浅谈无线传感器网络的研究现状与发展趋势

龙源期刊网浅谈无线传感器网络的研究现状与发展趋势作者：王卫平来源：《科技视界》2012年第28期【摘要】无线传感器网络将传感器技术、通信技术、计算机技术结合在一起，具有信息采集、传输、处理的能力，目前在社会各个领域的应用越来越广泛。本文浅显介绍无线传感器网络的发展、研究现状，分析了无线传感器网络未来研究的主要方向和未来的发展趋势。【关键词】无线传感器网络；传感器节点；研究现状；发展趋势现代信息技术的三大基础是传感器技术、通信技术、计算机技术，它们分别完成对信息的采集、传输和处理。传感器网络将三种技术结合在一起，从而实现信息的采集、传输和处理的真正统一。传感器网络被认为是21世纪最重要的技术之一，它将会对人类未来的生活方式产生深远影响。近年来，随着无线通信、微处理器、微机电系统（MEMS）等技术的发展，传感器网络技术逐步走向成熟，其应用也越来越广。目前，国内也有许多关于传感器网络方面的研究成果，但总体上来讲还只是处于起步阶段。传感器网络技术的发展对整个国家的社会、经济具有重大的战略意义。1无线传感器网络的基本原理无线传感器网络是由散布在工作区域中大量的体积小、成本低，具有无线通信、传感和数据处理能力的传感器节点组成的。每个节点可能具有不同的感知形态，例如声纳、震动波、红外线等，节点却可以完成对目标信息的采集、传输、决策制定与实施，实现区域监控、目标跟踪、定位和预测等任务。每一个节点都具有存储、处理、传输数据的能力。通过无线网络，传感器节点之间可以相互交换信息，也可以把信息传送到远程端。2无线传感器网络的应用目前，传感器网络已经获得了广泛的应用，可以说已经覆盖了社会的各个领域。本文选择其中几个重要的领域简单介绍一下。2.1军事防御军事传感器网络探测和获取敌军情报。由于战场情况复杂，如果靠人去收集敌方情报是很危险的，而通过将传感器网络放置在敌军阵地却可以安全地获得精确的信息，同时也不容易被敌军察觉。在士兵、装备及军火上加装传感器以供识别，分清敌我，防止误打。龙源期刊网监控战场上的状态。通过飞机空投等方式将大量廉价微型的传感器节点散布在预定区域，通过这些传感器节点实时监测周围环境的变化，并将监测到的数据通过卫星信道等方式发回基地，这样就可以实时地监控战场上的状态。跟踪射击对象的位置。通过传感器节点对射击对象的跟踪、定位，实现精确制导。探测及判定化学、生物、放射、核子等物质和攻击。利用传感器网络及时、准确地判断是否有生化武器及核武器的攻击，确定生化源、爆炸中心的位置，为军队提供反应时间，从而最大可能地减小伤亡。2.2环境监测目前的环境状况逐渐恶化，已引起人们广泛的关注。加强对环境的研究，防止进一步的恶化，具有重大的意义。环境监测主要包括以下几个方面：监测平原、森林、海洋等的环境变化；提供遭受化学污染的位置并检定出化学污染的种类，避免工作人员冒险进入受污染区域；灾害判定；监测空气污染、水污染及土壤污染；生态上的监控，例如生物栖息地与觅食习惯。2.3医疗卫生佩戴在病人身上，对血压、心率等各项健康指标进行实时监测；作为隔离病房的监控设备，减少医生护士进病房的次数等。2.4反恐抗灾美国911事件的发生，使反恐成为各国普遍关注的问题。反恐问题主要是要及时的收集信息，加强对周围环境的监测，能够及时有效地应对突发事件，将传感器网络技术应用于反恐问题，可以有效地放置恐怖袭击事件的发生。另外还有在工业制造、交通控制、空间探索、能源、食品安全等领域中的应用，在此不一一赘述。3研究现状由于传感器网络的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注。美国国防部和各军事部门都对传感器网络给予了高度重视，美国英特尔公司、美国微软公司等信息工业界巨头也开始了传感器网络方面的工作，纷纷设立或启动相应的行动计划。日本、英国、意大利、巴西等国家也对传感器网络表现出了极大的兴趣，纷纷展开了该领域的研究工作。无线传感器网络是一个很复杂的系统，要全面地研究这个系统是很困难的，人们往往选取其中的几个特定方面进行专门的研究。下面将从以下几个方面简单介绍一下目前的研究进展情况。3.1目标跟踪龙源期刊网年代末，美国等发达国家为了提高军事情报能力，改进战斗系统的生存力，开始着手于该应用课题的研究。根据不同时期的典型代表，跟踪网络的研究可以分为以下几个主要阶段：集中式跟踪[1]、层次式跟踪、分布式跟踪[2]、动态访问式跟踪。3.2扩散控制[3]关于扩散控制的研究主要为了解决以下三个方面的应用的问题：（1）多辐射源引起的辐射区域的安全边界的界定；（2）受到有毒扩散源污染的水域的无毒区域表面边界的界定和区域控制；（3）对受到生化污染的空气的无毒区域三维边界的界定和区域控制。传感器节点在空中、陆地或水中可以自由移动，而且装载有化学中和剂，从而使得受到污染的区域得到自主的控制。3.3目标定位传感器网络中的一项重要应用技术即是对于目标的定位。目标定位可以通过GPS系统进行全局定位，也可以自身定位。从1992年AT&TLaboratoriesCambridge开发出室内定位系统ActiveBadge至今，研究者们一直致力于这一领域的研究。到目前为止，传感器网络自身定位系统和算法的研究大致经过了两个阶段。第一阶段主要偏重于紧密耦合型和基于基础设施的定位系统，代表性的研究成果包括RADAR，ActiveBat，ActiveBadge，RadioCamera，ActiveOffice，EasyLiving，SpotON，HiBallTracke，ParcTAB，SmartFloor，SmartRooms，3D-iD，WhereNet等。第二阶段是对于松散耦合型和无须基础设施的定位技术的研究，目前已经成为无线传感器网络领域一个不小的热点。4未来的发展趋势总的来说，未来传感器网络的研究主要有以下几个方向：4.1节点微型化利用现在的微机电、微无线通信技术，设计微体积、长寿命的传感器节点是一个重要的研究方向。伯克利大学研制的尘埃传感器节点，把传感器的大小降低到一个立方毫米，使这些传感器颗粒可以悬浮在空中。4.2寻求系统节能策略无线传感器网络应用于特殊场合时，电源不可更换，因此功耗问题显得至关重要。现在国内外在节点的低功耗问题上已经取得了很大的研究成果，提出了一些低功耗的无线传感器网络协议，未来将会取得更大的进步。4.3低成本由于传感器网络的节点数量非常大，往往是成千上万个。要使传感器网络达到实用化，要求每个节点的价格控制在1美元以下，而现在每个传感器节点的造价大约在80美元左右。如果能够有效地降低节点的成本，将会大大推动传感器网络的发展。龙源期刊网传感器网络安全性问题和抗干扰问题[4]与普通的网络一样，传感器网络同样也面临着安全性的考验，即如何利用较少的能量和较小的计算量来完成数据加密、身份认证等。在破坏或受干扰的情况下可靠地完成执行的任务，也是一个重要的研究课题。4.5节点的自动配置未来将着重于研究如何将大量的节点按照一定的规则组成一个网络。当其中某些节点出现错误时，网络能够迅速找到这些节点，并且不影响到网络的正常使用。所以配置冗余节点是必要的。5结语本文介绍了无线传感器网络的发展及研究状况，无线传感器网络的发展将会有重大的战略意义。希望国内越来越多的人能加入到传感器网络研究的行列。【参考文献】[1]KalandrosMichael，PaoLucyY..ControllingTargetEstimateCovarianceinCentralizedMultisensorSystems[A].In：ProceedingsoftheAmericanControlConference[C].Philadelphia，PA：Jun，1998，2749-2753.[2]BrooksRuchardR，RamanathanParameswaran，SayeedAkbarM.DistributedTargetClassificationandTrackinginSensorNetworks[J].ProceedingsoftheIEEE，Aug.2003，91（8）：1163-1171.[3]ChenYangQuan，MooreKevinL.，SongZhen.Diffusionboundarydeterminationandzonecontrolviamobileactuator-sensornetworks（MAS-net）：Challengesandopportunities[A].In：IntelligentComputing：TheoryandApplicationsII，partofSPIE’sDefenseandSecurity[C].Orlando，FL：Apr.2004.[4]1717-1727.肖健，吕爱琴，陈吉忠，等.无线传感器网络技术中的关键性问题[J].传感器世界，2004，10.