無線傳感網(wǎng)的應用案例

1.引言

近年來，無線通信、集成電路傳感器以及微機系統(tǒng)近年來，無線通信、集成電路傳感器以及微機系統(tǒng)近年來，無線通信、集成電路傳感器以及微機系統(tǒng)近年來，無線通信、集成電路傳感器以及微機系統(tǒng)(MEMS)等技術(shù)的飛速發(fā)展，推動了低成本、功耗多能的無線傳感器大量生產(chǎn)。是一種集傳感功能與驅(qū)動控制力、計算通信于一體的資源受限嵌入式設(shè)備，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)則是由大量無線傳感器構(gòu)成的自組織網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)對象信息，并將傳其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)對象信息，并將傳送給需要的用戶。

WSN被認為是21世紀最重要的技術(shù)之一，它將會對人類未來生活方式產(chǎn)生深遠影響。在生深遠影響。在2003年2月的美國《技術(shù)評論》雜志月的美國《技術(shù)評論》雜志月的美國《技術(shù)評論》雜志(《TechnologyReviewTechnologyReview》)評出的對人類未來生活產(chǎn)深遠影響十大新興技術(shù)中，WSN位居第一。同年，美國《商業(yè)周刊》未來技術(shù)專版在論述四大新時，WSN也被列入其中。

2.WSN的組成和特點的組成和特點的組成和特點

WSN由大量無線傳感器采用自組織方式構(gòu)成(見圖1)，它借助于節(jié)點中內(nèi)置的形式多樣傳感器測量所在環(huán)境中信號，從而探測各種需要的數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)傳送到需要的地方。

無線傳感器一般由數(shù)據(jù)采集單元、處理輸電源等部無線傳感器一般由數(shù)據(jù)采集單元、處理輸電源等部分組成(見圖2)。被監(jiān)測物理信號的形式?jīng)Q定了傳感器類型，如溫度度傳感器，監(jiān)測聲音強的壓等。處理通常選用嵌入式數(shù)度傳感器，監(jiān)測聲音強的壓等。處理通常選用嵌入式數(shù)據(jù)傳輸單元主要由低功耗、短距離的無線通信模塊組成。微型化操作系統(tǒng)選用據(jù)傳輸單元主要由低功耗、短距離的無線通信模塊組成。微型化操作系統(tǒng)選用嵌入式操作系統(tǒng)，如Vxworks、μCOS-II、μClinux、TinyOS等。

傳感器網(wǎng)絡(luò)與統(tǒng)相比有一些獨的特點，主要：

　　1.節(jié)點密集，每個既是傳感器又路由；
　　2.具有限的計算能力和通信以及電源供應；
　　3.獨特的底層通信傳輸媒介；
　　4.傳感器節(jié)點間無中心、自組織，多跳通信；
　　5.可以同時通過多條信源——信宿路由傳輸數(shù)據(jù)；
　　6.網(wǎng)絡(luò)具有很強的魯棒性和良好伸縮。

3.WSN的應用領(lǐng)域及其概述

3.1軍事領(lǐng)域

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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。利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)對敵軍兵力和裝備的監(jiān)控、戰(zhàn)場的實時監(jiān)視、目標的定位、戰(zhàn)場評估、核攻擊和生物化學攻擊的監(jiān)測和搜索等功能。目前國際許多機構(gòu)的課題都是以戰(zhàn)場需求為背景展開的。例如，美軍開展的如C4KISR計劃、SmartSensorWeb、靈巧傳感器網(wǎng)絡(luò)通信、無人值守地面?zhèn)鞲衅魅?、傳感器組網(wǎng)系統(tǒng)、網(wǎng)狀傳感器系統(tǒng)CEC，等等。

在軍事領(lǐng)域應用方面，該項技術(shù)的遠景目標是：利用飛機或火炮等發(fā)射裝置，將大量廉價傳感器節(jié)點按照一定的密度布放在待測區(qū)域內(nèi)，對周邊的各種參數(shù)，如溫度、濕度、聲音、磁場、紅外線等各種信息進行采集，然后由傳感器自身構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)關(guān)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星等信道，傳回信息中心。

該技術(shù)可用于敵我軍情監(jiān)控。在友軍人員、裝備及軍火上加裝傳感器節(jié)點以供識別，隨時掌控自己情況。通過在敵方陣地部署各種傳感器，做到知己知彼，先發(fā)制人。另外，該項技術(shù)可用于智慧型武器的引導器，與雷達、衛(wèi)星等相互配合，利用自身接近環(huán)境的特點，可避免盲區(qū)，使武器的使用效果大幅度提升。

3.2環(huán)境科學

隨著人們對于環(huán)境的日益關(guān)注，環(huán)境科學所涉及的范圍越來越廣泛。通過傳統(tǒng)方式采集原始數(shù)據(jù)是一件困難的工作。傳感器網(wǎng)絡(luò)為野外隨機性的研究數(shù)據(jù)獲取提供了方便,比如,跟蹤候鳥和昆蟲的遷移,研究環(huán)境變化對農(nóng)作物的影響,監(jiān)測海洋、大氣和土壤的成分等。ALERT系統(tǒng)中就有數(shù)種傳感器來監(jiān)測降雨量、河水水位和土壤水分,并依此預測爆發(fā)山洪的可能性。類似地,傳感器網(wǎng)絡(luò)對森林火災準確、及時地預報也應該是有幫助的。

3.3農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著卓越的技術(shù)優(yōu)勢。它可用于監(jiān)視農(nóng)作物灌溉情況、土壤空氣變更、牲畜和家禽的環(huán)境狀況以及大面積的地表檢測。在精細農(nóng)業(yè)中,以監(jiān)測農(nóng)作物中的害蟲、土壤的酸堿度和施肥狀況等。

WSN系統(tǒng)通常由環(huán)境監(jiān)測節(jié)點、基站、通信系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)以及監(jiān)控軟硬件系統(tǒng)構(gòu)成。如圖所示，根據(jù)需要，人們可以在待測區(qū)域安放不同功能的傳感器并組成網(wǎng)絡(luò)，長期大面積地監(jiān)測微小的氣候變化，包括溫度、濕度、風力、大氣、降雨量，收集有關(guān)土地的濕度、氮濃縮量和土壤PH值等，從而進行科學預測，幫助農(nóng)民抗災、減災，科學種植，獲得較高的農(nóng)作物產(chǎn)量。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信便利、部署方便的優(yōu)點，使其在節(jié)水灌溉的控制中得以應用。同時，節(jié)點還具有土壤參數(shù)、氣象參數(shù)的測量能力，再與互聯(lián)網(wǎng)、GPS技術(shù)結(jié)合，可以比較方便地實現(xiàn)灌區(qū)動態(tài)管理、作物需水信息采集與精量控制專家系統(tǒng)的構(gòu)建，并可進而實現(xiàn)高效、低能耗、低投入、多功能的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉平臺?？稍跍厥?、庭院花園綠地、高速路隔離帶、農(nóng)田井用灌溉區(qū)等區(qū)域，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)與生態(tài)節(jié)水技術(shù)的定量化、規(guī)范化、模式化、集成化，促進節(jié)水工業(yè)的快速和健康發(fā)展。

3.4工業(yè)領(lǐng)域及其他領(lǐng)域

工業(yè)方面，煤礦、石化、冶金行業(yè)對工作人員安全、易燃、易爆、有毒物質(zhì)的監(jiān)測的成本一直居高不下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)把部分操作人員從高危環(huán)境中解脫出來的同時，提高險情的反應精度和速度。

在建筑領(lǐng)域，采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以讓大采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以讓大樓、橋梁和其它建筑物能夠自身感覺并意識到它們的狀況，使得安裝了傳器網(wǎng)絡(luò)智能建筑動告訴管理自身感覺并意識到它們的狀況，使得安裝了傳器網(wǎng)絡(luò)智能建筑動告訴管理部門它們的狀態(tài)信息，從而可以讓管理按照優(yōu)先級進行定期維修工作。

家居方面，智能家居系統(tǒng)的設(shè)計目標是將住宅內(nèi)各種備聯(lián)起來，使他們能夠自動運行，相互協(xié)作為居住者提供盡可多的便利和舒適。

醫(yī)療方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在檢測人體生理數(shù)據(jù)、老年健康狀況醫(yī)院無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在檢測人體生理數(shù)據(jù)、老年健康狀況醫(yī)院藥品管理以及遠程醫(yī)療等方面可發(fā)揮出色的作用。在病人身上安置體溫采集、呼吸、血壓等測量傳感器，醫(yī)生可以遠程了解病人的情況。利用網(wǎng)絡(luò)長時間地收集人的生理數(shù)據(jù)，這些在研制新藥品的過程中非常有用。