論析無線感測器網路應用

　　【論文關鍵詞】無線感測器；網路應用；未來展望
　　【論文摘要】本文從無線感測器網路的定義出發，簡單闡述無線感測器網路的組成和介紹無線網路的發展歷史，用幾個例項展示無線感測器網路的具體應用，最後展望了無線感測器網路的發展前景。

　　1無線感測器網路
　　1 .1定義
　　就是由部署在監測區域內大量的廉價微型感測器節點組成，通過無線通訊方式形成的一個多跳自組織網路。
    1.2發展歷史
      早在上世紀70年代，就出現了將傳統感測器採用點對點傳輸、連線感測控制器而構成感測器網路雛形，我們把它歸之為第一代感測器網路。隨著相關學科的的不斷髮展和進步，感測器網路同時還具有了獲取多種資訊訊號的綜合處理能力，並通過與感測控制器的相聯，組成了有資訊綜合和處理能力的感測器網路，這是第二代感測器網路。而從上世紀末開始，現場匯流排技術開始應用於感測器網路，人們用其組建智慧化感測器網路，大量多功能感測器被運用，並使用無線技術連線，無線感測器網路逐漸形成。
　　1.3組成
　　一個無線感測器網路通常包括三要素，即感測器、感知物件和觀察者。感測器由電源、感知部件、嵌人式處理器、儲存器、通訊部件和軟體等幾個部分組成，這些部分相互協調，共同完成對外界資訊的感知功能;感知物件是無線感測器網路的監測目標;觀察者是無線感測器網路的使用者，是感測資訊的接收者和應用者。
　　1.4特點
    1自組織。感測器網路系統的節點具有自動組網的功能，節點間能夠相互通訊協調工作。2多跳路由。節點受通訊距離、功率控制或節能的限制，當節點無法與閘道器直接通訊時，需要由其他節點轉發完成資料的傳輸，因此網路資料傳輸路由是多跳的。3動態網路拓撲。在某些特殊的應用中，無線感測器網路是移動的，感測器節點可能會因能量消耗完或其他故障而終止工作，這些因素都會使網路拓撲發生變化。4節點資源有限。節點微型化要求和有限的能量導致了節點硬體資源的有限性。
    2無線感測器網路的應用
    無線感測器網路雖未形成大規模的市場應用，但擁有十分廣闊的前景，在軍事、國防、環境監測、醫療衛生、建築物監測等等許多領域都有重要的研究價值和巨大的實用價值，被譽為對十一世紀產生巨大影響力的技術之一。
    2.1軍事應用
    同很多高科技技術一樣，，無線感測器網路的產生也是源於網路在軍事應上的需求，無線感測器網路本身的概念更貼近其在軍事上的應用。無線感測器網路在戰場上的應用主要是資訊蒐集、跟蹤敵人、戰場監測、目標分類。
    無線感測器網路由低成本、低功耗的密集型節點構成，擁有自組織性和相當的容錯能力，即使部分節點遭到惡意破壞，也不會導致枯個系統的崩潰，正是這一點保證了無線感測器網路能夠在惡劣的戰場環境下工作，從而最大程度地減少傷亡，同時提供準確可靠的資訊傳輸。
    在和平年代，主要用於國士安全保護、邊境監視等應用。例如，在保護國土、防止人侵的時候，用成千上萬的感測器節點代替原來的地雷埋設，用地雷埋設的方法會對自身構成巨大威脅，用感測器通過對聲音和震動訊號的分類分析的方法，探測敵方的人侵。

    2.2環境農業應用
    無線感測器網路在環境方面也有相當廣泛的應用。例如:對鳥類、小型動物生活規律的觀測和種群複雜度的研究，天氣預報和天象現象的觀側，農作物灌溉情況，土壤溫度情況，肥料含量、光照強度等的監視，森林火情監控等等。
   這類無線感測器網路一般需要具備部署簡單，便宜，長期不需要更換電池，無需派人現場維護等特點。一般是一次性產品，感測器也需要具備適應野外環境的能力，由於長時間不更換電池，系統必須要低功耗工作，或者從環境中尋求一定能力補給手段，譬如使用太陽能電池。
    2.3醫療應用
    無線感測器網路在醫療方面也日漸發揮作用。通過在病人或易發病人身上佩戴一些血壓、脈搏、體溫等微型無線感測器，通過住宅內的感測器閘道器，醫生可以從醫院裡遠端監視這些測試人群的健康狀況，通過這種方法，還可以對一些高危病人進行24小時病情檢測，而不妨礙病人的日常起居和生活質量。
      還有一種方式，通過在人體器官中植人一些微型感測器或吞服的方式讓感測器進入人體，隨時觀測器官的生理狀態，可以發現器官的功能惡化，及時採取治療措施從而挽救病人生命。
    2:4城市及城市管理
    結構安全檢測在國外稱之為SHM。目前一般通過在結構體上安置感測器進行結構檢測，廣泛應用在結構安全監測上的感測器是MEMS加速感測器。同樣，可以在建築物內不知影象、聲音、氣體檢測、溫度、壓力、輻射等感測器，發現異常事件及時報警，自動啟動應急措施。
    2.5無線感測器網路技術實際應用的制約因素
    1成本。感測器網路節點的成本是制約其大規模廣泛應用的重要因素，需要根據具體應用的要求均衡成本、資料精度及能量供應時間。2能耗:大部分的應用領域需要網路採用一次性獨立供電系統，因此要求網路工作能耗低，延長網路的生命週期，這是擴大應用的重要因素,3微型化。在某些領域中，要求節點的體積微型化，對目標本身不產生任何影響，或者不被發現完成特殊的任務。4移動性。在某些特定應用中，節點或閘道器需要移動，導致在網路中快速自組織上存在困難，該因素也是影響其應用的主要問題之一。5硬體安全。在一些環境中，例如海洋、化學汙染區、水流中、動物身上等，對節點的硬體要求很高，需防止受外界的破壞、腐蝕等。
    3無線感測器網路未來展望
    無線感測器網路有著十分廣泛的應用前景，它不僅在工業、農業、軍事、環境、醫療等傳統領域有具有巨大的運用價值，在未來還將在許多新興領域體現其優越性，如家用、保健、交通等領域。我們可以大膽的預見，將來無線感測器網路將無處不在，將完全融入我們的生活。比如微型感測器網最終可能將家用電器、個人電腦和其他日常用品同網際網路相連，實現遠距離跟蹤，家庭採用無線感測器網路負責安全調控、節電等。無線感測器網路將是未來的一個無孔不人的十分龐大的網路，其應用可以涉及到人類日常生活和社會生產活動的所有領域。
    4結語
    本篇文章從無線感測器網路的定義出發，敘述了無線網路感測器的發展歷史及組成特點，文章大部分的篇幅用在感測器的幾個應用上面。無線感測器在應用上還存在一些制約，相信在未來發展的道路上能夠有好的解決方案，這些難點也為科研人員指明瞭研究方向。