无线传感器网络研究现状与应用

无线传感器网络研究现状与应用

姓名：刘*

学号：G*********

单位：二旅一营

无线传感器网络研究现状与应用

摘要：针对传感器、微处理器和无线通信技术的最新发展，为了深入研究无线传感器网络的关键技术，在介绍无线传感器网络发展历程、体系结构的基础上，分析了国内外无线传感器网络的研究现状，从军事、医疗卫生、环境监测和智能家居等领域论述了无线传感器网络的应用，并结合已有研究，总结阐述了无线传感器网络研的热点问题。研究结果表明，无线传感器网络朝着低成本、低能耗、安全、智能化等方向发展，对开展相关研究具有一定的参考价值。

关键词：无线传感器网络；传感器节点；体系结构；物联网

1、引言

无线传感器网络是新型的传感器网络，由具有感知能力、计算能力和通信能力的大量微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自配置的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发给观察者。强大的数据获取和处理能力使得其应用范围十分广泛，可以被应用于军事、防爆、救灾、环境、医疗、家居、工业等领域，无线传感网络已得到越来越多的关注。无线传感器网络的出现将会给人类社会带来巨大的变革。本文主要论述了无线传感器网络研究现状与应用。

2、无线传感器网络的体系结构

传感器节点经多跳转发，再把传感信息送给用户使用，系统构架包括分布式无线传感器节点群、汇集节点、传输介质( Internet 或卫星通信)和网络用户端。节点通过飞行器撒播、人工埋置或火箭弹射等方式任意散落在被监测区域内。传感网络是核心，在感知区域中，大量的节点以无线自组网( ad-hoc network) 方式进行通信，每个节点都可充当路由器的角色，并且每个节点都具备动态搜索、定位和恢复连接的能力，传感器节点将所探测到的有用信息通过初步的数据处理和信息融合之后传送给用户，数据传送的过程是通过相邻节点接力传送的方式传送回基站，然后通过基站以卫星信道或者有线网络连接的方式传送给最终用户。

3、国内外无线传感器网络研究现状

（1）国外无线传感器网络的研究现状

1998年，美国国防部提出了“智能尘埃”的概念，最先开始无线传感器网

络技术的研究，目的是为监控敌方的活动情况而不被察觉。2001年，美国陆军提出“灵巧传感器网络通信”计划，将无人值守式弹药、传感器和未来战斗系统所用的机器人系统连成网络，以便成倍提高单一传感器的能力，从而提高未来战斗系统的生存能力。2002年，英特尔公司发布了“基于微型传感器网络的新型计算发展规划”。

美国科学基金委员会2003年制定了无线传感器网络研究计划，研究领域涉及能感知有毒化学物、生物攻击等的传感器节点、分布环境下传感器网络的特性等问题。2005年，对网络技术和系统的研究计划中，主要研究下一代可靠性高、安全的可扩展的网络、可编程的无线网络及传感器系统的网络特性，资助金额达4000万美元。此外，美国交通部、能源部、美国国家航空航天局也相继启动了相关的研究项目。美国著名院校几乎都有研究小组在从事无线传感器网络相关技术的研究。

（2）国内无线传感器网络的研究现状

我国无线传感器网络及其应用研究几乎与发达国家同步启动，首次正式出现于1999年中国科学院《知识创新工程试点领域方向研究》的“信息与自动化领域研究报告”中。国内的一些科研单位和大学，如中国科学院自动化所、软件及清华大学、哈尔滨工业大学从2002年开始在时间同步与定位、传感器数据管理系统方面开展了研究工作。重庆大学也在同一时间开始研究嵌入式无线传感器网络节点、可重构技术、无线传感器中的定位等技术。2004年，中国国家自然科学基金委员会将一项无线传感器网络项目（面上传感器网络的分布自治系统关键技术及协调控制理论）列为重点研究项目；2005年，将无线传感器网络基础理论和关键技术列入计划；2006年初发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》为信息技术定义了3个前沿方向，其中2个与无线传感器网络的研究直接相关，即智能感知技术和自组织网络技术。

4、无线传感器网络的主要应用

（1）火山监测

传统的火山监测系统通过部署带有GPS的数据采集器来记录地震和声音信息，这种方式虽然能够提供高精度的数据，但由于花费较高而且设备不能获取长期的电源供给，因此很难部署应用。随着传感器网络技术的发展，利用无线传感

器网络对火山进行监测的方案已被提上日程。哈佛大学于2005年在厄瓜多尔雷文塔活火山附近部署了一个无线传感器网络监测系统。该监测系统由Ｍica2传感器节点和次声麦克风节点组成，次声麦克风节点的作用是将传感器节点采集的数据发送给基站，基站可以在9km的范围内将数据转发给火山观测中心。传感器以100Hz的频率持续地采集地震和声音数据。该无线传感器网络监测系统以低耗费和部署相对简单的方式实现了对真实火山的监测，并获取了大量的火山监测数据，其意义是不言而喻的。

（2）泥石流监测

台湾逢甲大学和国立清华大学的（debris flow observation,DFO)项目利用无线传感器网络对泥石流进行监测并能做出相应的预警。目前，逢甲大学的GIS 中心通过在全台湾部署的将近20个基站建立了先进的观测系统．这些基站由雨量计、超音波水位计、张力电缆、超声波传感器、微震测量仪和CCD照相机组成，这些设备的基本采样频率为1Hz，并使用多跳路由的方式将数据传送至基站，最后基站利用低轨道卫星将实时数据传送回GIS中心。系统也可以使用ADSL，GSM，GPRS或PSTN网络等方式传送数据。

5、结束语

无线传感器网络作为一种无基础架构的分布式多跳无线通信系统，它无需铺设定的基础网络设施，利用具有路由功能的节点，可以动态、灵活地组成网络，将被广泛应用于军事和民用领域，随着相应基础性问题和关键技术的解决，无线传感器网络市场潜力非常巨大。

参考文献：

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