网络应用技术中无线传感器的运用

　　当前科学技术飞速发展，微机电系统也在逐渐更新换代，片上系统Soc应运而生。这么小的一块芯片可以对逻辑指令予以传递，对现实世界予以感知，甚至做出相关反应。无线传感器网络WSN，即由诸多微型传感器节点组成，具有类型不一的片上微处理能力，获得各个领域的广泛关注。本文首先阐述无线传感器的基本概念与特点，而后探讨其在多个领域的网络计算机应用技术中的有效运用。

　　无线传感器网络(WSN)属于新型无线网络，且没有基础设施，主要部件为大量传感器节点，在无线通信方式的作用下构成的多跳自组织网络系统，采集信息后予以处理，而后再向所需用户传递。当前，其已经在诸多领域获得广泛使用，例如军事领域、环境领域、建筑领域、医疗领域、农业领域以及文物保护等领域等，价值极大。本文现探讨其具体应用，分述如下。

　　1 无线传感器网络的相关概念

　　1.1 无线传感器网络的含义

　　无线传感器网络即由数量较多的节点且带有通信、数据处理单元以及传感器，结合数据采集任务需求而自组织形成的网络。其主要任务在于了解用户所需信息与数据，而后从环境中予以采集。数据源节点的主要任务即采集数据，而后在诸多中间节点的转发活动下通过多跳方式向Sink(数据接收者)传递，一般而言，数据被中间节点转发时需要先接受一定处理，将冗余信息去除后获得有效信息。依据其应用模式的不同有如下两种分类，即主动型和响应型。前者即对四周环境现象予以持续监测，在传送数据时其速率也具有恒定性;后者对数据予以传送只有一个条件，即事件触发。

　　1.2 无线传感器网络的特点

　　(1)传感器节点具有高度集成、价格低廉、功耗低以及微型化的特点。

　　(2)节点分布比较密集。对于WSN而言，其重要特征在于在监测区域中有诸多不同或者相同的传感器节点部署其中。在这种特征下，可有效获取空间抽样信息且信息具有密集性，对于同一现象也可获取不同角度的信息。分布式处理上述信息后，可将监测精准度提高，同时对于单一传感节点而言其精度要求也有所下降。此外还可科学休眠调度节点，对网络生命周期予以延长。

　　(3)自组织网络。一般而言，在WSN诸多工作环境中缺乏网络设施支持，且在部署传感器节点时通常具有随机性，无法预先明确节点位置及其与邻居的关系，再加上在环境与能量损耗因素的影响下节点可能会失效，此时会有其他节点补充进来，网络拓扑处于不断变化之中，故而WSN具有自组织特点，以对始终处于变化中的外部环境与自身条件予以适应，确保工作高效性与连续性。

　　2 无线网络传感器的具体应用

　　2.1 目标跟踪

　　目标跟踪主要内容为探测、识别、计数以及定位等。由于视频数据有较大的工作量，受限于光照因素，多应用音频传感器。在探测发声目标时多依赖对一定声音能量阈值予以设置，且成功标志为传感器实现对超过阈值声音的探测。而后对于探测声音目标需开展识别工作，通常使用傅立叶变换或者小波变换获取能量谱，在变换空间中将一定特征提取出来，再将提取所得与已经获取且存储的类型不一的目标特征予以对比。在识别目标时通常使用k-NN方法，即逐一计算探测目标特征与目标库样本的距离，而后比较其距离。对目标进行识别后开展计数工作，主要依据时间区间，而后对目标数量予以统计。在定位目标时需开展距离估计，多依据目标被传感器信号的强弱以及传感器网络节点处于何种位置。可使用多种方式来开展对运动目标的跟踪。中央处理属于使用较多的，即在无线传感器网络作用下传输全部音频信号至中央处理设备这一信息汇集终端，且中央处理器计算机可完成从对运动目标的探测至定位这一整个过程。其他方式即在网络节点上开展整个跟踪过程或者部分跟踪任务，这就对节点运算能力要求较高，以此减少数据通讯量。就当前技术而言，已经可以在网络节点上开展探测与识别等工作。

　　2.2 军事领域

　　无线传感器网络的产生从某种层面可认为是为了满足军事领域对于网络的需求，故而无线传感器在军事领域中使用与其本身概念十分契合。在战场上使用无线传感器的内容所为对信息予以收集、对敌人予以跟踪、监视战场以及分类目标等。由于无线传感器中节点部署十分密集，且功耗低、成本花费少，故而其拥有优良的容错与自组织能力。就算部分节点被蓄意破坏，整个系统也不会出现崩溃现象。因此，上述特性决定了在恶劣的战场环境中使用无线传感器的优势，不仅可在最大程度上保证战士的生命安全，减少伤亡，还可进行信息传输，且具有可靠性与精准性。不仅在战场上可使用无线传感器，在和平年代亦可使用，以保护国土安全同时对边境予以监视，避免遭受外敌入侵。以往通常使用埋设地雷法来保护国土安全与抵御边境入侵，但是会严重威胁本国安全。当前使用无线传感器，在数量众多的传感器节点作用下，可对震动与声音信号予以有效分析，密切监视敌方入侵。

　　2.3 环境监测

　　当前人们越发关注环境，而环境监测范围十分之广，传统数据收集与统计方法已经难以满足当下所需，而无线传感器的出现正好可以弥补这一不足。在对未来智能大楼予以设计时，一定要监测室内环境。加州大学SABER研究中心通过不断研发后发明出Smart Dust 系统，可对室内亮度与温度予以实时监测。ASHRAE研究中心则研发出了HVAC系统，在办公大楼中部署WSN，以对办公楼中的空气质量与温度予以实时监测，对室内环境予以有效改善。同时，WSN还可对野外研究数据予以获取。北卡罗来纳与哈佛这两所大学在其合作项目中使用WSN对次声波与振动信息予以收集，以监测火山爆发。新南威尔士大学则对WSN的目标跟踪功能予以充分使用，对一只癞蛤蟆名为Cane toad予以跟踪，对其分布情况予以观测。伯克利大学则将WSN部署于红杉树上，对红杉树44天的生长情况予以持续监测，以获取光合作用、温湿度等方面的信息。

　　2.4 文物保护

　　文物是古人传承下来的重要历史见证，属于重要物质财富与精神文明，故而意义重大。由于文物有复杂的分布情况，故而在开展保护时任务繁杂且艰巨。由于资金、管理以及技术方面不到位，诸多文物丢失或者被破坏，造成重大损失。而WSN的出现则可有效解决上述问题。由于WSN具有的工作机制，在对文物储藏室环境、防盗环境以及古建筑结构健康等方面的监测具有极大的适用性。在监测文物储藏环境时，在储藏室或者展室中对传感器节点予以合理部署，可获取环境中的振动、光照以及温湿度等方面的信息，若与规定要求不相符合则可立即上报于监控中心，相关人员便进行及时处理。在对振动予以测量时主要使用加速度传感器，一旦振动异常同样会立即报警，监控中心会即刻查看现场是否存在挖地洞或者穿墙等行为，避免文物被盗窃，同时还可对古建筑结构的异常予以观察。由此可知，在文物保护中使用WSN不仅可有效节省人力管理成本，还可提升保护水平。

　　2.5 医疗护理领域

　　加利福尼亚大学提出了CustMed，即人体健康监测屏，主要在WSN基础上被研发出来。其中所应用的传感器节点具有可佩戴性，传感器拥有皮肤反应、温度、压电薄膜、压力以及伸缩等类型。节点则主要为dot-mote节点，PC机放于口袋中可对人体目前状况予以直接查看。而针对目前日益严重的社会老龄化问题，Stony Brook大学提出了Health Tracker 2000，同样基于WSN，可对老年人生理状况予以监测。同时还可在其拥有生命危险的状况下对其位置信息与身体状况予以及时通报。该传感器节点主要为MICA2DOT 与MICA2系列节点，传感器类型则主要包括血氧水平、温度、呼吸以及脉搏等。

　　2.6 农业领域

　　州立大学研发出两套系统，均基于WSN，其一为在AWN200硬件技术上的区域WSN，亦在该区域农业区中获得广泛使用，另一套则是监测农田霜冻的WSN。AWN200是主要基于传统农业气象系统网点技术的WSN，其拓扑结构为3层，即节点、复制器以及主数据站，对传统数据存储与传输功能予以更新。所有AWN200节点均拥有TCP/IP协议，可与Internet直接相连;所有农业气象节点则能够对气温、土壤温湿度、叶子湿度、风速、太阳辐射、风向、降雨以及相对湿度等信息予以获取;每个节点在开展能量供应时主要结合其电力条件，有交流电最好，若没有则结合使用电池与太阳能。节点间连接主要通过复制器，而后在主数据站组网下构成网络并与中心数据库相连，支持后续信息处理与发布。

　　2.7 建筑领域

　　WSN可对建筑物健康情况予以严密监测，具有成本花费少的优点，同时功能众多，可避免监测布线复杂、线路易损坏与老化的传统问题。斯坦福大学提出建筑物监测系统，主要基于WSN，主要使用两层网络系统，且在分簇结构基础上。传感器节点主要构成为ADXL210 加速度与EVK915模块，在连接簇首节点时主要依靠EVK915与Proxim RangelLAN2 无线调制器。南加州大学研发出NETSHM系统，不仅可对建筑物健康状况予以监测，还能够对其损伤位置予以定位。主要应用分簇结构，节点则使用Mica-Z系列。

　　3 结束语

　　综上所述，无线传感器网络作为一种新型技术在诸多领域获得广泛使用，然而目前均处于研发技术，尚未得到普及，故而应用范围比较狭窄。未来还需加大研究力度，以有效应对数据采集与管理、能源供给有效性以及无线通讯标准等问题，使其可在大范围得到使用，促进我国各领域的发展。

　　作者简介

　　王萍(1987-)，女，河南省人。大学本科学历。现为三门峡职业技术学院助教。研究方向为控制工程、网络应用。