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标题	无线传感器网络的原理应用与发展前景
范文	摘要:无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术,它集成了传感器、微机电系统和网络三大技术。从无线传感器的概念出发,在简要介绍传感器网络体系结构的基础上,分析和展望了一些有价值的应用领域及今后该技术的发展前景。 关键词:传感器网络体系结构路由技术 1.引言 无线传感器网络(WSN:Wireless Sensor Network)综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术,能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,处理后的信息通过无线方式发送,并以自组多跳的网络方式传送给观察者。传感器网络被认为是21世纪最重要的技术之一,它将会对人类未来的生活方式产生深远影响。 2.传感器网络的体系结构 2.1节点组成 传感器网络节点的组成在不同的应用中各有不同,一般都由数据采集、数据处理、数据传输和电源这四部分组成,其主要组成部分是集成有传感器、数据处理单元和通信模块的节点,各节点通过协议自组成一个分布式网络,再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。 2.2节点设计 节点硬件采取模块化结构设计如图1所示,由运算及通信子板、传感器子板、充电及状态显示子板构成。运算及通信子板由微处理器、数据存储电路、无线通信模块、电源管理模块等组成,主要作用是储存、处理数据,完成节点间的无线通信并为系统提供能量。传感器子板由若干传感器组成,负责监测区域内信息的采集。充电及状态显示子板由充电模块和LCD液晶显示模块组成,用来显示节点电池充电情况节点的工作状态以及电池的电量。 本质上,无线传感器节点就是一个网络化的分布式嵌入式系统,通过无线信道实现网络间的通信。为了减少通信量,在本地完成必要计算进行数据融合,从而协作完成部署空间数据的采集。在应用上体现以网络为中心,节点的功能通过网络来体现。因而传统的嵌入式设计思想在无线传感器网络中遇到许多挑战:节点中运行程序存在大量并行和节点协同计算。 3.无线传感器网络的应用 虽然无线传感器网络的大规模商业应用,由于技术等方面的制约还有待时日,但是最近几年,随着计算成本的下降以及微处理器体积越来越小,已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。目前无线传感器网络的应用主要集中在以下领域: 3.1、环境的监测和保护 主要用于研究环境变化对农作物的影响,监测海洋、大气和土壤的成分等。比如无线传感器网络还可以跟踪候鸟和昆虫的迁移,此外,它也可以应用在精细农业中,来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。 3.2、军事领域 在军事领域中,由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点,使其非常适合应用于恶劣的战场环境中,使其非常适合应用于恶劣的战场环境中,包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资,判断生物化学攻击等多方面用途。比如在战争中,通过铺设传感器网络,以更隐蔽的方式近距离地观察敌方的布防。当然也可以直接将传感器节点撒向敌方阵地,在敌方还没来得及反应时迅速收集利于作战的信息。传感器网络也可以为火控和制导系统提供准确的目标定位信息。传感器网络也可避免核反应部队直接暴露在核辐射的环境中。 3.3 医疗健康, 无线传感器网络在医疗研究、护理领域也可以大展身手。利用传感器网络,可以及时了解被监测人的情况,并及时进行处理。还可以利用传感器网络长时间地收集人的生理数据,这些数据用于新药品的开发和研究是非常有用的。 3.4 其他用途 无线传感器网络还被应用于其他一些领域。比如空间探索,一些危险的工业环境如井矿、核电厂等,工作人员可以通过它来实施安全监测。也可以用在交通领域作为车辆监控的有力工具。此外和还可以在工业自动化生产线等诸多领域给我们提供不少的机会。比如城市的车辆监测和跟踪系统中成功地应用了传感器网络。 4.发展前景 无线传感器网络有着十分广泛的应用前景,它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值,在未来还将在许多新兴领域体现其优越性,如家用、保健、交通等领域。我们可以大胆的预见,将来无线传感器网络将无处不在,将完全融入我们的生活。比如微型传感器网最终可能将家用电器、个人电脑和其他日常用品同互联网相连,实现远距离跟踪,家庭采用无线传感器网络负责安全调控、节电等;德国某研究机构正在利用传感器网络技术为足球裁判研制一套辅助系统,以减少足球比赛中越位和进球的误判率。无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络,其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。无线通信能力则为传感器网络赋予了更新、更广阔的 前景:包括医学、军事以及环境科学、空间探索、灾难拯救、工厂自动化生产线等众多领域。在未来我们不由地相信随着相关技术的发展和推进,无限传感器网络将会随着应用需求的激增,发挥出更加重要的作用。 但是,我们还应该清楚的认识到,由于无线传感器网络是一门新兴技术,国内与国际水平的差距并不很大,及时开展这项对人类未来生活影响深远的前沿科技的研究,对整个国家的安全、经济都有重大的战略意义,伴随着能耗等关键问题的解决,无线传感器网络技术必将广泛应用于军事、工业、门用等众多领域。◆ 参考文献: [1]任丰原,黄海宁.无线传感器网络 软件学报 2003 [2]孙利民,等. 无线传感器网络. 第1版. 北京:清华大学出版社,2005. [3]王峰,陈艾. 软件设计者的契机与挑战. [4]孙亭,杨永田,李立宏. 无线传感器网络技术发展现状. [5]苗渤钰,熊庆国. 无线传感器网络新技术进展研究. [6]郎为民,杨宗凯,吴世忠,谭运猛. 无线传感器网络安全研究. 作者简介:谌裕勇(1979.8),男,湖南邵阳人,在读硕士研究生,主要研究方向为网络工程及其应用,信息安全。技术文
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