论文部分内容阅读
摘 要：无线传感器网络对人们的生产及生活的许多领域有着重要的影响。文章主要介绍了有关无线传感器网络的一些概念，分析了传感器网络的热点内容，并对无线传感器网络技术的应用进行了探讨。
关键词：无线；传感器网络；应用
中图分类号：TP212.9；TN929.5
随着传感器技术、微机电系统、通信技术及嵌入式计算技术的不断发展和完善，具备通信能力、计算能力、感知能力的微型传感器开始广泛应用于各个领域。因此，应对无线传感器网络进行详细的研究，对其进行不断完善。
1 相关概念
无线传感器网络集成了微机系统、网络和传感器三大技术，是以数据处理为中心的系统，其通过对网络覆盖范围内的感知对象信息进行感知、采集、处理，并将其转发给观察者。其是由传感器节点通过应用无线通信技术自组织构成的网络。无线传感器网络是新兴的信息技术的领域，其在民用、军事等领域的应用前景都非常的广泛。无线传感器节点的组成有计算机子系统、通信子系统、传感子系统和能量供应子系统。计算机子系统是通过微控制器和微处理器构成的，其主要负责对传感器进行控制、对传感数据的算法与执行通信协议进行相关的处理。而短距离的无线通信的无线收发电路主要由通信子系统来实现。而激励装置及传感器共同构成传感子系统。能量供应子系统主要由交直流转换器及电池组成。
一个传感器网络一般由很多个传感器节点组成，且节点的应用不同，其组成部分也各有很多差别。传感单元包括很多传感功能的D/A、A/D转换模块，并根据所需监测的对象的具体情况来判断使用单一或多功能的传感器。处理单元主要是通过存储器、嵌入式CPU、嵌入式操作系统等共同将嵌入式系统构成成立起来。传感器网络的组成结构是互联网、sink节点、分布式传感器节点、用户界面等。为获取第一手信息，会密集的投放传感器节点在待监测区域内。Sink节点其本身可进行充电，储备了很多能量，相当于网关节点。能够让信息平台和位于较远处节点所收集到的信息之间进行信息的传输或交换，如互联网或卫星。而用户界面是处理监测信息的平台，通过用户界面能够更加便捷的掌握及处理从监测区域获得的信息。传感器网络的生成及其工作方式是先将通过使用机械方法、飞行器空投方法等随机散播传感器节点并将其布置到待监测的区域。之后传感器节点将会保持在自检启动的唤醒状态。所有的传感器通过发出信号，监控并记录周围传感器节点相应对外的工作的情况。节点通过对所监测到的别的传感器节点的状况的分析，并通过组网算法形成网络。构成网络的节点要进行数据通信，则要通过路由算法对合适路径进行选择来实现。
2 无线传感器网络的热点内容
2.1 安全性。无线传感器网络的安全方面主要包括安全路由及安全协议。通常，很多节点都会密集分布在相同的区域内，而最终要到达目的地则需要通过很多的节点消息的传导。传感器具有动态性，且是多跳结构，需要每个节点都具备路由功能。且传感器节点都是一个潜在的路由，极易遭受入侵，进而造成整个无线传感器网络的安全受到威胁。网络层路由协议将关键的路由服务提供给了整个无线传感器网络，无线传感器网络的可用性与安全性也受到安全的路由算法很大的影响。安全路由协议通过使用身份认证、认证广播以及双向连接认证等机制，能够增强路由的安全性，使网络对外部攻击的抵御能力得到有效地提高。在安全保障方面有安全组播和密钥管理两种方式。安全组播是指可能在敌对环境中设置无线传感器网络，需在其里形成基于源端认证的安全组播以避免供给者将伪造的信息注入网络中。
2.2 无线传感器网络的能量问题。传感器的节点需要对待监测区域获得的消息进行分析及数据处理等，且其分布的数量多范围大，而其一般通过电池进行供电，可用电量有限。且为数量庞大的节点更换电池很困难。因此，在不影响节点功能的基础上，节约其电池能量也成为其软硬件设计的核心问题。因此，在很多网络应用中，因传感器节点监测的事件具有偶发性，不需要所有的单元都工作，可通过使用休眠模式，使节点能够自适应进行唤醒与休眠，进而达到节省能量的目的。还可将所有的功耗单元进行相应的有机组合，使众多的传感器节点形成多种不同的状态，让其根据具体情况在不同状态之间进行切换，节省其需耗损的能源。
2.3 网络结构。无线传感器网络中使用的网络拓扑结构主要有网状拓扑结构、星形拓扑结构以及网状与星形相互混合的方式。而关于网络结构种类的使用决定也需要进行多方面的考虑。如需要考虑数据传输的距离，传输的频率，节点的变化水平等多重因素。在很多节点间能够发生网状结构的业务流能，且各节点之间的通信链路能够被直接的建立起来。网络结构的健壮性很强，因节点与节点之间都连接有多条链路，当某个节点失败时，网络会重新配置此节点周围的所有节点，重新保持各节点之间的连接。但因所有节点都长期处于正常工作的状态，能量的消耗也就更为严重，处理的负担也较大。节点与基站间发生星形结构的业务流。星形结构所需要的能量少，但受到直传距离的限制。网状与星形的混合方式具备网状结构的自修复和扩展功能，还具有星形结构简单低耗的优点。在中继器或路由器的周围进行一些星形方式设置节点，并通过网络结构进行组网，这样就能在一定程度上扩大网络的覆盖范围。
3 无线传感器网络技术的应用
3.1 在军事领域的应用。无线传感器网络最早应用于军事领域，其低成本、自组织性、密集性、随机分布、强大的容错能力及抗毁性等特性都是军方所需要的。一般将大量传感器节点通过特种炮弹发射或飞机撒播等方法集中撒播到人员很难到达的观察区域。分析监测区域的目标的距离、目标的目的地及速度等，可通过被动传感器如声学、磁学、化学、光学、热学以及电气等类型的传感器及主动传感器来完成。一般情况下，传感器只需稳定工作数周，不用严格要求其功耗。但若在未知环境如需要克服气候、压力、温度等方面的恶劣环境。以及为防止其被发现及摧毁，传感器本身也应尽量小型化。应优先考虑传感器适应恶劣环境的能力及小型化的要求。
3.2 在环境领域的应用。无线传感器网络在环境方面的应用也很广泛。其可以对环境参数进行检测，也可用于野外火灾的检测。无线传感器网络在农业方面应用广泛。国外发达地区应用无线传感器网络对部分农田的土壤湿度、光照强度等进行适时的检测，来确定如何耕作土壤。环境方面的无线传感器网络部署所需要的成本低、操作也相对简单、不需要进行农田的现场维护、长期不需要进行电池的更换。而节点的密集布置，能够将微观的环境因素检测出来，这为环境的监测研究提供了新的路径
3.3 在医疗领域的应用。在医疗领域无线传感器网络的应用也十分广泛。通过将一些体温、血压等微型无线传感器安装在病人的身上，并通过其住宅内的传感器网关，医生能够远程了解病人的身体健康状况。将血压及脉搏监测设备等具有特殊功能的传感器节点安装在住院病人的身上，通过传感器网络，病人的病情可以及时反馈到医生的手中，并作出及时有效的处理。还可利用传感器网络收集从病人身上累积到的长期的生理数据来进行相关的新药品的研制。除此之外，无线传感器网络在药物管理等方面也能发挥其特殊优势，将节点与药品的类别相互对应放置，通过连接计算机系统后将所开药品辨认出来，防止拿错药或开错药的情况发生。
综上所述，传感器网络是一个新兴的包含着多学科的技术。随着无线传感器网络应用前景的不断扩大，其将受到越来越的研究和关注。无线传感器网络应用的领域也将更加广泛，必将对人们的生产及生活产生重大的影响。
参考文献：
[1]何永健.无线传感器网络技术在军事中的应用[J].物联网技术，2011（01）：56-57.
[2]王新智.无线传感器网络应用技术研究[J].科技资讯，2013（32）：90-91.
[3]林喜辉.无线传感器网络应用技术研究[J].计算机与网络，2013（17）：28-29.
作者简介：郝煊光（1978.06-），男，吉林辽源人，毕业于中央广播电视大学辽源分校计算机专业，本科，助理通信工程师，研究方向：数据通信。
作者单位：中国联合网络通信有限公司辽源市分公司，吉林辽源 136200
关键词：无线；传感器网络；应用
中图分类号：TP212.9；TN929.5
随着传感器技术、微机电系统、通信技术及嵌入式计算技术的不断发展和完善，具备通信能力、计算能力、感知能力的微型传感器开始广泛应用于各个领域。因此，应对无线传感器网络进行详细的研究，对其进行不断完善。
1 相关概念
无线传感器网络集成了微机系统、网络和传感器三大技术，是以数据处理为中心的系统，其通过对网络覆盖范围内的感知对象信息进行感知、采集、处理，并将其转发给观察者。其是由传感器节点通过应用无线通信技术自组织构成的网络。无线传感器网络是新兴的信息技术的领域，其在民用、军事等领域的应用前景都非常的广泛。无线传感器节点的组成有计算机子系统、通信子系统、传感子系统和能量供应子系统。计算机子系统是通过微控制器和微处理器构成的，其主要负责对传感器进行控制、对传感数据的算法与执行通信协议进行相关的处理。而短距离的无线通信的无线收发电路主要由通信子系统来实现。而激励装置及传感器共同构成传感子系统。能量供应子系统主要由交直流转换器及电池组成。
一个传感器网络一般由很多个传感器节点组成，且节点的应用不同，其组成部分也各有很多差别。传感单元包括很多传感功能的D/A、A/D转换模块，并根据所需监测的对象的具体情况来判断使用单一或多功能的传感器。处理单元主要是通过存储器、嵌入式CPU、嵌入式操作系统等共同将嵌入式系统构成成立起来。传感器网络的组成结构是互联网、sink节点、分布式传感器节点、用户界面等。为获取第一手信息，会密集的投放传感器节点在待监测区域内。Sink节点其本身可进行充电，储备了很多能量，相当于网关节点。能够让信息平台和位于较远处节点所收集到的信息之间进行信息的传输或交换，如互联网或卫星。而用户界面是处理监测信息的平台，通过用户界面能够更加便捷的掌握及处理从监测区域获得的信息。传感器网络的生成及其工作方式是先将通过使用机械方法、飞行器空投方法等随机散播传感器节点并将其布置到待监测的区域。之后传感器节点将会保持在自检启动的唤醒状态。所有的传感器通过发出信号，监控并记录周围传感器节点相应对外的工作的情况。节点通过对所监测到的别的传感器节点的状况的分析，并通过组网算法形成网络。构成网络的节点要进行数据通信，则要通过路由算法对合适路径进行选择来实现。
2 无线传感器网络的热点内容
2.1 安全性。无线传感器网络的安全方面主要包括安全路由及安全协议。通常，很多节点都会密集分布在相同的区域内，而最终要到达目的地则需要通过很多的节点消息的传导。传感器具有动态性，且是多跳结构，需要每个节点都具备路由功能。且传感器节点都是一个潜在的路由，极易遭受入侵，进而造成整个无线传感器网络的安全受到威胁。网络层路由协议将关键的路由服务提供给了整个无线传感器网络，无线传感器网络的可用性与安全性也受到安全的路由算法很大的影响。安全路由协议通过使用身份认证、认证广播以及双向连接认证等机制，能够增强路由的安全性，使网络对外部攻击的抵御能力得到有效地提高。在安全保障方面有安全组播和密钥管理两种方式。安全组播是指可能在敌对环境中设置无线传感器网络，需在其里形成基于源端认证的安全组播以避免供给者将伪造的信息注入网络中。
2.2 无线传感器网络的能量问题。传感器的节点需要对待监测区域获得的消息进行分析及数据处理等，且其分布的数量多范围大，而其一般通过电池进行供电，可用电量有限。且为数量庞大的节点更换电池很困难。因此，在不影响节点功能的基础上，节约其电池能量也成为其软硬件设计的核心问题。因此，在很多网络应用中，因传感器节点监测的事件具有偶发性，不需要所有的单元都工作，可通过使用休眠模式，使节点能够自适应进行唤醒与休眠，进而达到节省能量的目的。还可将所有的功耗单元进行相应的有机组合，使众多的传感器节点形成多种不同的状态，让其根据具体情况在不同状态之间进行切换，节省其需耗损的能源。
2.3 网络结构。无线传感器网络中使用的网络拓扑结构主要有网状拓扑结构、星形拓扑结构以及网状与星形相互混合的方式。而关于网络结构种类的使用决定也需要进行多方面的考虑。如需要考虑数据传输的距离，传输的频率，节点的变化水平等多重因素。在很多节点间能够发生网状结构的业务流能，且各节点之间的通信链路能够被直接的建立起来。网络结构的健壮性很强，因节点与节点之间都连接有多条链路，当某个节点失败时，网络会重新配置此节点周围的所有节点，重新保持各节点之间的连接。但因所有节点都长期处于正常工作的状态，能量的消耗也就更为严重，处理的负担也较大。节点与基站间发生星形结构的业务流。星形结构所需要的能量少，但受到直传距离的限制。网状与星形的混合方式具备网状结构的自修复和扩展功能，还具有星形结构简单低耗的优点。在中继器或路由器的周围进行一些星形方式设置节点，并通过网络结构进行组网，这样就能在一定程度上扩大网络的覆盖范围。
3 无线传感器网络技术的应用
3.1 在军事领域的应用。无线传感器网络最早应用于军事领域，其低成本、自组织性、密集性、随机分布、强大的容错能力及抗毁性等特性都是军方所需要的。一般将大量传感器节点通过特种炮弹发射或飞机撒播等方法集中撒播到人员很难到达的观察区域。分析监测区域的目标的距离、目标的目的地及速度等，可通过被动传感器如声学、磁学、化学、光学、热学以及电气等类型的传感器及主动传感器来完成。一般情况下，传感器只需稳定工作数周，不用严格要求其功耗。但若在未知环境如需要克服气候、压力、温度等方面的恶劣环境。以及为防止其被发现及摧毁，传感器本身也应尽量小型化。应优先考虑传感器适应恶劣环境的能力及小型化的要求。
3.2 在环境领域的应用。无线传感器网络在环境方面的应用也很广泛。其可以对环境参数进行检测，也可用于野外火灾的检测。无线传感器网络在农业方面应用广泛。国外发达地区应用无线传感器网络对部分农田的土壤湿度、光照强度等进行适时的检测，来确定如何耕作土壤。环境方面的无线传感器网络部署所需要的成本低、操作也相对简单、不需要进行农田的现场维护、长期不需要进行电池的更换。而节点的密集布置，能够将微观的环境因素检测出来，这为环境的监测研究提供了新的路径
3.3 在医疗领域的应用。在医疗领域无线传感器网络的应用也十分广泛。通过将一些体温、血压等微型无线传感器安装在病人的身上，并通过其住宅内的传感器网关，医生能够远程了解病人的身体健康状况。将血压及脉搏监测设备等具有特殊功能的传感器节点安装在住院病人的身上，通过传感器网络，病人的病情可以及时反馈到医生的手中，并作出及时有效的处理。还可利用传感器网络收集从病人身上累积到的长期的生理数据来进行相关的新药品的研制。除此之外，无线传感器网络在药物管理等方面也能发挥其特殊优势，将节点与药品的类别相互对应放置，通过连接计算机系统后将所开药品辨认出来，防止拿错药或开错药的情况发生。
综上所述，传感器网络是一个新兴的包含着多学科的技术。随着无线传感器网络应用前景的不断扩大，其将受到越来越的研究和关注。无线传感器网络应用的领域也将更加广泛，必将对人们的生产及生活产生重大的影响。
参考文献：
[1]何永健.无线传感器网络技术在军事中的应用[J].物联网技术，2011（01）：56-57.
[2]王新智.无线传感器网络应用技术研究[J].科技资讯，2013（32）：90-91.
[3]林喜辉.无线传感器网络应用技术研究[J].计算机与网络，2013（17）：28-29.
作者简介：郝煊光（1978.06-），男，吉林辽源人，毕业于中央广播电视大学辽源分校计算机专业，本科，助理通信工程师，研究方向：数据通信。
作者单位：中国联合网络通信有限公司辽源市分公司，吉林辽源 136200