无线传感器网络综述
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2018年14期Technology Innovation and Application研究视界无线传感器网络综述吴瑞睿，刘洁琳(沈阳理工大学，辽宁沈阳110000)摘要:近年来，随着现代传感器技术、嵌入式技术和通信技术的飞速发展，无线传感器网络成为目前网络技术的研究热点。
在深入研究无线传感器网络的过程中，发现其在军事、农业、医疗、交通和家庭应用等方面有极大的应用价值。
文章首先对无线传感器网络的定义和特点进行介绍，其次列举了无线传感器网络的应用方向，然后简要说明了其关键技术，最后分析了目前无线传感器网络的发展现状及亟需解决的问题。
关键词：无线传感器网络;应用；关键技术中图分类号:TP212.9 文献标志码:A文章编号=2095-2945(2018)14-0065-02Abstract:In recent years,with the rapid development of modern sensor technology,embedded technology and communication technology,wireless sensor network has become the research hotspot of network technology.In the process of in-depth study of wireless sensor networks,it is found to have great application value in military,agriculture,medical,transportation and family applications.This paper first introduces the definition and characteristics of wireless sensor networks,then enumerates the application direction of wireless sensor networks,and briefly describes its key technologies.Finally,the current development of wireless sensor networks and the problems that need to be solved are analyzed.Keywords:wireless sensor network;application;key technology引言无线传感器网络(W ireless Sensor Network,W SN)是由 大量传感器节点组成的一种自组织网络，这些传感器节点 不仅能感知网络内的环境信息，还具有简单的计算能力，同 时可以将感知和计算后的相关信息在网络中进行传输，具 有一定的通信能力。
传感器节点是W S N中最重要的节点，它是整个W S N的基础，具有感知数据、处理数据、存储数据 和传输数据的功能。
传感器节点负责感知网络内的环境信 息，收集监测数据并通过汇聚节点上报给用户节点。
与其他无线通信网络相比，W S N有其自身显著的特点。
大规模性:传感器网络的大规模性分为两种含义，一种 是在某些很大面积的监测区域内部署传感器节点，如森林、山地等区域为了监控火灾或进行其他环境监测活动；另一 种是在面积有限的区域内部署大密度的传感器节点。
自组织性:W S N是一种分布式自组织的无线网络，它 没有中心控制管理，是由对等节点构成的网络。
这种分布式 结构可以更好的适应网络的变化，在网络发生变化时可以 自动进行配置和管理，灵活性和实用性较强。
路由多跳性：由于W S N的监测范围很大，传感器节点 间数据传输距离会很远，所以W S N中多采用多跳路由转发 的方式，使每个节点都具有路由转发功能，这样可以减少节 点发送功率，降低网络能耗。
健壮性:W S N经常应用于山地、森林等环境恶劣的野 外区域，在这种环境中，传感器节点的维护工作较难实现，所以需要网络具有一定的健壮性，当某些节点因为环境干 扰或电池耗完不能正常工作时，网络内其他节点间可以自 动调节以保证W S N的正常工作。
1无线传感器网络应用作为信息技术三大支柱之一，W S N以其低成本、低功 耗、高适用性等特点在工业市场上已经得到广泛的应用。
其 主要应用领域集中在以下几个方面。
1.1军事侦察W S N能满足多种军事场景下信息获取的实时性和准确性，它可以感知战场态势。
在军事应用中，大量传感器节 点通过飞行器被抛洒在战场区域并形成自组网，网络内各 个节点感知战场信息并收集、传输这些数据信息为作战部 队提供情报。
由于W S N具有密集型、随机分布的特点，使其 在监控友军兵力、装备物资、弹药调配和战争损伤评估;监视战区情况、侦查敌方军力和目标跟踪;探测和侦查生物化 学攻击等方面起到很大作用。
美国是第一个进行W S N研究的，从越南战争中开始研 究用于发现越南物资运输车队的“热带树”传感器开始，美 国在W S N研究方面投人了大量的人力、物力和资金，并成 功将其应用到了军事领域。
此外，W S N还可以应用于国土 安全和国土边境监视等方面。
1.2 环境监测随着人们对环境问题的关注，环境监测成为无线传感 器网络的重要应用领域之一。
目前社会的发展和大自然的 变化，传统的环境监测手段已经不能满足人类的需求，使用作者简介：吴瑞睿(1982,04-)，男，汉，辽宁沈阳，本科（学士），工程师，研究方向：系统监控与网络管理技术；刘洁琳（1992,04-)，女，汉，河北石家庄，研究生(硕士），研究方向：系统监控与网络管理技术。
-65-研究视界Technology Innovation and Application2018年14期传感器节点对室内外环境的采集、分析和监控显得尤为重要。
由于传感器网络自身的特点，其为野外环境的监控工 作提供了便捷。
通过W S N收集震动和次声波信息可以对火 山爆发进行监测，提前发出预警;W S N还可以应用于动物跟 踪、候鸟迁徙，通过观察动物的行为习惯进行种群研究;在植物上部署无线传感器网络能监控树木生成情况，收集光 合作用等信息，给植物研究提供相关依据;在无人值守地区 抛洒传感器节点可以进行无间断监测，弥补监测盲区获取 更全面的环境数据。
随着科学技术的大力发展，对室内环境的监控也是很 有必要的。
无线传感器系统的部署，不仅可以监测室内实时 的温度、湿度和空气质量以改善室内环境。
1.3智能家居智能家居是将居住环境中的安防系统、照明系统、空调 系统和其他家用电器等设备通过物联网技术连接起来实现 自动化和智能化管理。
在家用电器中嵌人传感器节点，通过 无线网络与互联网结合的方式可以实现对家电的远程控制，同时也可以实时监控家庭安全情况，使人们的生活更舒 适、更便捷。
微软的“未来之家”是最先进的智能家居的代表，它融 合了门禁系统不仅能对家庭环境进行监测还能通过触摸检 测主人的身体状况并进行相应健康提示等。
复旦大学、电子 科技大学等单位也研制出一项基于W S N的智能楼宇系统，此系统可以通过互联网终端对家庭状况进行实施监测。
1.4医疗健康目前，W S N在医疗系统和健康护理方面有很多应用。
在住院的患者身上安装可以监测心率或血压的传感器节点，可以使医生及时了解被监控病人的身体状况和活动情 况，当发现异常状态时以最快速度对其进行抢救;基于传感 器网络的看护系统可以实时检测老人的健康问题，感知老 人的各项活动，记录老人的状态，为老人的安全健康提供保 障，同时也可以减轻看护人员的负担，提高护理质量。
2无线传感器网络关键技术2.1拓扑控制拓扑控制技术的主要功能是数据转发，同时通过控制 功率或邻居节点来实现网络的覆盖度和连通度。
良好的网 络拓扑能够提高路由效率、降低网络能耗，以延长网络生存 周期。
拓扑控制作为W S N中的核心问题，能够为数据融合、路由协议以及目标定位等提供技术支撑。
目前已有的拓扑控制算法分为节点功率控制和层次型 拓扑控制两类。
功率控制是通过调整传感器节点的发送功 率，在满足网络覆盖率和连通性的前提下，尽可能减少节点 发送功率。
当每个节点的功率发生变化时，网络的拓扑结构 也会发生变化，同时降低节点间的干扰，最终使网络达到最 佳连通性。
层次型拓扑控制利用分簇机制，让形成簇头节 点，每个簇头节点成为一个骨干网将网络划分成多个簇，其 他非骨干网节点可以暂时停止通信以降低网络能耗，只允 许骨干网进行数据转发。
2.2路由协议在无线传感器网络中，网络连接需要根据实际情况，需 联合合适且特定的算法还有系统软件建立的实时动态的连 接，并不是采用一种事先安排好的连接方式。
网络带宽、处 理功耗等一些网路实时方面的影响因素是网络运行时必然 要考虑的因素，因此，当网络出现意外时，网络根据实际情 况能够实时地进行重构或是更新网络系统等操作。
节点之 间通信连接的可靠性是有限的，有时阴影衰落也是影响网 络连接的因素之一，所以在设计满足网络需求的路由软件 时要仔细考虑通信的可靠性问题。
2.3 数据融合在W S N中，通过数据融合技术可以对传感器节点收集 到的数据进行融合处理，去除冗余信息，节省网络能量，延 长网络生命周期。
此外，利用数据融合技术可以对网络内感 知到的多份数据进行分析和综合处理以提高信息的准确度。
然而，数据融合技术在进行数据处理时，会增加网络运 行时间，造成网络的时间延迟。
2.4时间同步时间同步是需要协同工作的传感器网络系统的一个关 键机制。
在W S N中，节点间通常需要相互协作才能完成感 知和监测功能，此时要求各个节点之间保持同样的时钟。
目前已有的时间同步协议有R B S(参考广播同步)、Tiny/mini- Sync(微小/迷你同步）以及TPSN(Timing-s y n c协议的传感器网络)。
2.5定位技术在W S N的实际应用中，用户不仅关注传感器节点在监 测区域内的感知数据，也希望获取这些节点的位置信息。
因 此，定位技术作为W S N中的关键技术具有十分重要的地 位。
在W S N中传感器节点的定位方式分为两种:基于测距 的定位和基于非测距的定位技术。
基于测距的定位是通过 测量节点间的距离和方向角度来确定待定位节点的坐标，此方法对节点硬件要求较高，能达到精确定位;基于非测距 的定位是通过网络内节点间的连通性来获取待定位节点的 最终坐标的，由于无需测量节点间的距离使得对节点的硬 件要求较低，降低了网络的成本，但是定位精度不高。
3结束语通过对W S N的深人研究，人们对其的认识越来越深刻，与此同时在相关技术方面也取得了很大的进展，使WSN 得到广泛应用。
