傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介

　　傳感器網(wǎng)絡(luò)，是由許多在空間上分布的自動(dòng)裝置組成的一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這些裝置使用傳感器協(xié)作地監(jiān)控不同位置的物理或環(huán)境狀況（比如溫度、聲音、振動(dòng)、壓力、運(yùn)動(dòng)或污染物）。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展最初起源于戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等軍事應(yīng)用。而現(xiàn)今無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被應(yīng)用于很多民用領(lǐng)域，如環(huán)境與生態(tài)監(jiān)測(cè)、健康監(jiān)護(hù)、家庭自動(dòng)化、以及交通控制等。

　　原理

　　傳感器網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)除配備了一個(gè)或多個(gè)傳感器之外，還裝備了一個(gè)無線電收發(fā)器、一個(gè)很小的微控制器和一個(gè)能源（通常為電池）。單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的尺寸大到一個(gè)鞋盒，小到一粒塵埃。傳感器節(jié)點(diǎn)的成本也是不定的，從幾百美元到幾美分，這取決于傳感器網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模以及單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)所需的復(fù)雜度。傳感器節(jié)點(diǎn)尺寸與復(fù)雜度的限制決定了能量、存儲(chǔ)、計(jì)算速度與頻寬的受限。

　　在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)研究熱點(diǎn)，每年都會(huì)召開很多的研討會(huì)和國(guó)際會(huì)議。

傳感器網(wǎng)絡(luò)百科

　　傳感器網(wǎng)絡(luò)，是由許多在空間上分布的自動(dòng)裝置組成的一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這些裝置使用傳感器協(xié)作地監(jiān)控不同位置的物理或環(huán)境狀況（比如溫度、聲音、振動(dòng)、壓力、運(yùn)動(dòng)或污染物）。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展最初起源于戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等軍事應(yīng)用。而現(xiàn)今無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被應(yīng)用于很多民用領(lǐng)域，如環(huán)境與生態(tài)監(jiān)測(cè)、健康監(jiān)護(hù)、家庭自動(dòng)化、以及交通控制等。

　　原理

　　傳感器網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)除配備了一個(gè)或多個(gè)傳感器之外，還裝備了一個(gè)無線電收發(fā)器、一個(gè)很小的微控制器和一個(gè)能源（通常為電池）。單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的尺寸大到一個(gè)鞋盒，小到一粒塵埃。傳感器節(jié)點(diǎn)的成本也是不定的，從幾百美元到幾美分，這取決于傳感器網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模以及單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)所需的復(fù)雜度。傳感器節(jié)點(diǎn)尺寸與復(fù)雜度的限制決定了能量、存儲(chǔ)、計(jì)算速度與頻寬的受限。

　　在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)研究熱點(diǎn)，每年都會(huì)召開很多的研討會(huì)和國(guó)際會(huì)議。

　　體系結(jié)構(gòu)

　　傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)（sensor）、匯聚節(jié)點(diǎn)（sink node）和管理節(jié)點(diǎn)。大量傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域（sensor field）內(nèi)部或附近，能夠通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點(diǎn)逐跳地進(jìn)行傳輸，在傳輸過程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可能被多個(gè)節(jié)點(diǎn)處理，經(jīng)過多跳后路由到匯聚節(jié)點(diǎn)，最后通過互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星到達(dá)管理節(jié)點(diǎn)。用戶通過管理節(jié)點(diǎn)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測(cè)任務(wù)以及收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

　　與物聯(lián)

　　網(wǎng)通過感知識(shí)別技術(shù)，讓物品“開口說話、發(fā)布信息”，是融合物理世界和信息世界的重要一環(huán)，是物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)的最獨(dú)特的部分。物聯(lián)網(wǎng)的“觸手”是位于感知識(shí)別層的大量信息生成設(shè)備，包括RFID、傳感器網(wǎng)絡(luò)、定位系統(tǒng)等。傳感器網(wǎng)絡(luò)所感知的數(shù)據(jù)是物聯(lián)網(wǎng)海量信息的重要來源之一。

　　傳感器網(wǎng)絡(luò)已被視為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，如果將智能傳感器的范圍擴(kuò)展到RFID等其他數(shù)據(jù)采集技術(shù)，從技術(shù)構(gòu)成和應(yīng)用領(lǐng)域來看，泛在傳感器網(wǎng)絡(luò)等同于現(xiàn)在我們提到的物聯(lián)網(wǎng)。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks， WSN）是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，它的末梢是可以感知和檢查外部世界的傳感器。WSN中的傳感器通過無線方式通信，因此網(wǎng)絡(luò)設(shè)置靈活，設(shè)備位置可以隨時(shí)更改，還可以跟互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有線或無線方式的連接。通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。

　　WSN的發(fā)展得益于微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanism System， MEMS）、片上系統(tǒng)（System on Chip， SoC）、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展。

　　WSN廣泛應(yīng)用于軍事、智能交通、環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生等多個(gè)領(lǐng)域。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的八大應(yīng)用

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前信息領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)之一，可用于特殊環(huán)境實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、處理和發(fā)送。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)，在現(xiàn)實(shí)生活中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。那么無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用有哪些呢？

　?。?）軍事領(lǐng)域的應(yīng)用

　　在軍事領(lǐng)域，由于WSN具有密集型、隨機(jī)分布的特點(diǎn)，使其非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。利用WSN能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)敵軍區(qū)域內(nèi)的兵力和裝備、實(shí)時(shí)監(jiān)視戰(zhàn)場(chǎng)狀況、定位目標(biāo)、監(jiān)測(cè)核攻擊或者生物化學(xué)攻擊等。

　　（2）輔助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

　　WSN特別適用于以下方面的生產(chǎn)和科學(xué)研究。例如，大棚種植室內(nèi)及土壤的溫度、濕度、光照監(jiān)測(cè)、珍貴經(jīng)濟(jì)作物生長(zhǎng)規(guī)律分析與測(cè)量、葡萄優(yōu)質(zhì)育種和生產(chǎn)等，可為農(nóng)村發(fā)展與農(nóng)民增收帶來極大的幫助。采用WSN建設(shè)農(nóng)業(yè)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用一套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完成風(fēng)、光、水、電、熱和農(nóng)藥等的數(shù)據(jù)采集和環(huán)境控制，可有效提高農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)程度，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植的科學(xué)性。

　?。?）生態(tài)監(jiān)測(cè)與災(zāi)害預(yù)警

　　WSN可以廣泛地應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物種群研究、氣象和地理研究、洪水、火災(zāi)監(jiān)測(cè)。環(huán)境監(jiān)測(cè)為環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)的決策依據(jù)，是生態(tài)保護(hù)的基礎(chǔ)。在野外地區(qū)或者不宜人工監(jiān)測(cè)的區(qū)域布置WSN可以進(jìn)行長(zhǎng)期無人值守的不間斷監(jiān)測(cè)，為生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和研究提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)資料。

　　具體的應(yīng)用包括：通過跟蹤珍稀鳥類等動(dòng)物的棲息、覓食習(xí)慣進(jìn)行瀕危種群的研究;在河流沿線區(qū)域布置傳感器節(jié)點(diǎn)，隨時(shí)監(jiān)測(cè)水位及水資源被污染的情況;在泥石流、滑坡等自然災(zāi)害容易發(fā)生的地區(qū)布置節(jié)點(diǎn)，可提前發(fā)出災(zāi)害預(yù)警，及時(shí)采取相應(yīng)抗災(zāi)措施;可在重點(diǎn)保護(hù)林區(qū)布置大量節(jié)點(diǎn)隨時(shí)監(jiān)控內(nèi)部火險(xiǎn)情況，一旦發(fā)現(xiàn)火情，可立刻發(fā)出警報(bào)，并給出具體位置及當(dāng)前火勢(shì)的大小;可將節(jié)點(diǎn)布置在發(fā)生地震、水災(zāi)等災(zāi)害的地區(qū)、邊遠(yuǎn)山區(qū)或偏僻野外地區(qū)，用于臨時(shí)應(yīng)急通信。

　　（4）基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

　　WSN技術(shù)對(duì)于大型工程的安全施工以及建筑物安全狀況的監(jiān)測(cè)有積極的幫助作用。通過布置傳感器節(jié)點(diǎn)，可以及時(shí)準(zhǔn)確地觀察大樓、橋梁和其他建筑物的狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，及時(shí)進(jìn)行維修，避免造成嚴(yán)重后果。

　?。?）工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

　　在工業(yè)安全方面，傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可用于危險(xiǎn)的工作環(huán)境，例如在煤礦、石油鉆井、核電廠和組裝線布置傳感器節(jié)點(diǎn)，可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)工作環(huán)境的安全狀況，為工作人員的安全提供保證。另外，傳感器節(jié)點(diǎn)還可以代替部分工作人員到危險(xiǎn)的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)，不僅降低了危險(xiǎn)程度，還提高了對(duì)險(xiǎn)情的反應(yīng)精度和速度。

　　由于WSN部署方便、組網(wǎng)靈活，其在倉(cāng)儲(chǔ)物流管理和智能家居方面也逐漸發(fā)揮作用。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使傳感器形成局部物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)地交換和獲得信息，并最終匯聚到物聯(lián)網(wǎng)，形成物聯(lián)網(wǎng)重要的信息來源和基礎(chǔ)應(yīng)用。

　?。?）在智能交通中保障安全暢通

　　智能交通系統(tǒng)（ITS）是在傳統(tǒng)交通體系的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型交通系統(tǒng)，它將信息、通信、控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)以及其他現(xiàn)代通信技術(shù)綜合應(yīng)用于交通領(lǐng)域，并將“人—車—路—環(huán)境”有機(jī)地結(jié)合在一起。在現(xiàn)有的交通設(shè)施中增加一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將能夠從根本上緩解困擾現(xiàn)代交通的安全、通暢、節(jié)能和環(huán)保等問題，同時(shí)還可以提高交通工作效率。因此，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)已經(jīng)成為近幾年的研究熱點(diǎn)。

　　智能交通系統(tǒng)主要包括交通信息的采集、交通信息的傳輸、交通控制和誘導(dǎo)等幾個(gè)方面。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以為智能交通系統(tǒng)的信息采集和傳輸提供一種有效手段，用來監(jiān)測(cè)路面與路口各個(gè)方向的車流量、車速等信息。

　　它主要由信息采集輸入、策略控制、輸出執(zhí)行、各子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸與通信等子系統(tǒng)組成。信息采集子系統(tǒng)主要通過傳感器采集車輛和路面信息，然后由策略控制子系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)，并運(yùn)用計(jì)算方法計(jì)算出最佳方案，同時(shí)輸出控制信號(hào)給執(zhí)行子系統(tǒng)，以引導(dǎo)和控制車輛的通行，從而達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能交通中還可以用于交通信息發(fā)布、電子收費(fèi)、車速測(cè)定、停車管理、綜合信息服務(wù)平臺(tái)、智能公交與軌道交通、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)和綜合信息平臺(tái)等技術(shù)領(lǐng)域。

　?。?）在醫(yī)療系統(tǒng)大有作為

　　近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療系統(tǒng)和健康護(hù)理方面已有很多應(yīng)用，例如，監(jiān)測(cè)人體的各種生理數(shù)據(jù)，跟蹤和監(jiān)控醫(yī)院中醫(yī)生和患者的行動(dòng)，以及醫(yī)院的藥物管理等。如果在住院病人身上安裝特殊用途的傳感器節(jié)點(diǎn)，例如心率和血壓監(jiān)測(cè)設(shè)備，醫(yī)生就可以隨時(shí)了解被監(jiān)護(hù)病人的病情，在發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)能夠迅速搶救。

　　羅切斯特大學(xué)的一項(xiàng)研究表明，這些計(jì)算機(jī)甚至可以用于醫(yī)療研究?？茖W(xué)家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個(gè)“智能醫(yī)療之家”，即一個(gè)5間房的公寓住宅，在這里利用人類研究項(xiàng)目來測(cè)試概念和原型產(chǎn)品。

　　“智能醫(yī)療之家”使用微塵來測(cè)量居住者的重要特征（血壓、脈搏和呼吸）、睡覺姿勢(shì)以及每天24小時(shí)的活動(dòng)狀況。所搜集的數(shù)據(jù)將被用于開展以后的醫(yī)療研究。通過在鞋、家具和家用電器等設(shè)備中嵌入網(wǎng)絡(luò)傳感器，可以幫助老年人、重病患者以及殘疾人的家庭生活。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)可高效傳遞必要的信息從而方便接受護(hù)理，而且可以減輕護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)，提高護(hù)理質(zhì)量。

　　利用傳感器網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)時(shí)間收集人的生理數(shù)據(jù)，可以加快研制新藥品的過程，而安裝在被監(jiān)測(cè)對(duì)象身上的微型傳感器也不會(huì)給人的正常生活帶來太多的不便。此外，在藥物管理等諸多方面，它也有新穎而獨(dú)特的應(yīng)用。

　?。?）促進(jìn)信息家電設(shè)備更加智能

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的逐漸普及，促進(jìn)了信息家電、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，家庭網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備已由單一機(jī)向多種家電設(shè)備擴(kuò)展，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能家居網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)為家庭內(nèi)、外部網(wǎng)絡(luò)的連接及內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之間信息家電和設(shè)備的連接提供了一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)。

　　在家電中嵌入傳感器節(jié)點(diǎn)，通過無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，將為人們提供更加舒適、方便和更人性化的智能家居環(huán)境。利用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的遠(yuǎn)程遙控，也可以通過圖像傳感設(shè)備隨時(shí)監(jiān)控家庭安全情況。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)可以建立智能幼兒園，監(jiān)測(cè)兒童的早期教育環(huán)境，以及跟蹤兒童的活動(dòng)軌跡。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)利用現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)和電話網(wǎng)將室內(nèi)環(huán)境參數(shù)、家電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息告知住戶，使住戶能夠及時(shí)了解家居內(nèi)部情況，并對(duì)家電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部和外界的信息傳遞。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使住戶不但可以在任何可以上網(wǎng)的地方，通過瀏覽器監(jiān)控家中的水表、電表、煤氣表、電熱水器、空調(diào)、電飯煲等及安防系統(tǒng)、煤氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)、外人侵入預(yù)警系統(tǒng)等，而且可通過瀏覽器設(shè)置命令，對(duì)家電設(shè)備遠(yuǎn)程控制。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)功能相同或不同的無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成，對(duì)一種設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，從而形成一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)關(guān)接入互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，采用一種基于星形結(jié)構(gòu)的混合星形無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模型。傳感器節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，模塊采集戶內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，如溫度、濕度等，由通信路由協(xié)議直接或間接地將數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)方的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。

　　目前，國(guó)內(nèi)外主要研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的低功耗硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)和拓?fù)淇刂?、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、定位技術(shù)等。以檢測(cè)光線強(qiáng)度的傳感器為例，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)傳感器所檢測(cè)的光線強(qiáng)弱來關(guān)閉或開啟指示燈。

　　在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，普通節(jié)點(diǎn)將它采集的光強(qiáng)度數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器將含有控制變量的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給帶有指示燈節(jié)點(diǎn)的同時(shí)，還可以通過串口將光強(qiáng)度數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)。通過安裝在計(jì)算機(jī)上的后臺(tái)軟件，可以看出光強(qiáng)度信號(hào)的變化。通過遮蓋光強(qiáng)度傳感器可以改變采集到的光強(qiáng)度數(shù)據(jù)，當(dāng)光強(qiáng)度比較低時(shí)曲線下降，反之曲線上升。

　　這種傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)、短程無線通信技術(shù)，有著廣泛的應(yīng)用。該系統(tǒng)不需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)，不需要原先任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，能夠快速布置、方便調(diào)整，并且具有很好的可維護(hù)性和拓展性。