[摘要]与传统的数据采集技术相比,无线传感器网络系统的优势主要体现在:感知范围扩大、容错性能提高、测量的准确性提高、成本降低。此外,由于无线传感器网络具有很高的智能性,部署方便,可以长期在无人干预的环境中自主工作,大大降低了使用和维护的成本。文章主要就无线传感器网络的广泛应用进行探讨,总结当前制约无线传感器网络实际应用的因素及目前的研究热点,探讨传感器的发展趋势。
　　 [关键词]无线传感器;网络;发展趋势
　　 [作者简介]胡郑松,广东公诚通信建设监理有限公司,广东汕头, 515041
　　 [中图分类号] TP393 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723(2010)05-0040-0002
　　
　　一、无线传感器网络技术概念
　　 无线传感器网络(Wireless Sensor NetworksWSNs)是由众多传感器节点构成的无线网络。其目的是感知、采集和转发网络覆盖的感知对象的各种信息,并发送给观测者。传感器节点、感知对象和观测者是无线传感器网络的3个组成部分:无线网络是传感器之间、传感器节点与观测者之间的通信基础,用于在传感器与观测者之间建立通信路径;感知、采集、处理、发送感知信息是传感器网络的基本功能。传感器网络中的部分或全部节点可以移动。传感器网络的分布形状也会随着节点的移动而不断地动态变化。传感器节点由电源、传感器元器件、处理器CPU、存储器、通信部件和软件几部分构成。无线传感器网络可以在独立的环境下运行,也可以通过网关连接到现有的网络基础设施上,如Internet等。由于无线传感器网络的单个传感器的节点、通信处理能力有限,大多情况下无法处理大规模的复杂问题,分布在大范围的地理区域内,无法对数据进行科学的处理。无线传感器网络的能量有限,要收集敏感区域的传感数据就要给出节点密度策略及动态调整的仿真场景。节点数量和位置随形状的信息控制量的不同而进行动态的调整。
　　二、无线传感器的选用原则
　　 无线传感器的原理和结构各不相同,因此,要根据实际的测量目的、测量对象以及测量的环境来合理地选用无线传感器。测量结果的成败在很大程度上取决于无线传感器的特性。无线传感器的选择应该遵循以下几个原则:
　　 (一)无线传感器灵敏度的选择
　　 通常来说,无线传感器的灵敏度越高越好,并控制在一定的范围内。无线传感器的灵敏度高低经常会被外界的噪音干扰,将系统放大,从而使测量的精确度降低。另外,应根据方向性来选择传感器,灵敏度小的传感器对方向性要求较高,如果被测量的并非是单向量,那么传感器的灵感度还是越小越好。
　　 (二)无线传感器的稳定性及精度选择
　　 无线传感器在使用一段时间后,其性能保持不变的能力称为稳定性。首先,在选择无线传感器时,应优先考虑测量的环境,对使用环境进行调查。在超过使用期后,为确定传感器性能是否改变要重新进行标定。大多选用经得住长时间考验的无线传感器,以适应不同场合的需要。无线传感器的稳定性和精度之间是存在着密切联系的,测量的精度关系到整个测量系统的精度,是传感器的重要性能指标。根据测量的目的来选择无线传感器的类型是一项科学有效的方法,测量的目的可以分为定量分析和定性分析。定性分析就不宜使用绝对值精度高的传感器;定量分析可以选用精度等级较高的、能满足要求的传感器。
　　 (三) 无线传感器的频率响应
　　 传感器的频率响应高低,可测的信号频率的范围都受到传感器的机械性能和结构的影响。因此,传感器的频率响应决定了频率范围内不失真的测量条件。
　　三、无线传感器的应用
　　 (一)无线传感器在交通系统中的应用
　　 无线传感器在交通系统中的应用可以从交通的信息采集和道路控制两个方面分析:
　　 首先,无线传感技术综合了一系列的微电子、通信技术,使无线传感器在交通系统中的应用更加广泛。我国的中心道路基础建设日趋完善,为使道路通行能力提高就要不断地完善交通信号及道路交通管理的能力。通过无线传感器技术可以对道路实际信息进行采集和分析,形成充分利用中心城市道路通行能力的管理的重要手段。
　　 其次,通过传感器系统的建立,使城市区域范围及较远的地区范围的出行者都能方便及时地获得信息,为国际和国内的游客出行提供极大的方便,提高运输部门的管理和服务水平。建立统一的营业性停车场和道路收费标准,费率随着交通拥挤的不同程度来规定,减缓交通拥挤的情况,改善交通效率,方便快捷地传输道路信息。
　　 再次,采用先进的无线传感器技术对车辆进行检测、收费和信息传输,对停车场收费进行统一规范,建立规范的停车信息数据,并及时地发布这些信息。
　　 (二)无线传感器在军事上的应用
　　 由于无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点,其非常适合应用于恶劣的战场环境中,包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资,判断生物化学攻击等多方面用途。
　　 (三)无线传感器在环境监测中的应用
　　 用于环境监测的无线传感器首先要选择具有价格低廉、部署简单、无需人员在现场维护等优点的。例如在山区中可以合理地布置一些传感器,在洪水到来前发布一些警报信号,及时地采取一些防范措施。无线传感器网络还可以跟踪候鸟和昆虫的迁移,研究环境变化对农作物的影响,监测海洋、大气和土壤的成分等。
　　 (四)无线传感器在智能家居系统中的应用
　　 智能家居系统是一种基于单片机的可通过电话、互联网络访问及控制家居设备的控制系统。智能家居网络控制系统通过数据采集、命令控制模块和TCP/IP协议模块实现安全监控网络化。命令控制分为3种模式: (1)电话远程控制;(2)网络远程控制;(3)现场当机操作。
　　 智能家居网关是整个系统的核心,主要负责与系统中的各模块协同工作。通过单片机及模块中的各接口实现对整个系统的调度。该模块既可响应来自外部的电话及互联网络的控制请求指令,通过对指令的解释, 传输相应的状态信息或控制调度各模块动作;也可响应家居内部的安防报警请求, 并通过电话模块向用户发送报警信息。系统软件部分主要由家庭网络终端程序组成。系统上电后,对各模块进行初始化操作,其主要功能包括水、电、气3表的数据采集和存储、报警信息的获取、设防撤防状态的获取和以上信息数据的无线发送。主控模块处于待机状态,以中断方式随时响应来自网络通信模块、电话语音模块及安防报警3方面的请求,其中的网络通信模块工作在服务模式下,侦听来自互联网的远程控制请求。对于电话的连接请求,在核实用户身份后,通过语音提示模块引导用户完成电话的按键指令操作,控制相关模块动作,并以语音提示信息的方式向电话用户回送相关信息;对于安防报警方面的请求,主控模块则以用户事先设定的电话号码拨通用户电话并以语音提示的方式向用户发出报警。数据的无线发送和接收要遵守家庭网关通信协议。
　　 随着计算机技术、控制技术、图像显示技术、通信技术的不断发展,通过现有的因特网和PSTN实现远程控制越来越普遍。组建基于无线传感器网络技术的智能家居系统,可以满足低成本、低功耗、易操作、易安装、易扩充的设计思路,并且系统安装方便、适用范围广,具有很好的实用价值。
　　四、无线传感器的发展趋势
　　 目前,国内外的研究核心大多是无线电传感器网络节点的低功耗硬件平台设计拓控控制和网络协议、定位技术等方面的内容。随着科学技术的进步,无线传感器正逐渐向智能化和微型化发展。
　　 (一)无线传感器向微型化发展
　　 当代的各种控制仪器设备的功能越来越大,由于传感器的本身体积小,使传感器在发展加工时要选择硅等新材料进行加工。传统的加速度传感器稳定性差、寿命短。为了克服这一弊端,必须研制出精度高、体积小、稳定性强、响应速度快的新型传感器。
　　 (二)无线传感器向低耗能及数字化发展
　　 无线传感器必须突破传统的功能,将输出的一个单一的模拟信号转化为经过微电脑处理后的数字信号。无线传感器都是非电量向电量转化,在野外或远离电网的地方就需要电池或太阳能等供电。因此,开发低耗能及数字化的无线传感器是今后发展的必然方向。
　　五、结语
　　 无线传感器是一种获取和处理信息的全新技术,其应用前景十分广泛。当前技术水平下的传感器系统正向着微小型化、智能化、多功能化的方向发展。今后,随着CAD技术、MEMS技术、信息理论及数据分析算法的继续发展,未来的传感器系统必将变得更加微型化、综合化、多功能化、智能化和系统化。无线传感器本身所具有的灵活的特点,使无线传感系统具备很好的移植性和扩展性,在未来的各个领域中必然拥有广阔的前景。
　　
　　[参考文献]
　　[1]陈林星.无线传感器网络技术与应用[M].北京:电子工业出版社,2009.
　　[2]郑娴,姚铭.智能家庭网络的研究现状与发展趋势[J].智能建筑与城市信息,2006,(8).