浅谈无线传感器网络的研究现状与发展趋势

浅谈无线传感器网络的研究现状与发展趋势【摘要】无线传感器网络将传感器技术、通信技术、计算机技术结合在一起，具有信息采集、传输、处理的能力，目前在社会各个领域的应用越来越广泛。

本文浅显介绍无线传感器网络的发展、研究现状，分析了无线传感器网络未来研究的主要方向和未来的发展趋势。

【关键词】无线传感器网络；传感器节点；研究现状；发展趋势
现代信息技术的三大基础是传感器技术、通信技术、计算机技术，它们分别完成对信息的采集、传输和处理。

传感器网络将三种技术结合在一起，从而实现信息的采集、传输和处理的真正统一。

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。

近年来，随着无线通信、微处理器、微机电系统（mems）等技术的发展，传感器网络技术逐步走向成熟，其应用也越来越广。

目前，国内也有许多关于传感器网络方面的研究成果，但总体上来讲还只是处于起步阶段。

传感器网络技术的发展对整个国家的社会、经济具有重大的战略意义。

1 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。

2 无线传感器网络的应用
目前，传感器网络已经获得了广泛的应用，可以说已经覆盖了社会的各个领域。

本文选择其中几个重要的领域简单介绍一下。

2.1 军事防御
军事传感器网络探测和获取敌军情报。

由于战场情况复杂，如果靠人去收集敌方情报是很危险的，而通过将传感器网络放置在敌军阵地却可以安全地获得精确的信息，同时也不容易被敌军察觉。

在士兵、装备及军火上加装传感器以供识别，分清敌我，防止误打。

监控战场上的状态。

通过飞机空投等方式将大量廉价微型的传感器节点散布在预定区域，通过这些传感器节点实时监测周围环境的变化，并将监测到的数据通过卫星信道等方式发回基地，这样就可以实时地监控战场上的状态。

跟踪射击对象的位置。

通过传感器节点对射击对象的跟踪、定位，实现精确制导。

探测及判定化学、生物、放射、核子等物质和攻击。

利用传感器网络及时、准确地判断是否有生化武器及核武器的攻击，确定生化源、爆炸中心的位置，为军队提供反应时间，从而最大可能地减小伤亡。

2.2 环境监测
目前的环境状况逐渐恶化，已引起人们广泛的关注。

加强对环境的研究，防止进一步的恶化，具有重大的意义。

环境监测主要包括以
下几个方面：监测平原、森林、海洋等的环境变化；提供遭受化学污染的位置并检定出化学污染的种类，避免工作人员冒险进入受污染区域；灾害判定；监测空气污染、水污染及土壤污染；生态上的监控，例如生物栖息地与觅食习惯。

2.3 医疗卫生
佩戴在病人身上，对血压、心率等各项健康指标进行实时监测；作为隔离病房的监控设备，减少医生护士进病房的次数等。

2.4 反恐抗灾
美国911事件的发生，使反恐成为各国普遍关注的问题。

反恐问题主要是要及时的收集信息，加强对周围环境的监测，能够及时有效地应对突发事件，将传感器网络技术应用于反恐问题，可以有效地放置恐怖袭击事件的发生。

另外还有在工业制造、交通控制、空间探索、能源、食品安全等领域中的应用，在此不一一赘述。

3 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。

日本、英国、意大利、巴西等国家也对传感器网络表现出了极大的兴趣，纷纷展开了该领域的研究工作。

无线传感器网络是一个很复杂的系统，要全面地研究这个系统是很困难的，人们往往选取其中的几个特定方面进行专门的研究。

下面将从以下
几个方面简单介绍一下目前的研究进展情况。

3.1 目标跟踪
用传感器网络进行目标跟踪的研究始于20世纪80年代末，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。

根据不同时期的典型代表，跟踪网络的研究可以分为以下几个主要阶段：集中式跟踪[1]、层次式跟踪、分布式跟踪[2]、动态访问式跟踪。

3.2 扩散控制[3]
关于扩散控制的研究主要为了解决以下三个方面的应用的问题：（1）多辐射源引起的辐射区域的安全边界的界定；（2）受到有毒扩散源污染的水域的无毒区域表面边界的界定和区域控制；（3）对受到生化污染的空气的无毒区域三维边界的界定和区域控制。

传感器节点在空中、陆地或水中可以自由移动，而且装载有化学中和剂，从而使得受到污染的区域得到自主的控制。

3.3 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。

从1992年
at&tlaboratoriescambridge开发出室内定位系统activebadge至今，研究者们一直致力于这一领域的研究。

到目前为止，传感器网络自身定位系统和算法的研究大致经过了两个阶段。

第一阶段主要偏重于紧密耦合型和基于基础设施的定位系统，代表性的研究成果包括radar，activebat，activebadge，radiocamera，activeoffice，
easyliving，spoton，hiballtracke，parctab，smartfloor，smartrooms，3d-id，wherenet等。

第二阶段是对于松散耦合型和无须基础设施的定位技术的研究，目前已经成为无线传感器网络领域一个不小的热点。