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无线传感器网络应用概述

发布时间:2017-11-20  发布者:vnsc威尼斯城官网电子

   现代无线传感器网络的研究,通常是以   的“低能耗无线集成微型传感器”作为标志。随着各国对无线传感器网络的持续研究,无线传感器网络技术迅速应用在社会的各个领域,成为广泛关注和   有竞争力的应用技术之一。
   无线传感器网络主要是用来实现对监测区域或监测对象的数据采集和监控,通常由大量的低功耗、廉价的微型传感器节点组成。这些传感器节点被固定或随机部署在监测区域内,它们之间通过无线自组织方式形成一个多跳的网络系统。传感信息被采集后,经过处理和传输,   终被送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素。Internet的出现为我们构建了一个逻辑上的信息世界,从而改变了人与人之间的交流与沟通方式;而无线传感器网络的出现,则将这个逻辑上的信息世界延伸至客观上的物理世界,将二者进行融合,使人与人的交流和沟通演变为人与自然界的交互。   《商业周刊》将其列为21世纪   有影响的技术之一。MIT的《技术评论》则将其列为改变世界的十大技术之一。由此可见,无线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带来巨大的变革。无线传感器网络是信息科学领域中一个全新的发展方向,同时也是新兴学科与传统学科进行领域间交叉的结果。
   大量的传感器节点被部署在需要信息采集的区域中。每个传感器节点由各种机械、热、生物、化学、光学、磁力等传感器加上无线通信系统组成,传感节点将采集的数据通过节点间的自组织网络传送给Sink节点。目前传感器节点自组织网络采用的通信技术很多,如ZigBee、Wi-Fi、蓝牙、UWB等,不同的应用需求决定了采用不同的通信技术。因为采用自组织方式组网,每个传感器节点除了采集和发送数据外,也需要负责存储和转发其他节点的数据。在某些网络结构中,传感器节点也可能先将采集的数据传至一个称为汇聚节点的特殊传感器节点,再由汇聚节点将数据传至Sink节点。Sink节点是网络中所有数据的目的地,它来汇聚网络中的各种采集数据。Sink节点通常通过远距离的通信方式与数据中心相连。通常采用的通信方式有通用分组无线服务技术(GPRS)、卫星通信技术、Wi-Fi、WiMAX、3G/LTE、Internet等。
   由于无线传感器网络是由随机部署的廉价传感节点组成,当网络中某些节点故障,网络凭借其良好的自组织能力和容错能力,依然能够保持正常运行,不会导致整个网络系统崩溃,非常适合在条件恶劣的或人类无法到达的环境中应用,目前无线传感器网络广泛应用于军事、工业、农业、环境保护、医疗健康、空间探索、商业等领域。
   在工业环境中,无线传感器网络具有诸多优势,包括安装便捷、部署灵活、降低成本,能避免工厂环境中“蜘蛛网”般连线的混乱局面。可用于生产线的实时监控,有助于提   、控制功耗、减少排放、降低维护成本、优化控制。无线传感器网络在工业领域中常用的通信技术有ZigBee、WirelessHART、ISA100以及中国自主制定的WIA等标准。这些通信标准的数据链路层都是基于IEEE802.15.4协议实现的。802.15.4是一种工作在2.4GHz的经济、   、低传输速率(低于250kbps)的无线通信技术,支持传感器、远端控制和家用自动化等应用。通常通信范围小于100m。IEEE802.15.4协议仅仅规定了物理层(PHY)和媒体访问控制层(MAC)协议,其物理层采用直接序列扩频(DSSS)技术以避免通信干扰。在MAC层,主要是沿用无线局域网(WLAN)中IEEE802.11系列标准的CSMA/CA方式,以提高系统的兼容性。
   在农业领域,无线传感器网络的应用使传统农业生产模式转变为以信息网络为中心的自动化、网络化、智能化   农业模式。   农业主要是指管理者可以实时、动态地获取有关农作物生长环境和条件的信息,以便及时了解作物长势和可能出现的异常情况,诊断原因。在   农业应用中,传感器节点可以收集到多种   的信息,包括农作物生长态势、大气及土壤的温湿度、降水量、土壤中微量元素含量、酸碱度、病虫害发生动态等环境和作物信息资源,这些信息采集后通过传感器网络传送到管理监控中心,农业专家或农场管理者可以根据采集的信息进行综合处理和分析,准确地发现问题,根据信息的地理位置进行问题定位,远程指导和控制农业生产流程,从而保障农作物的产量和质量,提高农业生产效率。农业中其它典型的无线传感器网络应用还包括农作物灾害状态监测、温室温度监测与自动控制、光照控制、施肥灌溉自动化控制等方面。对于这些数据的充分利用,将有助于减少资源的浪费,节约用工成本,提高生产效率,提高农产品的质量和产量。
   在环境监测上,利用无线传感器网络可以克服采用传统方式无法在恶劣环境采集原始数据的困难。例如,可以在人类难以到达的极端恶劣区域(如极地、海洋、沙漠等),利用无人机空中抛洒部署一次性无线传感器节点,通过无线传感网的自组网特性以及卫星通信等手段,进行原始数据的采集。利用无线传感器网络还可以跟踪候鸟和动物的迁移;监测海洋、大气和土壤的成分;监测河流、湿地、空气的污染状况;研究环境变化对动植物的影响;监测和预测地震、山洪、泥石流、滑坡发生的可能性以及对森林火灾的监测和预报等。
   在医疗上,无线传感器网络可以方便地实现远程医疗和病人的全天候健康监护。被诊断或监护的病人通过无线传感器网络和其它辅助网络将自身的健康参数传给医疗机构,足不出户就可以在家里就诊。医院可以在危重病人身上安装特殊用途的传感器节点进行24小时的全天候监护,结合现有的远程通信网络,如3G网络,医生就可以实时掌握被监护病人的健康状态,以便在发生危险时及时进行处理。同时,也可以通过远程网络与病人进行沟通,指导病人用药等治疗。利用无线传感器网络,医药研究机构还可以长时间地跟踪采集测试病人用药后的生理反应数据,通过对数据进行分析来帮助医药研究机构了解药物的药性及副作用,对研制和改进新药品会有较大帮助。此外,无线传感器网络在药物管理、药物运输等诸多方面,也有着广泛的应用。
   无线传感器网络在空间探索方面也发挥着重要作用。长期以来,人类一直没有停止过外太空的探索工作,无线传感器网络节点可以借助航天器布撒在太空中,来实现对其它星球表面和外太空长时间的监测,这对于小巧、廉价的传感器节点来说,是一个切实可行的方案。   NASA的JPL实验室研制的SensorWebs就是一种专门为火星探测进行技术准备的无线传感系统,该系统目前已经在佛罗里达宇航中心周围的模拟环境监测项目中进行了测试和完善。   航空航天局十多年前发射的尤利西斯号探测器在太阳系的星际边界地带发现了氦元素的存在。2008年发射的星际边界探测器(IBEX)近口发现有外来物质正从星际空间闯入太阳系。该发现可能会帮助人们了解太阳系的形成方式和地点、促其形成的力量以及银河系中其它星体的历史。已成功发射并仍在履行探测任务的火星探测器“机遇号”和“勇气号”也是通过携带的大量传感器对火星表面、土壤、大气等进行数据采集和分析。
   除了以上各种应用外,无线传感器网络还有一些他商业应用。如实现家庭   监控和远程控制的智能家居系统;智能小区与楼宇系统;城市车辆监测和跟踪管理系统;仓储物流管理系统等。
   总之,无线传感器网络在国防、工业、农业、环境监测、医疗和空间探索等许多方面都有广泛的应用前景和潜在的产业经济价值。可以预见,随着科学技术的进步和社会经济的进一步发展,无线传感器网络技术   会在人类社会生产生活的各个方面发挥出   加重要的作用。

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