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【摘要】随着网络通信技术的迅速发展，无线传感器网络应运而生，广泛应用与各个领域，因此，对无线传感器网络的研究也成为了新的研究领域，本文从目前对无线传感器网络研究取得的进展进行阐述，进一步来讨论未来的研究方向。
【关键词】无线传感器；应用；研究进展；研究方向
中图分类号： TP212 文献标识码： A 文章编号：
前言
无线传感器网络作为一种新的计算模式推动着科技发展和社会进步，引起了世界各国军事部门、工业界和学术界的广泛关注。广泛应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、反恐抗灾等领域．随着嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展，它能够协作实时监测、感知、采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，对信息进行处理，获得传送到需要这些信息的用户．
二、无线传感器网络的基本原理
无线传感器网络是由散布在工作区域中大量的体积小、成本低，具有无线通信、传感和数据处理能力的传感器节点组成的。每个节点可能具有不同的感知形态，例如声纳、震动波、红外线等，节点却可以完成对目标信息的采集、传输、决策制定与实施，实现区域监控、目标跟踪、定位和预测等任务。每一个节点都具有存储、处理、传输数据的能力通过无线网络．传感器节点之间可以相互交换信息．也可以把信息传送到远程端。
三、无线传感器网络的应用
1.环境生态监测
位于缅因州海岸大鸭岛上的洞穴中生活着白腰叉尾海燕，由于环境恶劣，加上白腰叉尾海燕十分机警，研究人员无法采用通常的跟踪观察方法。于是在2002年，Intel研究中心Berkeley实验室研究人员将设置于岛上的32个基于TinyOS的传感器接人互联网，以读出岛上的气候，评价海燕筑巢的环境条件，海燕鸟巢内外的温湿条件，并应用TinyDB对采集的数据进行实时处理，使得对敏感野生动物及其栖居地的监测成为可能。
2.民用交通监控
美国交通部提出了“国家智能交通系统项目规划”，预计到2025年全面投入使用。该这种新型系统将有效地使用无线传感器网络进行交通管理，不仅可以使汽车按照一定的速度行驶、前后车距自动地保持一定的距离，而且还可以提供有关道路堵塞的最新消息、推荐最佳行车路线以及提醒驾驶员避免交通事故等。
3.军事信息栅格
在军事领域，无线传感器网络将成为军事系统中不可或缺的部分。它利用先进的高科技技术为未来的现代化战争设计一个集命令、控制、通信、计算、智能、监视、侦察和定位于一体的战场指挥系统，且受到了军事发达国家的普遍重视。同时传感器网络非常适合应用于恶劣的战场环境中。
4.医疗应用
借助于各种医疗传感器网络，人们可以享受到更方便更舒适的医疗服务，例如：远程健康监测、病变器官观察等。
5.建筑及城市管理
各種无线传感器可以灵活方便地布置于建筑物内，获取室内环境参数，从而为居室环境控制和危险报警提供依据。
四、无线传感器网络的研究现状
由于传感器网络的巨大应用价值．它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注美国国防部和各军事部门都对传感器网络给予了高度重视，美国英特尔公司、美国微软公司等信息工业界巨头也开始了传感器网络方面的工作．纷纷设立或启动相应的行动计划。以下从几个方面简单介绍一下目前的研究进展情况：
1.目标跟踪
美国等发达国家为了提高军事情报能力．改进战斗系统的生存力．开始着手于该应用课题的研究。跟踪网络的研究可以分为以下几个主要阶段：集中式跟踪、层次式跟踪、分布式跟踪、
动态访问式跟踪。
2.目标定位
传感器网络中的一项重要应用技术即是对于目标的定位目标定位可以通过GPS系统进行全局定位．也可以自身定位。研究者们一直致力于这一领域的研究，到目前为止，对于松散耦合型和无须基础设施的定位技术的研究已经成为无线传感器网络领域一个不小的热点。
五、无线传感器网络的主要研究分支及进展
在美国自然科学基金委员会的推动下，美国的加州大学伯克利分校、MIT、康奈尔大学、加利福尼亚大学洛杉矶分校(U—CLA)等学校开始了传感器网络的基础理论和关键技术的研究。英国、日本、意大利等国家的一些大学和研究机构也纷纷开展了该领域的研究工作。
1.加州大学伯克利分校TinyOS和NesC项目进展
TinyOS是为无线嵌入式传感器网络设计的开源操作系统。它能够有效缩减代码量，满足了传感器网络有限存储资源的限制，同时使快速开发和应用成为可能。TinyOS已被移植到数十种平台上，全世界有超过5o0个研究团体在进行基于TinyOS的无线传感器网络研究。
NesC是专为描述TinyOS系统的结构概念与执行模型而设计的一种编程语言，是C语言的一个扩展集。
2.TinyDB和COUGAR
TinyDB是用于处理从无线传感器网络中获取的询问处理数据库系统。TinyDB提供了简捷的类SQL界面来选择要获取的数据和设定数据采集的刷新速率，从而使无线传感器网络数据库可以像传统的数据库那样操作。通过低能耗的在线处理算法，从网络中各节点采集数据并过滤、整合，而后通过适当的路由传至终端。实现了与传感器网络的动态交互并极大地缩减了存储和电源的开销。
3.TinySEC和TOSSIM
TinySEC是无线传感器网络的链路层加密机制，是无线传感器网络安全解决方案的第一部分。现阶段，TinySEC采用多数无线传感器网络节点通用的单对称密钥。TOSSIM是TinyOS无线传感器网络的节点模拟器。它可以在比特级模拟TinyOS各网络层次，即从低层的协议
实验到高层的应用程序。TOSSIM还提供了和真实无线传感器网络一样的接口，并可通过可视化的图形用户界面程序TinyViz，实现对网络的动态配置和实时交互显示。
4.美国国防部PinPtr定位系统项目进展
PinPtr无线传感器网络声学定位系统，通过上百个自适应组网并彼此定位的传感器节点协作定位，有效解决了复杂地理环境产生的多径效应。PinPtr系统采用了在Mica节点平台上插接声学传感器子板的方法，并在节点母板上定制了用于时间同步、数据采集和路由的中间件服务程序110．111。
5.拓扑控制的研究进展
WSN拓扑控制的问题是在满足网络覆盖度和连通度的前提下，通过功率控制或层次拓扑控制，最小化网络的能量消耗．功率控制问题定义如下：在满足给定网络覆盖度和连通度的前提下，对WSN节点发射功率进行控制，最小化网络节点的能量消耗．目前在功率控制方面，已经提出了统一功率分配算法COMPOW。然而无线传感器网络拓扑控制的研究仍需深入．我们需要研究多种机制，强调网络拓扑控制的自适应和鲁棒性，在保证网络连通性和覆盖度的前提下提高网络通信效率，最大限度地节省能量，延长网络的生存期．
6.传感器节点定位的研究进展
在无线传感器网络系统中，位置信息对于无线传感器网络应用至关重要，没有位置信息的数据几乎没有意义．因此，传感器节点定位是无线传感器网络的关键技术之一．传感器节点定位中使用的测距技术主要有如下4种：测量无线信号的到达时间(TOA)[66]、测量无线电信号强度(RSSI)6、测量普通声波与无线电到达的时间差(TDOA)[683、测量无线信号到达
角度(AOA)．目前，无线传感器节点定位问题的研究还很不完善，基于测量距离的定位方法需要附加的硬件设备，与测量距离无关的定位方法精度低．
六、结束语
无线传感器网络作为网络技术和通信领域的关键技术，它推动着传感器、微机电系统和网络的发展，然而现阶段研究成果不多，希望在未来几年能从不同角度，针对不同问题进一步加速对无线传感器网络的研究进展。
参考文献：
[1]孙利民,李建中,陈渝,等.无线传感器网络 [M]．北京:清华大学出版社,2005.
[2]任丰原,黄海宁,林闯.无线传感器网络 [J]．软件学报 ,2003,14(7)：l282—1290.
[3]李建中,李金宝,石胜飞.WSN与感知数据 管理的概念、问题与研究进展[J]．软件学报，2003.
【关键词】无线传感器；应用；研究进展；研究方向
中图分类号： TP212 文献标识码： A 文章编号：
前言
无线传感器网络作为一种新的计算模式推动着科技发展和社会进步，引起了世界各国军事部门、工业界和学术界的广泛关注。广泛应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、反恐抗灾等领域．随着嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展，它能够协作实时监测、感知、采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，对信息进行处理，获得传送到需要这些信息的用户．
二、无线传感器网络的基本原理
无线传感器网络是由散布在工作区域中大量的体积小、成本低，具有无线通信、传感和数据处理能力的传感器节点组成的。每个节点可能具有不同的感知形态，例如声纳、震动波、红外线等，节点却可以完成对目标信息的采集、传输、决策制定与实施，实现区域监控、目标跟踪、定位和预测等任务。每一个节点都具有存储、处理、传输数据的能力通过无线网络．传感器节点之间可以相互交换信息．也可以把信息传送到远程端。
三、无线传感器网络的应用
1.环境生态监测
位于缅因州海岸大鸭岛上的洞穴中生活着白腰叉尾海燕，由于环境恶劣，加上白腰叉尾海燕十分机警，研究人员无法采用通常的跟踪观察方法。于是在2002年，Intel研究中心Berkeley实验室研究人员将设置于岛上的32个基于TinyOS的传感器接人互联网，以读出岛上的气候，评价海燕筑巢的环境条件，海燕鸟巢内外的温湿条件，并应用TinyDB对采集的数据进行实时处理，使得对敏感野生动物及其栖居地的监测成为可能。
2.民用交通监控
美国交通部提出了“国家智能交通系统项目规划”，预计到2025年全面投入使用。该这种新型系统将有效地使用无线传感器网络进行交通管理，不仅可以使汽车按照一定的速度行驶、前后车距自动地保持一定的距离，而且还可以提供有关道路堵塞的最新消息、推荐最佳行车路线以及提醒驾驶员避免交通事故等。
3.军事信息栅格
在军事领域，无线传感器网络将成为军事系统中不可或缺的部分。它利用先进的高科技技术为未来的现代化战争设计一个集命令、控制、通信、计算、智能、监视、侦察和定位于一体的战场指挥系统，且受到了军事发达国家的普遍重视。同时传感器网络非常适合应用于恶劣的战场环境中。
4.医疗应用
借助于各种医疗传感器网络，人们可以享受到更方便更舒适的医疗服务，例如：远程健康监测、病变器官观察等。
5.建筑及城市管理
各種无线传感器可以灵活方便地布置于建筑物内，获取室内环境参数，从而为居室环境控制和危险报警提供依据。
四、无线传感器网络的研究现状
由于传感器网络的巨大应用价值．它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注美国国防部和各军事部门都对传感器网络给予了高度重视，美国英特尔公司、美国微软公司等信息工业界巨头也开始了传感器网络方面的工作．纷纷设立或启动相应的行动计划。以下从几个方面简单介绍一下目前的研究进展情况：
1.目标跟踪
美国等发达国家为了提高军事情报能力．改进战斗系统的生存力．开始着手于该应用课题的研究。跟踪网络的研究可以分为以下几个主要阶段：集中式跟踪、层次式跟踪、分布式跟踪、
动态访问式跟踪。
2.目标定位
传感器网络中的一项重要应用技术即是对于目标的定位目标定位可以通过GPS系统进行全局定位．也可以自身定位。研究者们一直致力于这一领域的研究，到目前为止，对于松散耦合型和无须基础设施的定位技术的研究已经成为无线传感器网络领域一个不小的热点。
五、无线传感器网络的主要研究分支及进展
在美国自然科学基金委员会的推动下，美国的加州大学伯克利分校、MIT、康奈尔大学、加利福尼亚大学洛杉矶分校(U—CLA)等学校开始了传感器网络的基础理论和关键技术的研究。英国、日本、意大利等国家的一些大学和研究机构也纷纷开展了该领域的研究工作。
1.加州大学伯克利分校TinyOS和NesC项目进展
TinyOS是为无线嵌入式传感器网络设计的开源操作系统。它能够有效缩减代码量，满足了传感器网络有限存储资源的限制，同时使快速开发和应用成为可能。TinyOS已被移植到数十种平台上，全世界有超过5o0个研究团体在进行基于TinyOS的无线传感器网络研究。
NesC是专为描述TinyOS系统的结构概念与执行模型而设计的一种编程语言，是C语言的一个扩展集。
2.TinyDB和COUGAR
TinyDB是用于处理从无线传感器网络中获取的询问处理数据库系统。TinyDB提供了简捷的类SQL界面来选择要获取的数据和设定数据采集的刷新速率，从而使无线传感器网络数据库可以像传统的数据库那样操作。通过低能耗的在线处理算法，从网络中各节点采集数据并过滤、整合，而后通过适当的路由传至终端。实现了与传感器网络的动态交互并极大地缩减了存储和电源的开销。
3.TinySEC和TOSSIM
TinySEC是无线传感器网络的链路层加密机制，是无线传感器网络安全解决方案的第一部分。现阶段，TinySEC采用多数无线传感器网络节点通用的单对称密钥。TOSSIM是TinyOS无线传感器网络的节点模拟器。它可以在比特级模拟TinyOS各网络层次，即从低层的协议
实验到高层的应用程序。TOSSIM还提供了和真实无线传感器网络一样的接口，并可通过可视化的图形用户界面程序TinyViz，实现对网络的动态配置和实时交互显示。
4.美国国防部PinPtr定位系统项目进展
PinPtr无线传感器网络声学定位系统，通过上百个自适应组网并彼此定位的传感器节点协作定位，有效解决了复杂地理环境产生的多径效应。PinPtr系统采用了在Mica节点平台上插接声学传感器子板的方法，并在节点母板上定制了用于时间同步、数据采集和路由的中间件服务程序110．111。
5.拓扑控制的研究进展
WSN拓扑控制的问题是在满足网络覆盖度和连通度的前提下，通过功率控制或层次拓扑控制，最小化网络的能量消耗．功率控制问题定义如下：在满足给定网络覆盖度和连通度的前提下，对WSN节点发射功率进行控制，最小化网络节点的能量消耗．目前在功率控制方面，已经提出了统一功率分配算法COMPOW。然而无线传感器网络拓扑控制的研究仍需深入．我们需要研究多种机制，强调网络拓扑控制的自适应和鲁棒性，在保证网络连通性和覆盖度的前提下提高网络通信效率，最大限度地节省能量，延长网络的生存期．
6.传感器节点定位的研究进展
在无线传感器网络系统中，位置信息对于无线传感器网络应用至关重要，没有位置信息的数据几乎没有意义．因此，传感器节点定位是无线传感器网络的关键技术之一．传感器节点定位中使用的测距技术主要有如下4种：测量无线信号的到达时间(TOA)[66]、测量无线电信号强度(RSSI)6、测量普通声波与无线电到达的时间差(TDOA)[683、测量无线信号到达
角度(AOA)．目前，无线传感器节点定位问题的研究还很不完善，基于测量距离的定位方法需要附加的硬件设备，与测量距离无关的定位方法精度低．
六、结束语
无线传感器网络作为网络技术和通信领域的关键技术，它推动着传感器、微机电系统和网络的发展，然而现阶段研究成果不多，希望在未来几年能从不同角度，针对不同问题进一步加速对无线传感器网络的研究进展。
参考文献：
[1]孙利民,李建中,陈渝,等.无线传感器网络 [M]．北京:清华大学出版社,2005.
[2]任丰原,黄海宁,林闯.无线传感器网络 [J]．软件学报 ,2003,14(7)：l282—1290.
[3]李建中,李金宝,石胜飞.WSN与感知数据 管理的概念、问题与研究进展[J]．软件学报，2003.