無線傳感網的應用案例

1.引言

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

WSN被認為是21世紀最重要的技術之一，它將會對人類未來生活方式產生深遠影響。在生深遠影響。在2003年2月的美國《技術評論》雜志月的美國《技術評論》雜志月的美國《技術評論》雜志(《TechnologyReviewTechnologyReview》)評出的對人類未來生活產深遠影響十大新興技術中，WSN位居第一。同年，美國《商業周刊》未來技術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成(見圖1)，它借助于節點中內置的形式多樣傳感器測量所在環境中信號，從而探測各種需要的數據，并通過網絡傳送到需要的地方。

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

傳感器網絡與統相比有一些獨的特點，主要：

　　1.節點密集，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——信宿路由傳輸數據；
　　6.網絡具有很強的魯棒性和良好伸縮。

3.WSN的應用領域及其概述

3.1軍事領域

無線傳感器網絡具有可快速部署、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。利用無線傳感器網絡能夠實現對敵軍兵力和裝備的監控、戰場的實時監視、目標的定位、戰場評估、核攻擊和生物化學攻擊的監測和搜索等功能。目前國際許多機構的課題都是以戰場需求為背景展開的。例如，美軍開展的如C4KISR計劃、SmartSensorWeb、靈巧傳感器網絡通信、無人值守地面傳感器群、傳感器組網系統、網狀傳感器系統CEC，等等。

在軍事領域應用方面，該項技術的遠景目標是：利用飛機或火炮等發射裝置，將大量廉價傳感器節點按照一定的密度布放在待測區域內，對周邊的各種參數，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建的網絡，通過網關、互聯網、衛星等信道，傳回信息中心。

該技術可用于敵我軍情監控。在友軍人員、裝備及軍火上加裝傳感器節點以供識別，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，先發制人。另外，該項技術可用于智慧型武器的引導器，與雷達、衛星等相互配合，利用自身接近環境的特點，可避免盲區，使武器的使用效果大幅度提升。

3.2環境科學

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

3.3農業領域

無線傳感器網絡有著卓越的技術優勢。它可用于監視農作物灌溉情況、土壤空氣變更、牲畜和家禽的環境狀況以及大面積的地表檢測。在精細農業中,以監測農作物中的害蟲、土壤的酸堿度和施肥狀況等。

WSN系統通常由環境監測節點、基站、通信系統、互聯網以及監控軟硬件系統構成。如圖所示，根據需要，人們可以在待測區域安放不同功能的傳感器并組成網絡，長期大面積地監測微小的氣候變化，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，幫助農民抗災、減災，科學種植，獲得較高的農作物產量。

無線傳感器網絡的通信便利、部署方便的優點，使其在節水灌溉的控制中得以應用。同時，節點還具有土壤參數、氣象參數的測量能力，再與互聯網、GPS技術結合，可以比較方便地實現灌區動態管理、作物需水信息采集與精量控制專家系統的構建，并可進而實現高效、低能耗、低投入、多功能的農業節水灌溉平臺。可在溫室、庭院花園綠地、高速路隔離帶、農田井用灌溉區等區域，實現農業與生態節水技術的定量化、規范化、模式化、集成化，促進節水工業的快速和健康發展。

3.4工業領域及其他領域

工業方面，煤礦、石化、冶金行業對工作人員安全、易燃、易爆、有毒物質的監測的成本一直居高不下，無線傳感器網絡把部分操作人員從高危環境中解脫出來的同時，提高險情的反應精度和速度。

在建筑領域，采用無線傳感器網絡，可以讓大采用無線傳感器網絡，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，使得安裝了傳器網絡智能建筑動告訴管理自身感覺并意識到它們的狀況，使得安裝了傳器網絡智能建筑動告訴管理部門它們的狀態信息，從而可以讓管理按照優先級進行定期維修工作。

家居方面，智能家居系統的設計目標是將住宅內各種備聯起來，使他們能夠自動運行，相互協作為居住者提供盡可多的便利和舒適。

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