無線傳感器網(wǎng)絡技術要點分析

黃耀華

（江蘇省淮安技師學院，江蘇 淮安 223001）

無線傳感器網(wǎng)絡主要由傳感器單元、 數(shù)據(jù)處理單元、無線接收單元、電池單元等共同構成，具有多功能、低耗能、使用率較高、成本較低的優(yōu)勢。 在實際使用的過程中，無線傳感器能夠借助節(jié)點中的傳感器單元收取周邊的環(huán)境數(shù)據(jù)，比如空氣濕度、溫度、光照、空氣壓力等，形成物理參數(shù)，通過傳感器網(wǎng)絡傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元中，通過數(shù)據(jù)分析與加工，形成有價值的數(shù)據(jù)信息。 無線傳感器網(wǎng)絡還具備大規(guī)模、自組織、動態(tài)性、數(shù)據(jù)性、可靠性的基本特點，能夠充分適應不同的作業(yè)環(huán)境，滿足不同的需求，因此能夠被運用于各個領域中，凸顯傳感器技術優(yōu)勢[1]。

1 無線傳感器網(wǎng)絡及其結構分析

1.1 無線傳感器網(wǎng)絡定義

無線傳感器網(wǎng)絡又稱為“WSN”，是一種分布式傳感網(wǎng)絡，其末梢是能夠檢測與感知到外界變化的傳感器，其中的傳感器單元通過無線通信單元進行數(shù)據(jù)傳輸， 這一網(wǎng)絡結構具有設置靈活、設備可變更的特點，還能夠與互聯(lián)網(wǎng)進行連接，形成一個具有多條自組織的網(wǎng)絡結構。 無線傳感器網(wǎng)絡逐漸運用于軍事、環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生、智能交通等各個領域中。 無線傳感器網(wǎng)絡具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、傳輸網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內的對象信息等功能； 無線傳感器單元類型較多， 包括地震探測傳感器單元、光強度探測傳感器單元、土壤成分傳感器單元、壓力傳感器單元、移動物體探測傳感器單元等，能夠充分滿足不同的應用要求。

1.2 無線傳感器網(wǎng)絡結構分析

結合上述傳感器網(wǎng)絡定義內容， 根據(jù)目前現(xiàn)有傳感器網(wǎng)絡體系進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，其結構主要由傳感器節(jié)點EndDevice、管理節(jié)點與匯聚節(jié)點Router 共同構成。

在實際使用的過程中，大量的傳感器節(jié)點被分布部署在監(jiān)測區(qū)域內部， 通過自組織的方式構建形成網(wǎng)絡體系，此時傳感器節(jié)點獲取到的監(jiān)測數(shù)據(jù)會通過附近的傳感器節(jié)點進行傳輸， 這些數(shù)據(jù)可能被多個傳感器節(jié)點進行處理，經(jīng)過多次傳輸之后匯聚到節(jié)點中，最后通過衛(wèi)星或者互聯(lián)網(wǎng)渠道達到管理節(jié)點中，由技術人員對管理節(jié)點中的數(shù)據(jù)進行配置與管理，獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析監(jiān)測結果[2]。

關于“傳感器節(jié)點”，其具有一定的信息獲取能力、傳輸能力、儲存能力與通信能力，多個傳感器節(jié)點主要負責搜集被區(qū)域內的數(shù)據(jù)信息，同時對其他節(jié)點傳輸過來的數(shù)據(jù)信息進行儲存、整理與融合，實現(xiàn)多個節(jié)點協(xié)同合作完成任務的模式。

關于“匯聚節(jié)點”，具有數(shù)據(jù)處理能力、數(shù)據(jù)儲存能力、通信能力， 這一節(jié)點是連接傳感器與外部網(wǎng)絡的重要關卡，能夠實現(xiàn)協(xié)議之間的轉換，能向傳感器節(jié)點發(fā)布任務，將節(jié)點搜集到的數(shù)據(jù)發(fā)布到外部網(wǎng)絡中。 在實際運行的過程中，能夠利用匯聚節(jié)點，將獲取的信息數(shù)據(jù)編成資料文件，分析傳感器節(jié)點儲存的代碼與協(xié)議，修改程序代碼，將其加載到傳感器中。

關于“管理節(jié)點”，具有動態(tài)管理功能，負責整個無線傳感器網(wǎng)絡的運行管理，能夠為技術人員獲取與操作無線傳感器網(wǎng)絡提供平臺。

2 無線傳感器網(wǎng)絡技術基本特點及常見應用

2.1 無線傳感器網(wǎng)絡技術基本特點

結合無線傳感器網(wǎng)絡實際情況，可以發(fā)現(xiàn)，其具備以下基本特點：

1）大規(guī)模。 在實際應用的過程中，技術人員為了在最大范圍內獲取最精準的信息，往往會在監(jiān)控區(qū)域內布置大量的傳感器節(jié)點，設置成千上萬的節(jié)點，形成較大的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點規(guī)模，分布于較大的地理區(qū)域內，比如對大興安嶺森林內進行傳感器監(jiān)控，設置大量的防火探測傳感器節(jié)點。 此外，技術人員還可以通過增加較小空間內的傳感器節(jié)點密度提升信息獲取精準度。 通過布置大規(guī)模的傳感器節(jié)點，能夠以不同的空間視角獲取信息，提高細膩的精確度與覆蓋性， 從而降低對單個傳感器精度的要求，避免出現(xiàn)由于個別傳感器運行狀態(tài)不佳引發(fā)的信息數(shù)據(jù)不準確問題，避免出現(xiàn)傳感盲區(qū)[3]。

2）自組織。 在傳感器網(wǎng)絡的構建過程中，技術人員通常需要將傳感器節(jié)點放置于沒有基礎結構的區(qū)域， 但是傳感器的節(jié)點放置位置是不能夠提前設定與精確設計的，各節(jié)點之間的關系也是無法預測的，而是通過無人飛機播撒的方式設置傳感器節(jié)點，促使森林中覆蓋傳感器，保證傳感器能夠深入深林區(qū)域。 這就要求傳感器網(wǎng)絡具備自組織的能力， 能夠通過聯(lián)系周邊傳感器節(jié)點自行匹配，聯(lián)系成為節(jié)點網(wǎng)絡，構建拓撲控制機制，自動形成傳感器監(jiān)控數(shù)據(jù)網(wǎng)絡系統(tǒng)，發(fā)揮自組織優(yōu)勢。

3）動態(tài)性。 在實際運用的過程中，傳感器網(wǎng)絡的運行狀態(tài)并不是一成不變的，而是會隨著周邊環(huán)境的變化、時間的推移而逐漸發(fā)生變化的，是具備動態(tài)性的。 若電能耗盡，則會出現(xiàn)傳感器節(jié)點失效、故障的問題；周邊環(huán)境的條件變化可能會引起無線通信線路的中斷， 出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸鏈斷開的情況。 此外，以森林監(jiān)測為例，傳感器感知對象與觀察人員皆具備移動性與變化性， 這就要求傳感器需要具備較強的動態(tài)適應能力。

4）可靠性。 傳感器網(wǎng)絡技術的應用領域主要是人類無法適應的工作環(huán)境，或者是人類無法深入的區(qū)域，這就表示傳感器節(jié)點及網(wǎng)絡技術需要面對惡劣的工作環(huán)境，比如：露天、風雪、暴曬、雨淋、動物破壞等；且在傳感器節(jié)點部署時是通過飛機播撒的方式， 這就要求傳感器節(jié)點本身具備較強的可靠性，自身堅固不易損壞[4]。

5）數(shù)據(jù)性。 數(shù)據(jù)是傳感器網(wǎng)絡運行過程中的重要元素之一，傳感器網(wǎng)絡是一種任務型的網(wǎng)絡結構，主要就是利用傳感器節(jié)點獲取的數(shù)據(jù)信息完成運行任務。 在技術人員使用傳感器網(wǎng)絡時， 可以將自己的目標關鍵詞輸入網(wǎng)絡結構中，同網(wǎng)絡結構中獲取特定事件的相關信息，因此，可以說，傳感器網(wǎng)絡是以數(shù)據(jù)為中心的[5]。

2.2 無線傳感器網(wǎng)絡技術的常見應用

結合上述內容，可以發(fā)現(xiàn)，無線傳感器網(wǎng)絡技術具有較強的應用價值與應用優(yōu)勢， 且其在大規(guī)模應用方面具有良好的發(fā)展空間。 根據(jù)目前無線傳感器網(wǎng)絡的應用情況，可以發(fā)現(xiàn)，其主要運用于以下領域：

1）環(huán)境監(jiān)測領域應用。 在現(xiàn)代社會中，人們對自然環(huán)境的關注程度逐漸提升，對環(huán)境監(jiān)測的要求逐漸提高，這就需要采集更多的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)， 而無線傳感器網(wǎng)絡技術的出現(xiàn)則為人們提供便利。 技術人員將無線傳感器節(jié)點通過無人機播撒到森林深處，更加深入、全面的獲取森林環(huán)境信息， 及時發(fā)現(xiàn)森林火災、 蟲害及自然災害的苗頭，及時提出解決措施，將危害扼殺在搖籃中，以此體現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡技術的應用優(yōu)勢。 此外， 還可以檢測洞穴、海洋、土壤等不同區(qū)域，還可以應用于農業(yè)領域，實施監(jiān)測土壤、空氣數(shù)值，為我國農業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展提供助力。

2）醫(yī)療護理領域應用。 在現(xiàn)代醫(yī)療衛(wèi)生水平不斷提升的過程中，“智能醫(yī)療”“智慧醫(yī)療”成為熱門詞匯，技術人員將無線傳感器網(wǎng)絡構建于智能病房中， 全面監(jiān)測病房中的微塵指數(shù)、 把控居住者的基本身體特征， 比如血壓、呼吸與脈搏，監(jiān)測居住者的24 小時活動情況。 這一技術還可以融入智能家居與智慧養(yǎng)老中，促使其家人、兒女可以遠程觀察老人的身體健康狀態(tài)，利用無線網(wǎng)絡通信技術傳遞數(shù)據(jù)信息，從而方便護理，減緩護理人的負擔[6]。

3） 工業(yè)環(huán)境領域。 技術人員可以將無線傳感器網(wǎng)絡技術應用于工業(yè)環(huán)境中，比如礦井、核電廠等，也可以將其運用于工業(yè)自動化生產中。 舉例分析，可以在工業(yè)生產空間中布置傳感器節(jié)點，全面監(jiān)測、管理各機械設備的運行狀態(tài)，有效改善工廠的作業(yè)環(huán)境，提高工廠作業(yè)效率。

2.3 無線傳感器網(wǎng)絡關鍵技術研究——以節(jié)點定位技術為例

節(jié)點是無線傳感器網(wǎng)絡中的重要構成，節(jié)點定位技術是其中的關鍵技術，也是重要技術基礎之一，能夠結合網(wǎng)絡中的已知節(jié)點位置分析出其他節(jié)點的位置信息。在無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位技術的應用過程中，需要分別通過信標節(jié)點、未知節(jié)點進行數(shù)據(jù)分析，其中信標節(jié)點也是“參考點”，而未知節(jié)點則為“普通節(jié)點”；還存在鄰居節(jié)點，系統(tǒng)能夠利用鄰居節(jié)點的信息對其通信半徑內的其他節(jié)點進行數(shù)據(jù)獲取。 在這一技術應用的過程中，技術人員可以操作系統(tǒng)，利用已經(jīng)節(jié)點位置信息為(x1，y1)，設位置節(jié)點位置信息為M，假設B 位置為(x，y)，則A 到B 的距離為d1，得到：d12=(x-x1)2+(y-y1)2；之后，技術人員引進AHLos 算法，對x、y、x1、y1 等不同位置信息數(shù)值進行操作，通過數(shù)據(jù)傳輸達到時間估算節(jié)點之間的距離，從而得到相鄰節(jié)點的坐標位置，為技術人員獲取的各個節(jié)點的信息提供精確位置， 促使技術人員能夠清晰知道監(jiān)測數(shù)據(jù)的具體位置來源，把握監(jiān)測環(huán)境中的細微變化，凸顯技術應用價值[7]。

3 結語

綜上所述，無線傳感器網(wǎng)絡技術是目前較為新穎、科學的技術，能夠影響人們生活的方方面面，融入各個領域中，為我國社會的進步與發(fā)展提供重要驅動力。 結合對無線傳感器網(wǎng)絡的分析，可以發(fā)現(xiàn)，關鍵技術是無線傳感器網(wǎng)絡發(fā)揮作用的重要元素，不同的關鍵技術具有不同的效果，人們可以結合實際需求，引入大數(shù)據(jù)傳輸與處理技術、節(jié)點定位技術等不同的技術，促使無線傳感器網(wǎng)絡具有不同的功能，能夠滿足教育、交通、治安等不同領域的應用需求。