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論析無線傳感器網絡應用

摘要：本文從無線傳感器網絡的定義出發，簡單闡述無線傳感器網絡的組成和介紹無線網絡的發展歷史，用幾個實例展示無線傳感器網絡的具體應用，最后展望了無線傳感器網絡的發展前景。
1、無線傳感器網絡：
　　1 .1定義：
　　就是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網絡。
    1.2發展歷史：
      早在上世紀70年代，就出現了將傳統傳感器采用點對點傳輸、連接傳感控制器而構成傳感器網絡雛形，我們把它歸之為第一代傳感器網絡。隨著相關學科的的不斷發展和進步，傳感器網絡同時還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力，并通過與傳感控制器的相聯，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網絡，這是第二代傳感器網絡。而從上世紀末開始，現場總線技術開始應用于傳感器網絡，人們用其組建智能化傳感器網絡，大量多功能傳感器被運用，并使用無線技術連接，無線傳感器網絡逐漸形成。
　　1.3組成：
　　一個無線傳感器網絡通常包括三要素，即傳感器、感知對象和觀察者。傳感器由電源、感知部件、嵌人式處理器、存儲器、通信部件和軟件等幾個部分組成，這些部分相互協調，共同完成對外界信息的感知功能;感知對象是無線傳感器網絡的監測目標;觀察者是無線傳感器網絡的用戶，是傳感信息的接收者和應用者。
　　1.4特點：
    (1)自組織。傳感器網絡系統的節點具有自動組網的功能，節點間能夠相互通信協調工作。(2)多跳路由。節點受通信距離、功率控制或節能的限制，當節點無法與網關直接通信時，需要由其他節點轉發完成數據的傳輸，因此網絡數據傳輸路由是多跳的。(3)動態網絡拓撲。在某些特殊的應用中，無線傳感器網絡是移動的，傳感器節點可能會因能量消耗完或其他故障而終止工作，這些因素都會使網絡拓撲發生變化。(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件資源的有限性。
2、無線傳感器網絡的應用：
    無線傳感器網絡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、建筑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，，無線傳感器網絡的產生也是源于網絡在軍事應上的需求，無線傳感器網絡本身的概念更貼近其在軍事上的應用。無線傳感器網絡在戰場上的應用主要是信息搜集、跟蹤敵人、戰場監測、目標分類。
    無線傳感器網絡由低成本、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傳感器網絡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信息傳輸。
    在和平年代，主要用于國士安全保護、邊境監視等應用。例如，在保護國土、防止人侵的時候，用成千上萬的傳感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，用傳感器通過對聲音和震動信號的分類分析的方法，探測敵方的人侵。
    2.2環境農業應用：
無線傳感器網絡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復雜度的研究，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。
這類無線傳感器網絡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，傳感器也需要具備適應野外環境的能力，由于長時間不更換電池，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：
    無線傳感器網絡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、體溫等微型無線傳感器，通過住宅內的傳感器網關，醫生可以從醫院里遠程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傳感器或吞服的方式讓傳感器進入人體，隨時觀測器官的生理狀態，可以發現器官的功能惡化，及時采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傳感器進行結構檢測，廣泛應用在結構安全監測上的傳感器是MEMS加速傳感器。同樣，可以在建筑物內不知圖像、聲音、氣體檢測、溫度、壓力、輻射等傳感器，發現異常事件及時報警，自動啟動應急措施。
    2.5無線傳感器網絡技術實際應用的制約因素：
    (1)成本。傳感器網絡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、數據精度及能量供應時間。(2)能耗:大部分的應用領域需要網絡采用一次性獨立供電系統，因此要求網絡工作能耗低，延長網絡的生命周期，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，節點或網關需要移動，導致在網絡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)硬件安全。在一些環境中，例如海洋、化學污染區、水流中、動物身上等，對節點的硬件要求很高，需防止受外界的破壞、腐蝕等。
3、無線傳感器網絡未來展望：
    無線傳感器網絡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，將來無線傳感器網絡將無處不在，將完全融入我們的生活。比如微型傳感器網最終可能將家用電器、個人電腦和其他日常用品同互聯網相連，實現遠距離跟蹤，家庭采用無線傳感器網絡負責安全調控、節電等。無線傳感器網絡將是未來的一個無孔不人的十分龐大的網絡，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。
本篇文章從無線傳感器網絡的定義出發，敘述了無線網絡傳感器的發展歷史及組成特點，文章大部分的篇幅用在傳感器的幾個應用上面。無線傳感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了研究方向。

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