无线传感器发展现状及通过其在环境监测领域应用观察到的特点与不足

吴秋璇,尹彦丹,付鸿川（重庆邮电大学自动化学院,重庆 400065）

无线传感器发展现状及通过其在环境监测领域应用观察到的特点与不足

吴秋璇,尹彦丹,付鸿川
（重庆邮电大学自动化学院,重庆 400065）

无线传感器网络（WSN)是一种集成多方面技术为一体的新型智能监控网络,其具有大规模。自组织等特点,广泛应用于环境监控、军事、医疗卫生等领域，已然成为了当下通信方面研究的热点。但随着研究及应用的深入，其固有的问题也暴露出来，亟待解决。本文立足于WSN发展现状及应用领域，选取无线传感器网络在环境监测方面的应用为例，提出了无线传感器网络应用的特点与不足。

无线传感器网络；环境监测与保护；定位技术；信息安全

0　引言

近年来，无线传感器网络技术吸引了学术界以及政府的眼球，已经逐步成为在国防军事、智能家居、建筑物结构监控等领域中最有竞争力的应用技术之一。

1　无线传感器网络发展现状

90年代末，无线传感器网络（WSN）随着微机电系统(Micro-Electro-MechanismSystem,MEMS)、片上系统(SystemonChip,SoC)、无线通信和低功耗嵌入式技术的迅猛发展应运而生。中国物联网校企联盟普遍认为，WSN的发展历程分为以下三个阶段：传感器→无线传感器→无线传感器网络（大量微型、低成本、低功耗的传感器节点组成的多跳无线网络）。自其诞生以来，可谓发展迅猛。该技术得到学术界、工业界乃至政府的广泛关注。近几年来，大量的无线传感器网络已经开始投入到各个领域中进行使用。因其可以在任何时间任何地点对监测对象的数据进行收集、处理、分析的特点，在环境监测与保护、军事、智能农业、文物保护、医疗护理以及空间探索等领域都有着潜在和广泛的需求。

2　无线传感器在环境监测领域的应用

随着人们对环境问题的关注程度越来越高，越来越多的专家学者开始对环境进行研究，这意味着需要采集大量的环境数据，而无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利，它可以跟踪过昆虫和候鸟的迁徙；可以检测海洋、大气的成分，研究环境变化对农作物的影响；还可以检测农作物中的害虫，调查施肥情况。

2.1优势及特点

（1）优势。与传统的环境监测手段相比较，WSN对环境进行检测有着以下的几项优势：一，无线传感器网络具有自组性，如同通过飞机播散传感器至广袤的原始森林，节点的位置不能预知，节点间相邻关系的不能预先设定，提供了快速部署网络的可能；二，无线传感器采集的数据通过中间节点进行传送，可以在不增加功耗和成本的前提下将系统的性能提高一倍；三，无线传感器网络可以部署恶劣的环境中或者在人类不宜到达的区域，使得数据采集变得简单。

（2）特点。利用无线传感器网络对环境进行监测及保护具有以下特点：1）监测过程中，需要较大范围安置传感器以获得大量的信息。2）鉴于无线传感器的特性，在监测的整体进程中，无须铺设大量电缆，系统运行的费用较低，且系统更新迅速。3）无线传感器与计算机技术密不可分，因此无线传感器中的节点具有数据存储能力，能够将大量数据储存到后台，方便研究人员进行调用分析。4）鉴于无线传感器的特性三，使得其能在无人环境、环境恶劣或远距离情况下采集和传送信息，代替人力进行操作，减少了人类工作的工程量以及危险性，从而在一定程度上保证系统工业级品质安全可靠。5）在一些特定情况下，一些生物群种，如高原上的野生藏羚羊，对于外来因素非常敏感，因此人类如果直接进行人为的生态环境监控反而对藏羚羊造成干扰，从而会破坏环境的完整性，影响种群的习性和分布，导致结果不够准确。但无线传感器无生命体征，可以减少对生物物种的影响。

3　无线传感器还面临的问题

无线传感器有着极好的应用前景，但是不得不提出的是，在其正常运行并大量投入使用的前景之下，还面临着如下一些问题：（1）电源能量有限。一般来说，无线传感器网络中的节点采用电池供电，但是在很多工作环境下，如高温、高压或需要长期工作的野外，当然不能频繁更换电池或者频繁充电。因此，能量的如何持久补充或许是无线传感器下一个待突破的瓶颈。（2）通信能力有限。在无线传感器中，传感器的节点的通信带宽窄且变化频繁，且通信半径较短。在频繁通信时，节点极易发生故障。在复杂的工作强度之下，传感器会受到山石滚落、建筑物遮蔽等地形、外界因素及天气因素的影响，从而导致节点脱离网络，进一步失效。而节点的离线工作，将使得传感器的通信能力大大降低，（3）计算能力有限。人类应用无线传感器的最终目标是对监测环境进行数据采样和收集，研究人员期待通过无线传感器收集大量的信息进行研究。但是，无线传感器网络的节点中的设备处理能力和容量有限，使得采集到的大量信息并不能全部被完好保存，因此，无线传感器网络被有效应用的重要前提便是如何研发并且使用大量具有有限计算能力和储存能力的节点进行协作分布式信息处理。（4）安全管理存在问题。一，无线传感器的节点计算能力不高，节点与节点之间难以建立关系。二。在无线传感器网络中，由于无线信道的时变性和节点的移动性，网络拓扑结构、网络成员及其各成员之间的信任关系处于动态变化之中，单个节点的泄露便会危害整体网络的安全。

4　展望

当下而言，WSN是一种全新的信息获取平台，能实时监测和采集网络分布区域内各种检测对象的信息，被誉21世纪最具影响的21项技术之一，为人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术的第一名。这让我联想到物联网体系的感知层与网络层，乍一想，这不就是物联网感知层与网络层的整体解决方案么？美国《商业周刊》与MIT技术评论分别将无线传感器网络列为改变世界的10大技术之一。了解于此，内心燃起了一团火焰，因为觉得这个将成为我们将以时代推动者的身份参与到人类21世纪的建设中。

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