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摘要：微电子技术、计算机技术、无线通信和传感器技术的飞速发展和日益成熟，推动了低成本、低功耗无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Network）的发展。无线传感器网络研究具有很广泛的应用前景：军事侦察、环境科学、医疗卫生、工业自动化、商业应用等。传感器网络的研究是很有必要的。这里主要介绍无线传感器网络的概念、结构、特点，及在一些领域的应用情况，并对无线传感器网络未来的发展情况进行了展望。
关键词：无线传感器 网络应用 结构 特点
一、无线传感器网络概念
随着微机电系统的迅速发展，片上系统SoC（System on Chip）得以实现，一块小小的芯片可以传递逻辑指令，感知现实世界，乃至做出反应。无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Network），这一由大量具有片上微处理能力的微型传感器节点组成的网络，引起了工业界和学术界众多研究者的关注。
传统的传感器网络通常由两种节点：传感器节点（sensor）和接收器节点（sink）组成。传感器节点负责对事件的感知和数据包的传输；接收器节点则是数据传输的目标节点，一般具有人机交互界面，并可以接入其它类型的网络体系。
二、无线传感器网络的结构
无线传感器网络与无线自组网络（ Ad Hoc）有相似之处，但存在很大的区别。无线传感器网络的节点数比Ad Hoc 网络大，因此分布更为稠密，节点更容易出现故障，环境干扰和节点故障造成网络的拓扑结构经常改变。在通常情况下， 大多数的传感器的节点是固定不动的，同时还具有节点资源受限、网络动态性强、以数据为中心等特点。
1. 无线传感器网络的体系结构
无线传感器网络由传感器节点、汇聚节点（ sink） 、任务管理节点组成。传感器节点散布在感知区域内，每个节点都可以采集数据，并用平面自组多跳路由（ Mult i- hop） 无线方式把数据传送到汇聚点，同时汇聚点也可以将信息发送给各节点，汇聚节点直接与互联网相连，通过互联网或无线方式实现任务管理节点（用户）与传感器之间的相互通信。
2. 传感器节点的组成结构
传感器节点一般由传感、数据处理、无线通信和供电等4个模块组成，传感模块包括传感器和模数转换模块，负责检测区域内信息的采集和数据转换；数据处理模块由嵌入式系统构成，包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等，负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据。无线通信模块由网络、MAC、收发器等组成，负责与其他传感器节点进行无线通信、交换控制信息和收发采集数据。供电模块为传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池。
三、无线传感器网络特点
1. 硬件资源有限。节点由于受价格、体积和功耗的限制，其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。这一点决定了在节点操作系统设计中，协议层次不能太复杂。
2. 电源容量有限。网络节点由电池供电，电池的容量一般不是很大。其特殊的应用领域决定了在使用过程中，不能经常给电池充电或更换电池，一旦电池能量用完，这个节点也就失去了作用。因此在传感器网络设计过程中，任何技术和协议的使用都要以节能为前提。
3. 无中心。无线传感器网络中没有严格的控制中心，所有节点地位平等，是一个对等式网络。节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。
4. 网络自动配置，自动识别节点包括自动组网、对入网的终端进行身份验证阻止非法用户入侵。相对于那些布置在预先指定地点的传感器网络而言，无线传感器网络可以借鉴Ad hoc方式来配置，当然前提是要有一套合适的通信协议保证网络在无人干预的情况下自动运行。
5. 动态拓扑。无线传感器网络是一个动态的网络，节点可以随处移动；一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络运行；一个节点也可能由于工作的需要而被添加到网络中。这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化，因此网络应该具有动态拓扑组织功能。
6. 节点数量众多，分布密集。为了对一个区域执行监测任务，往往有成千上万传感器节点投放到该区域。传感器节点分布非常密集，利用节点之间高度连接性来保证系统的容错性抗毁性。
四、無线传感器网络应用
尽管无线传感器网络技术尚未成熟，但是微小传感器技术与网络的结合已体现出巨大的应用前景，它们可以代替人类执行人类无法执行的任务，可以分布在任何角落，甚至可以悬浮于空中。无线传感器网络在军事领域，环境检测，医学领域，智能社会等领域有着广阔的应用前景。
1. 军事应用。从某种意义而言，无线传感器网络的产生正是源于网络在军事应用上的需求，因此在军事上的应用非常贴近无线传感器网络本身的概念。纵观无线传感器网络在战场上的应用主要是信息收集、跟踪敌人、战场监视、目标分类。无线传感器网络由低成本、低功耗的密集型节点构成，拥有自组织性和相当的容错能力，即使部分节点遭到恶意破坏，也不会导致整个系统的崩溃，正是这两点保证了无线传感器网络能够在恶劣的战场环境下工作，从而最大程度地减少伤亡，同时提供准确可靠的信息传输。除了在战争时期，和平年代也能应用无线传感器网络进行国土安全保护、边境监视等应用。例如，用埋设地雷来保卫国土、防止入侵，反而对本国带来了巨大的安全威胁。取而代之的可能是成千上万的传感器节点，通过对声音和震动信号的分类分析，探测敌方的入侵。美国弗吉尼亚大学已经着手研究和开发这一系统。
2. 环境科学。随着人们对于环境的日益关注，环境科学所涉及的范围越来越广泛。通过传统方式采集原始数据是一件困难的工作，传感器网络正适合解决环境科学研究中遇到的普遍问题。通过布置传感器节点，可以跟踪候鸟昆虫的迁移研究它们的生活习性。另外可以通过撒播微型传感器于海洋，监测海洋状况。传感器网络还可以监测土壤状态，利用多种传感器来监测降雨量、河水水位和土壤水分，并依此预测爆发山洪的可能性。类似地，传感器网络在森林火灾准确预报、及时地预报，天气预报，精细农业，农作物中的害虫监测，土壤的酸碱度和施肥状况，农田管理等都有很大的应用前景。
3. 医疗护理。随着室内网络普遍化，无线传感器网络在医疗研究、护理领域也大展身手。主要的应用包括远程健康管理、重症病人或老龄人看护、生活支持设备、病理数据实时采集与管理、紧急救护等。
4. 社会商业化应用。自组织、微型化和对外部世界的感知能力是传感器网络的三大特点，这些特点决定了传感器网络在社会商业领域占有一席之地。智能化是社会的发展趋势，如智能家电，智能小区。很多智能家电带有嵌入式处理器，与执行机构组成的无线网络与Internet 连接在一起将会为我们提供更加舒适、方便和具有人性化的智能家居环境。可以通过传感器网络来监测和跟踪车辆。甚至在体育方面，有研究机构正在利用传感器网络技术来判定足球比赛中的越位和进球，帮助裁判减少误判率。另外，无线传感器网络在灾难拯救、仓库管理、交互式博物馆、交互式玩具、工厂自动化生产线等众多领域都有全新的设计和应用模式。
五、结束语
无线传感器网络发展非常迅速，在世界许多国家的军事、工业和学术领域引起广泛关注，已成为国际上无线网络研究的热点之一。从国外的研究现状来看，大部分无线传感器网络的研究仍处于理论研究和小规模试验阶段，距离实际应用尚存在一定距离。我国的无线传感器网络的研究仍处于起步阶段。不论在理论研究还是商用领域，无线传感器网络的研究、开发均存在巨大的空间，具有巨大的研究和应用前景。
参考文献
[1] 崔莉，鞠海玲，苗勇，李天璞，刘巍，赵泽.无线传感器网络研究进展[期刊论文].计
算机研究与发展 .2005（1）.
[2] 马祖长，孙怡宁，梅涛. 无线传感器网络综述[期刊论文].通信学报 .2004（4）.
[3] 崔莉， 鞠海玲， 苗勇等. 无线传感器网络研究进展[ J] . 计算机研究与发展， 2005， 42（ 1） ：163174.
关键词：无线传感器 网络应用 结构 特点
一、无线传感器网络概念
随着微机电系统的迅速发展，片上系统SoC（System on Chip）得以实现，一块小小的芯片可以传递逻辑指令，感知现实世界，乃至做出反应。无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Network），这一由大量具有片上微处理能力的微型传感器节点组成的网络，引起了工业界和学术界众多研究者的关注。
传统的传感器网络通常由两种节点：传感器节点（sensor）和接收器节点（sink）组成。传感器节点负责对事件的感知和数据包的传输；接收器节点则是数据传输的目标节点，一般具有人机交互界面，并可以接入其它类型的网络体系。
二、无线传感器网络的结构
无线传感器网络与无线自组网络（ Ad Hoc）有相似之处，但存在很大的区别。无线传感器网络的节点数比Ad Hoc 网络大，因此分布更为稠密，节点更容易出现故障，环境干扰和节点故障造成网络的拓扑结构经常改变。在通常情况下， 大多数的传感器的节点是固定不动的，同时还具有节点资源受限、网络动态性强、以数据为中心等特点。
1. 无线传感器网络的体系结构
无线传感器网络由传感器节点、汇聚节点（ sink） 、任务管理节点组成。传感器节点散布在感知区域内，每个节点都可以采集数据，并用平面自组多跳路由（ Mult i- hop） 无线方式把数据传送到汇聚点，同时汇聚点也可以将信息发送给各节点，汇聚节点直接与互联网相连，通过互联网或无线方式实现任务管理节点（用户）与传感器之间的相互通信。
2. 传感器节点的组成结构
传感器节点一般由传感、数据处理、无线通信和供电等4个模块组成，传感模块包括传感器和模数转换模块，负责检测区域内信息的采集和数据转换；数据处理模块由嵌入式系统构成，包括CPU、存储器、嵌入式操作系统等，负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据。无线通信模块由网络、MAC、收发器等组成，负责与其他传感器节点进行无线通信、交换控制信息和收发采集数据。供电模块为传感器节点提供运行所需的能量，通常采用微型电池。
三、无线传感器网络特点
1. 硬件资源有限。节点由于受价格、体积和功耗的限制，其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。这一点决定了在节点操作系统设计中，协议层次不能太复杂。
2. 电源容量有限。网络节点由电池供电，电池的容量一般不是很大。其特殊的应用领域决定了在使用过程中，不能经常给电池充电或更换电池，一旦电池能量用完，这个节点也就失去了作用。因此在传感器网络设计过程中，任何技术和协议的使用都要以节能为前提。
3. 无中心。无线传感器网络中没有严格的控制中心，所有节点地位平等，是一个对等式网络。节点可以随时加入或离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。
4. 网络自动配置，自动识别节点包括自动组网、对入网的终端进行身份验证阻止非法用户入侵。相对于那些布置在预先指定地点的传感器网络而言，无线传感器网络可以借鉴Ad hoc方式来配置，当然前提是要有一套合适的通信协议保证网络在无人干预的情况下自动运行。
5. 动态拓扑。无线传感器网络是一个动态的网络，节点可以随处移动；一个节点可能会因为电池能量耗尽或其他故障，退出网络运行；一个节点也可能由于工作的需要而被添加到网络中。这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化，因此网络应该具有动态拓扑组织功能。
6. 节点数量众多，分布密集。为了对一个区域执行监测任务，往往有成千上万传感器节点投放到该区域。传感器节点分布非常密集，利用节点之间高度连接性来保证系统的容错性抗毁性。
四、無线传感器网络应用
尽管无线传感器网络技术尚未成熟，但是微小传感器技术与网络的结合已体现出巨大的应用前景，它们可以代替人类执行人类无法执行的任务，可以分布在任何角落，甚至可以悬浮于空中。无线传感器网络在军事领域，环境检测，医学领域，智能社会等领域有着广阔的应用前景。
1. 军事应用。从某种意义而言，无线传感器网络的产生正是源于网络在军事应用上的需求，因此在军事上的应用非常贴近无线传感器网络本身的概念。纵观无线传感器网络在战场上的应用主要是信息收集、跟踪敌人、战场监视、目标分类。无线传感器网络由低成本、低功耗的密集型节点构成，拥有自组织性和相当的容错能力，即使部分节点遭到恶意破坏，也不会导致整个系统的崩溃，正是这两点保证了无线传感器网络能够在恶劣的战场环境下工作，从而最大程度地减少伤亡，同时提供准确可靠的信息传输。除了在战争时期，和平年代也能应用无线传感器网络进行国土安全保护、边境监视等应用。例如，用埋设地雷来保卫国土、防止入侵，反而对本国带来了巨大的安全威胁。取而代之的可能是成千上万的传感器节点，通过对声音和震动信号的分类分析，探测敌方的入侵。美国弗吉尼亚大学已经着手研究和开发这一系统。
2. 环境科学。随着人们对于环境的日益关注，环境科学所涉及的范围越来越广泛。通过传统方式采集原始数据是一件困难的工作，传感器网络正适合解决环境科学研究中遇到的普遍问题。通过布置传感器节点，可以跟踪候鸟昆虫的迁移研究它们的生活习性。另外可以通过撒播微型传感器于海洋，监测海洋状况。传感器网络还可以监测土壤状态，利用多种传感器来监测降雨量、河水水位和土壤水分，并依此预测爆发山洪的可能性。类似地，传感器网络在森林火灾准确预报、及时地预报，天气预报，精细农业，农作物中的害虫监测，土壤的酸碱度和施肥状况，农田管理等都有很大的应用前景。
3. 医疗护理。随着室内网络普遍化，无线传感器网络在医疗研究、护理领域也大展身手。主要的应用包括远程健康管理、重症病人或老龄人看护、生活支持设备、病理数据实时采集与管理、紧急救护等。
4. 社会商业化应用。自组织、微型化和对外部世界的感知能力是传感器网络的三大特点，这些特点决定了传感器网络在社会商业领域占有一席之地。智能化是社会的发展趋势，如智能家电，智能小区。很多智能家电带有嵌入式处理器，与执行机构组成的无线网络与Internet 连接在一起将会为我们提供更加舒适、方便和具有人性化的智能家居环境。可以通过传感器网络来监测和跟踪车辆。甚至在体育方面，有研究机构正在利用传感器网络技术来判定足球比赛中的越位和进球，帮助裁判减少误判率。另外，无线传感器网络在灾难拯救、仓库管理、交互式博物馆、交互式玩具、工厂自动化生产线等众多领域都有全新的设计和应用模式。
五、结束语
无线传感器网络发展非常迅速，在世界许多国家的军事、工业和学术领域引起广泛关注，已成为国际上无线网络研究的热点之一。从国外的研究现状来看，大部分无线传感器网络的研究仍处于理论研究和小规模试验阶段，距离实际应用尚存在一定距离。我国的无线传感器网络的研究仍处于起步阶段。不论在理论研究还是商用领域，无线传感器网络的研究、开发均存在巨大的空间，具有巨大的研究和应用前景。
参考文献
[1] 崔莉，鞠海玲，苗勇，李天璞，刘巍，赵泽.无线传感器网络研究进展[期刊论文].计
算机研究与发展 .2005（1）.
[2] 马祖长，孙怡宁，梅涛. 无线传感器网络综述[期刊论文].通信学报 .2004（4）.
[3] 崔莉， 鞠海玲， 苗勇等. 无线传感器网络研究进展[ J] . 计算机研究与发展， 2005， 42（ 1） ：163174.