却并不能取得理想的效果，所以，在传感器网络中，应重新制定分层网络设计，满足低能量、高效率的要求。

无线传感器网络和其他无线网络一样，安全问题对于无线传感器网络来说也是一个非常重要的问题，由于信号通过无线传播，所以中途可能会遇到干扰，消息监听等的安全问题。数据节点的采集整理信息的能力有限，因此若是混入大量虚假信息，可能会导致整个体系的瘫痪。因此，我们要进行研究传感器在不同情况下所需要的网络保护协议，做到信息上的安全，以及能量利用率上的保证，可以加入算法的选择提高安全保护能力，减轻传感器节点的收集信息、计算信息、储存的压力。

（三）应用范围

无线传感器网络因为便捷性、可实施性、以及准确性，已经逐步发展到军事应用、环境应用、医疗应用、家庭应用以及工业应用等各个方面，例如在环境应用中，美国的ALERT计划，分别用传感器网络来监测了各个地区的降水量、水位以及土壤中的水分，并可以通过整理整合来预测山洪暴发、山体滑坡等一系列的自然灾害。由此可以看出，无线传感器网络已经逐步走到我们的生活当中，我们的生活提供便利。

结论：

现如今信息网络发达，无线传感器网络已成为国内外最新最热的研究点，发展前景十分广阔，会使社会应用中范围最大的应用网络，随着研究员的不懈努力，近些年在无线传感器网络的体系有了更进一步的了解，各类应用体系也逐步明确，但如同上文所提，在安全方面、信息传递方面、能量消耗方面以及网络层之间的联系等仍存在一些技术性问题，需要发展解决。无论如何，无线传感网络是当今社会发展的主流全新技术，相信在各个研究者的努力下，无线传感器网络这一方面将会更好、更快、更便捷的使用与各个领域行业，为人们生活带来便利。

参考文献：

[1]韩天剑,李哲.无线传感器网络应用技术综述[J].信息通信,2016,(06):148-149.

[2]荆琦,唐礼勇,陈洲峰,王昭.无线传感器网络应用支撑技术研究[J].计算机科学,2014,(03):22-27.