-.z無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用與影響因素分析摘要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在信息傳輸、采集、處理方面的能力非常強。最初，由于軍事方面的需要，無線傳感網(wǎng)絡(luò)不斷開展，傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷進步，其應(yīng)用的*圍也日益廣泛，已參軍事防御領(lǐng)域擴展以及普及到社會生活的各個方面。本文全面描述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的開展過程、研究領(lǐng)域的現(xiàn)狀和影響傳感器應(yīng)用的假設(shè)干因素。

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；傳感器節(jié)點；限制因素

applicationsofwirelesssensornetworksandinfluencingfactorsanalysis

liupeng

(collegeofputerscience,yangtzeuniversity,jingzhou434023,china)

abstract:wirelesssensornetworksinthetransmissionofinforma-

tion,collecting,processingcapacityisverystrong.initially,duetotheneedsofthemilitaryaspectsofwirelesssensornetworks,thecontinuousdevelopmentofsensornetworktechnologycontinuestoprogressitsincreasinglywiderangeofapplications,frommilitarydefensefieldtoe*pandandspreadtovariousaspectsofsociallife.aprehensivedescriptionofthedevelopmentprocessofthewirelesssensornetwork,thestatusoftheresearchareasandanumberoffactorsaffectingtheapplicationofthesensor.

keywords:wirelesssensornetworks;sensornodes;limitingfactor

一、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)起源以及特點

1990年以來，硬件以及計算機技術(shù)不斷向前開展，美國的許多研究機構(gòu)紛紛開展了在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的專項研究方案。進入21世紀(jì)以后，在傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的開展進一步表達出來。全世界反對恐懼主義的這個宏觀背景下，人類在無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面〔wsn〕的研究正蓬勃開展。在硬件體系中，它的構(gòu)造慢慢變得穩(wěn)定，在無線傳感器這個*圍內(nèi)，在開發(fā)實用節(jié)點領(lǐng)域的硬件方面，逐漸從高等院校以及研究所轉(zhuǎn)移到了公司。開發(fā)平臺的便捷促使眾多的研究所轉(zhuǎn)入研究傳感信息融合、時間同步與定位、大規(guī)模無線組網(wǎng)、低功耗設(shè)計技術(shù)等核心技術(shù)，與此同時，眾多團隊紛紛開場開發(fā)和大批量生產(chǎn)相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)品。

無線傳感網(wǎng)絡(luò)有以下重要特征：

〔1〕自組織以及無中心。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布*圍內(nèi)，就節(jié)點的地位而言，他們同樣平等，網(wǎng)絡(luò)是對等式的，也就沒提前指定中心。在展開以及布設(shè)網(wǎng)絡(luò)方面，也不需依靠任何設(shè)置完善的無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，經(jīng)由分層協(xié)議以及分布式算法，節(jié)點可以自動調(diào)節(jié)各自行為，開場運行后，節(jié)點可以自發(fā)地、快速地形成無線傳感網(wǎng)絡(luò)。

〔2〕多跳路由。在本文所涉及的傳感器網(wǎng)絡(luò)*圍內(nèi)，節(jié)點在通信方面的能力并不大，所覆蓋的*圍也很小，任何節(jié)點與附近節(jié)點可以通信。如要節(jié)點和超出它的射頻覆蓋能力的節(jié)點聯(lián)系，就得經(jīng)過中間的節(jié)點來路由。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中，普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的多跳路由就可以完成了。

〔3〕動態(tài)拓撲。在本文屬于涉及的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點可以在任何地方進展運動；電池能量耗盡或者別的障礙才能夠使得*個人節(jié)點退出網(wǎng)絡(luò)運行；無線網(wǎng)絡(luò)將其添加到其中的原因可能是工作的需要。因為這些可以在任何時間變化，網(wǎng)絡(luò)拓撲構(gòu)造也會進展相應(yīng)地變化會，因此，在無線傳感網(wǎng)絡(luò)*圍內(nèi)，動態(tài)的拓撲組織能力應(yīng)該被發(fā)現(xiàn)和運用。

〔4〕節(jié)點數(shù)量很大、在分布方式上比擬密集。在本文所提及的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)*圍內(nèi)，節(jié)點的分布*圍很廣泛、數(shù)量特別大、在維護方面難度很大，有些時候進展維護的可能都很小。所以，需要解決容錯性和軟、硬件魯棒性和提高傳感器網(wǎng)絡(luò)的強健性方面的問題。

〔5〕硬件資源方面的限制。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這個*圍內(nèi)，節(jié)點必須攜帶方便、輕便靈巧、所以，嵌入式處理器以及存儲器能夠被很好地利用，因此，在計算能力以及存儲能力都不強。給設(shè)計應(yīng)用程序帶來很多麻煩，并且，在計算能力有限這種狀況下，怎么協(xié)調(diào)和處理分布式信息諸如此類的問題也需要相應(yīng)地去解決。

〔6〕工作環(huán)境的制約。所有的節(jié)點都會集中地分布在待測的區(qū)域，這樣才能測得真實的具體值。以及不適合利用人工補能的方法進展補能。各個節(jié)點都必須準(zhǔn)備可以長期儲存和利用的能量，如果不能這樣的話，節(jié)點就必須獲得來自外部的能量。這些節(jié)點當(dāng)在自己所帶的電池能量用盡之后常常被扔掉了，這樣處理的話，在促使網(wǎng)絡(luò)不再運行方面起到了加速的作用。所以，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及技術(shù)的一個重要研究方向就是研究如何節(jié)能這個大問題。

〔7〕在平安性方面，分布式的控制和能力有限的無線信道使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)極易遭受外來攻擊。拒絕效勞、主動入侵、被動竊聽是上述攻擊的常用方法，因此，平安性在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中的地位是極其重要的。

〔8〕由于傳輸能力的限制，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)只能經(jīng)由無線電波，才能進展數(shù)據(jù)傳輸，盡管不再布線，可是，與有線網(wǎng)絡(luò)相比，天生缺陷卻是低帶寬，與相對有限信道相比，由它供應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)帶寬要低得多。與此同時，信號間彼此干擾，本身的信號也逐漸衰落，天氣和地形等全部因素也會影響它，理論上的最大帶寬會遠遠地大于真正的帶寬。

二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的具體事例

〔一〕在軍事領(lǐng)域中的運用

在現(xiàn)代化的戰(zhàn)爭中，來自戰(zhàn)場方面的信息是極其重要的，戰(zhàn)場信息能夠在極大的*圍上對戰(zhàn)爭的結(jié)局起到影響和決定的作用。因為在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)存在著自組織和無中心性，如果*個節(jié)點受到了損害或者攻擊，整個體系仍然能夠正常工作。這使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)極大地適合應(yīng)用在惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境的匯總。

〔二〕醫(yī)療應(yīng)用

在醫(yī)療護理和研究方面，也廣泛應(yīng)用無線傳感網(wǎng)絡(luò)。除了硬件平臺，可擴展的軟件根底設(shè)施也是由codeblue工程提供的旨在保護醫(yī)療平安方面的無線感應(yīng)器，個人使用的電腦以及其他的設(shè)備以及提供發(fā)現(xiàn)、路由、命名，這些都能夠幫助治愈和跟蹤特定種類的在醫(yī)療機構(gòu)方面的患者。

〔三〕環(huán)境監(jiān)控

如今，人們廣泛關(guān)注逐漸惡化環(huán)境狀況。加強研究環(huán)境，這樣可以防止環(huán)境惡化，意義重大。在無人值守的時候，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠長期工作，所以，可以當(dāng)作對長期有效觀察環(huán)境變化的高效方式。它能夠應(yīng)用于森林火災(zāi)監(jiān)控、生物物種變化、洪水防治、精細農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域。

三、未來研究方向

無線傳感網(wǎng)絡(luò)是本世紀(jì)最主要的一個專業(yè)領(lǐng)域。它包括了許多學(xué)科穿插的領(lǐng)域內(nèi)容，這些都需要進一步的發(fā)現(xiàn)研究，這個領(lǐng)域的許多內(nèi)容有著關(guān)鍵作用。以下是無線傳感網(wǎng)絡(luò)進展研究的主要方向：

〔一〕網(wǎng)絡(luò)的平安性

考慮到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征與應(yīng)用*圍，數(shù)據(jù)的傳輸、采集和融合、任務(wù)的協(xié)同控制等都得完成。怎樣確保高效的數(shù)據(jù)融和平安性是考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平安問題需要留意的內(nèi)容。

〔二〕硬件平安

在*些特殊的環(huán)境中，例如化學(xué)污染區(qū)、水流中、海洋、動物身上等，無線傳感網(wǎng)絡(luò)在硬件方面有著特別高的要求，要多加留意外界的破壞、腐蝕。

〔三〕節(jié)點的節(jié)能性

節(jié)點工作的環(huán)境有限制，電源不可能經(jīng)常性更換，所以要在調(diào)度、能量供應(yīng)以及協(xié)議方面精細設(shè)計，保障網(wǎng)絡(luò)持續(xù)進展。現(xiàn)在的重點在電源的高容量以及節(jié)能研究等領(lǐng)域的研究，使用較廣泛的是一次性獨立供電系統(tǒng)，只有將網(wǎng)絡(luò)工作時產(chǎn)生的能耗降低，才能延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期，這是重要因素之一。

〔四〕節(jié)點的微型化

在軍事和醫(yī)療領(lǐng)域，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點需要小型化或者微型化。尺寸的縮小使傳感電路局部和無線射頻的模擬電路彼此容易受到干擾，因此要考慮到數(shù)字信號的干擾情況，在設(shè)計時，要進展各設(shè)計環(huán)節(jié)的仿真性實驗，通過電路元件位置和尺寸的調(diào)整，從而更準(zhǔn)確地控制取值*圍，集成設(shè)計多功的能模塊。

四、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的影響因素分析

因為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身存在*種屬性，在使用的過程中間，局部問題得以出現(xiàn)，如傳感器為能量所限制，如何節(jié)能采納延長傳感器的壽命。學(xué)者高度關(guān)注和研究這些問題。關(guān)于如何提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用*圍這個論題對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)的要求更高。

〔1〕節(jié)能策略。在人無法接近的惡劣或者相對危險的遠程環(huán)境中，延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作傳感器的壽命至關(guān)重要。采取什么節(jié)能策略采納延長傳感器的壽命成為制約無線傳感器方面的網(wǎng)絡(luò)推廣應(yīng)用中的最主要問題。另外，提高電池的容量也可以延長傳感器壽命，或者采用太陽能來吸收能量，可是，在實際生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，傳感器大小以及本錢的限制得到了限制。

〔2〕路由協(xié)議。拓撲在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)變化頻繁，形成了無中心的自組網(wǎng)，，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正常工作的根本條件就是采納哪種協(xié)議來保證信息傳輸，這就需要研究網(wǎng)絡(luò)鏈路和節(jié)點數(shù)目、大小等問題。通過指出足夠的路由以及相應(yīng)的算法可以確保正確的路由，這樣就能保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)存在下去以及適應(yīng)這新的環(huán)境。

〔3〕平安技術(shù)。作為一個開放式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點工作處在敵方的環(huán)境中，這樣可以防止敵方切入誘敵或者網(wǎng)絡(luò)實施破壞或等活動，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的平安問題首當(dāng)其沖。在傳感器網(wǎng)絡(luò)認證機制和平安的研究顯得至關(guān)重要。特別是運用在軍事領(lǐng)域，對應(yīng)的平安要求就更高。增強移動adhoc網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的**性由可靠數(shù)據(jù)傳輸平安協(xié)議保證。

〔4〕信號處理。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，在數(shù)據(jù)方面的相似性有著很高的比例，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)運用的一個重要問題就是得到可靠的數(shù)據(jù)，提高傳感器節(jié)點的使用效率，如何進展信號處理。此問題目前被協(xié)同信號處理技術(shù)有效地加以解決。

〔5〕移動性：在一些特定的應(yīng)用中，需要移動網(wǎng)關(guān)或節(jié)點，在網(wǎng)絡(luò)快速自組上存在一定的困難，這個因素也是影響無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的主要問題之一。

本文全面描述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的開展過程、特點、現(xiàn)狀以及影響傳感器應(yīng)用的假設(shè)干因素。作為信息科學(xué)領(lǐng)域中一個全新的開