无线传感器网络的研究现状及发展趋势

近年 来 ， 线 通信 、 电子技 术 、 感 器技 术 以 无 微 传
及嵌入式计算等技 术的不断进步 ， 推动 了低成本 、 低
功 耗 无 线 传 感 器 网 络 （ ｒｌｓ ｅｓｒＮ ｔｏｋ Ｗｉ ｅｓＳ ｎｏ ｅ ｒ， ｅ ｗ ｗ Ｓ 的发展 ， Ｎ） 促使 无线传感 器 网络 成 为 当今 活跃 的
Ｉｔ ｔ ｎ ｍｅ发送到远端， ｅ 在一些有发病 隐患的病人 身上
●
安装 特殊 用途的传 感 器节 点， 心率、 压等监 测 设 如 血
带 来 巨大的 变 一 。 １无 线传 感器 网络 的原 理 １１ ． 无线传 感器 网络 的概念
时也是一个多学科交叉的领域 ，与 当 今主流无线网
络技 术一 样 ， 均使 用 ８２１． ０．５ ４的标 准 。 线传 感器 网 无
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，强大的数据获取和处理能力使
图二 传 感 器 网络 体 系结构 ２ 无 线传感器 网络 的特 点
Fra Baidu bibliotek
分布式无线传感器节点群 、 ｎ ｓ ｋ节点、传输介质（ － ｉ Ｉ ｎ
ｔｍｅ 网或 卫星 通信） 网络 用户 端 。节 点通过 飞行 ｅ ｔ 和
Ｚ ８
目前常见 的无线网络 包括移动通信 网、 无线局
由于传感器网络的 巨大应用价值， 它已经引起
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 式送 回基 站 ， 然后 通 过基 站 以卫 星信
（ 电池 、 能量 转换 器） 四部分 组 成 。数据 采集模 块 负 这 责监 测 区域 内信 息 的采 集和 数 据 转换 ， 传感 器用 于
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。传感器 网络最初是由于军事 的需要而发展起来 的， 随着传感器 网络技术 的逐步发展， 它的应用也越来
越广泛， 现在 已从军事防御普及到社会 的各个领域 。本 文以综述的方式介绍了无线传感器网络的发展历 史、
ｏ ｎｏ ｅ ｒ ｃ ｏｏｙ Ｉ ｉ ｐｐ ｒｗｅｆｓ ｄ ｓｒ ｅｔｅｈｓ ｒ ｆ ｒｌｓ ｓｎｏ ｅ ｒ， ｄｔｅ ｖ ｆ ｅ ｓｒ ｔ ｋｔ ｈ ｌｇ ．ｎｔ ｓ ａ ｅ， ｒｔ ｅｃ ｂ ｉ ｏｙｏ ｅｅｓ ｅ ｓｒ ｔ ｋ ａ ｎｇ ｅ ｓ ｎ ｗｏ ｅｎ ｈ ｉ ｉ ｈ ｔ ｗｉ ｎ ｗｏ ｎ ｈ ｉ
ａｄ ｓ ｒｐ ｉ ｎ ｆｔ ｅ ｓｔ ａｉ ｎ ｏ ｅ ｅ ｏ ｍ ｅ ． ｅ ｅ ， ｉ ｏ ｅ ａ ｔｏ ｅ ｆ ｕ ｒ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ Ｗ ｅ ａ ｓ ｎ— ｅ ｃ ｔｏ ｏ ｉｕ ｔｏ ｆｄ ｖ ｌ ｐ ｎｔ Ｉ ｔ ｎｄ ｗｅ ｇｖｅａ ｆ ｒ ｃ ｓ ｆｔ ｕｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ． ｉ ｈ ｎ ｈ ｈ ｌｏ ｉ ｔｏ ｕｃ ｈ ｒｎｃｐ ｕ ｏ ｒ ｄ ｅ ｔ ｅｐ ｉ ｉ ｉ ｍ ｆｗｉｅ ｅ ｓｓ ｎｓ ｅ ｏ ｋ ｒ ｌ ｓ ｅ ｏｒｎ ｔ ｒ ． ｗ
研 究领域 。 无线 传 感 器网络是新 型 的 传感 器 网络 ， 同
无 线 传 感 器 ｌ 绪 硼 究 顼 状 及 发 展 趋 贽 基＝
此外《商业周刊 预测的未来四大新技术 中， 》 无线传
感 器 网络 也列入 其 中。 由此 可见 ， 传感 器 网络 是信 息
感知和采集的一场革命 ，它的出现将会给人类社会
选 用嵌入 式 Ｃ Ｕ； Ｐ 数据 传输 模 块 负责 与其他 传 感 器 节点进 行 无 线通信 ， 交换控 制 消 息和 收发采 集数 据 ； 供 电模 块 为传 感 器节点提供 正 常 工作 所必 需的能 量
『】 １
。
ｌ － ３无线 传感 器 网络体 系结构 无 线传 感 器 网络 的 系统 构 架如 图二 所 示 ， 包括
ｎｏ ｏ ｓｆｒｔｕｓ ｄ ｉ ｌ ａ ｙ ｙｓｅ ｓ Ｂｕｔ Ｗ，ｉ ｈ ｅ ｓ ｄ ｉ ｌ ｌ ｇ ｗａ ｓ ｅ ｎ ｍｉｉ ｒ ｓ ｔ ｍ ． ｙ ｉ ｔ ｎＯ ｔ ａｓｂｅ ｎ ｕ ｅ ｎ ａｍｏｓ ｌ ｏ ｅ ｆｅｄ ｔ ｈ ｅ ｅ ｏ ｉ ｇ ｔａ ｌ ｆｔ ｌ ｓｗｉ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｈ ｉ ｈ ｎ
ｔｃ ｏｏ ｙｔｇ ｔｅ．ｔ ａ ｅ ｂｌ ｆ ｏｌｃ ｎ ， ａ ｓ ｒｉｇａ ｄｐｏ ｅｓ ｇｉｆｒ ｔ ｎ Ｓ ｎｏ ｅｗ ｒ ｃ — ｅｈ ｌｇ ｅｈ ｒＩｈ ｓ ｉｔ ｏ ｌ ｔ ｇ ￣ ｎｆ ｒ ｎ ｒｃ ｓ ｎ ｏｍａｉ ． ｅｓｒ ｔ ｏｋｔ ｈ ｎ ｏ ｔ ａ ｉ ｈ ｙ ｃ ｅｉ ｅ ｎ ｉ ｎ ｏ ｎ ｅ
送 ， 助 于 Ｓｎ 借 ｉｋ链 路 将 整个 区域 内的数据 传送 到 网 络 用 户端进 行处理 。
典 型的无 线传 感 器 网络结 构如 图一，传 感 器节 点经 多跳 转发， 传 感信 息送给 用 户使 用。节点 间 再把 以无 线 自组 网（ｄｈ ｃ ｅ ｒ） 式 进 行 通 信 ， 个 ａ －ｏ ｔ ｋ 方 ｎ ｗｏ 每
一
对 象 的信 息， 并将其提供 给 用户 。
传感器、 感知对象和观察者 构成 了传感器网络 的三个要素。 传感器网络的用户， 是感知信息的观察 者和应用者 ， 它可以是人， 以是计算机或其 它设 也可
备 。观 察者 可 以主动查询 或收 集 传 感 器网络 的感 知
信 息， 可 以被 动地接 收传 感 器 网络 发布 的信 息。 也 观
无线传感器网络是由一组稠密布置、随机散布
的传 感 器节点构成 的无 线 自组 织 网络，其 目的是 协 作 地 感知 、采 集和 处理 网络覆 盖 的地 理 区域 内感 知
得其应用范围十分广泛， 可以被应用于国防军事、 环
境监 测 、 交通 管 理 、 医疗卫生 、 目标跟踪 等领 域 。 过 在
３ 环境、 ． ２ 生态观测和智能农业中的应用
白 ｛
如果希望与其射频覆盖范围之 外的节点进行通信，
则需要 通过 中间节点进行路 由。 （ 动 态拓扑。 ４ ） 无线传感器网络是一个动态的网
络 节 点 可 以随处移动 。
无线传感器网络在 生态环境监测 中具有非常明
羞
定
能量供应模块
图一 无 线传 感 器网络 节点结 构
察者将 对感知信息进行观察 、 分析 、 挖掘， 而制定 从 决策， 或对感知对象采取相应的行动 。 感知对象一般 通过表 示物理现 象、 学现象或其 它现 象的数字量 化 来表征， 温度、 如 湿度等。一个传感器网络可以感知 网络 分布 区域 内的多个对 象， 一个对象也可以被 多
显的优势， 可用于气象研 究、 洪水检测、 森林火灾、 设 恩 施农业、 土壤空气变更 、 地表检 测物种跟踪等。我 国
幅 员辽 阔， 种众 多， 境和 生 态问题 严 峻 。同 时， 物 环 我
（） 中心。 ５无 无线传感器网络 中没有严格的控制
中心， 所有节点地位平等。
（） 点稠 密布置， 感知 。 ６节 协作
研究现状 以及未来的发展趋势 ， 同时介绍 了无线传感器 网络的原理。 关键词 ： 无线传感器网络； 传感器节点； 自组网
中 图分类 号 ：Ｐ ９ Ｔ ３３ 文 献标 识 码 ： Ａ ．文 章 编号 ：６ １ ７ ２（０ １９０７—４ １７— ９一 １）—０７０ ４ ２
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ：Ｗ ｉ ｌｓ ｅ ｓ ｒｎ ｔ ｒ ｏ ｉｅ ｅ ｓ ｒｔｃ ｎ ｌｇ ，ｃ ｍｍｕ ｉａｉｎ ｔｃ ｎ ｌｇ ｎ ｏ ｐ ｔｒ ｒ ｅ ｓｓｎ ｏ ｅｗｏ ｋ ｃ ｍｂ ｎ ｓｓｎ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｅ ｎｃ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ａ ｄ ｃ ｍ ｕｅ ｏ ｙ
Ｐ ｅ ｒｃ Ｓ ａ Ｕ ａ ｄ ｌ ｅｓ ａ ｈ ｔ ｔ Ｓ ｎ ￣ｖｅ ｐ ｇ ｒ ｎ ｓ ｆ ｌｏ ｉ Ｔ ｅ ｄ ｏ Ｗ ｒ ｌ ｓ Ｓ ｎ ｏ ｎ ｅ ｅ ｓ ｒ ｅ ｓ
ｔ ￣ｒ ｓ ｖ ｋ
赵宏程 王旭 阳 王 野 朱春水
Ｚ ａ ｎ ｃ ｅ ｇ Ｗ ａ ｇＸｕ ａ ｇ ｈ ｏ Ｈｏ ｇ ｈ ｎ ｎ ｙ ｎ Ｗ ａ ｇ Ｙｅ Ｚ ｕ Ｃ ｕ ｓ ｕ ｎ ｈ ｈ ｎｈ ｉ
的节 点 结构如 图一所 示 ， 主要 包括 数据 采 集模 块（ 传
感 器 、 Ｄ 转换 器） Ａ／ 、数 据 处理 和 控 制模 块 （ ｔ 理 ｇ处 器、 存储 器）无 线通信模 块（ 线收 发 器） 、 无 和供 电模 块
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 。 感 器 节点将 所 传
国是农业大国， 借助传感器网络 实现农作物 的优质
高产， 对国家的经济发展 意义重大。
３３医疗护理 中 的应 用 －
（ 节点具有数据融合能力。 ７ ）
由于无线传感器网络可以将采集到的信息通过
３ 无线传感器网络的应用
传 感 器 网络 作 为一 种 新 型 的信 息获 取 系统， 具
域 网、 蓝牙网络等， 与这些网络相 比， 无线传感器网络
即 以下特点嘲 有 。 （ 计算能力、 １ ） 存储空间、 能耗 、 能量供应有限。
（ 自组织。网络的布设和展 开无需依赖于任何 ２ ）
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， Ｃ ＩＲ的基础上提 出 Ｃ Ｋ Ｓ 在 ４Ｓ ４ ＩＲ
感知 、 取 外界 的信 息 ， 获 被检 测 的 物理信 号 决定 了传 感 器 的类 型 ， Ｄ 转换 器将 物 理 信 号 转换 为数 字信 Ａ／
道或者有线网络连接 的方式传送给最终用户Ｉ 卅 。
号 ； 据 处理 和控 制模 块 负责控 制 整 个 传 感 器节 点 数
的操作 ， 微处理器负责协调节点各部分的工作 ， 通常
计划， 强调战场情报 的感知能力、 息的综合 能力和 信
预设 的网络设施 。 （ 多跳路 由。网络 中节点通信距 离有限， ３ ） 一般
在 米范围内， 节点只能与它相邻 的节点直接通信。
信息的利用能力， 设立 了一 系列的军事传感器网络 研究项 目 如 Ｎ Ｏ ， Ｓ Ｆ系统。
（ 华北 电力大学能源动力与机械 工程 学院， 北京 １２０ ） ０２６
（ｃｏ ｌ ｆ ｎｒｙ ｏ ｒｎ ｃａ ｉ ｌ ｎｉｅｒ ｇＮｏｔ ｈ ａＥｅｔｃ ｏ ｅ ｉｅｓｙ Ｂｅｉｇ １２０ ） Ｓｈ ｏ ｅｇ ｗｅ ｄＭｅｈｎｃ ｇｎｅｉ ， ｒ Ｃ ｉ ｌ ｒ ｗ ｒ ｖｒｔ， ｉｎ ２ ６ ｏＥ Ｐ ａ ａＥ ｎ ｈ ｎ ｃ ｉＰ Ｕｎ ｉ ｊ ０
个传 感 器 网络 所 感知。
１ ． 线传 感 器网络 节点 的 结构 ２无 节 点是 无 线 传感 器 网络 的基 本 功 能单元 ， 型 典
器撒播 、人工埋置和 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 自组成 网络 ， 测 、 监 感知 信 息 向 Ｓｎ ｉｋ节 点 发
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｉ ｌｓ ｅ ｓ ｒ ｔ ｒ ； ｅ ｓ ｒ ｏ ｅ Ａｄｈ ｃ ｔ ｏ ｋ ｙ ｒ ｓ Ｗ ｒ ｅｓＳ ｎ ｏ ｗｏ ｋ Ｓ ｎ ｏ ｄ ； — ｏ ｗ ｒ ｅ Ｎｅ ｎ Ｎｅ
０ 引言
去的几年 中，无线传感器网络 已获得越来越多的关 注。美国 技术评论》 杂志在论述未来新兴十大技 术时， 将无线传感器网络列为第一项未来新兴技 术。