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时间:2018-09-28
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1、浅析无线传感器网络应用【关键词】无线传感器;网络应用;未来展望【摘要】本文从无线传感器网络的定义出发,简单阐述无线传感器网络的组成和介绍无线网络的发展历史,用几个实例展示无线传感器网络的具体应用,最后展望了无线传感器网络的发展前景。 1无线传感器网络 1.1定义 就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。发展历史早在上世纪70年代,就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形,我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的的不断发展和进步,传感器网络同时还
2、具有了获取多种信息信号的综合处理能力,并通过与传感控制器的相联,组成了有信息综合和处理能力的传感器网络,这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始,现场总线技术开始应用于传感器网络,人们用其组建智能化传感器网络,大量多功能传感器被运用,并使用无线技术连接,无线传感器网络逐渐形成。 组成 一个无线传感器网络通常包括三要素,即传感器、感知对象和观察者。传感器由电源、感知部件、嵌人式处理器、存储器、通信部件和软件等几个部分组成,这些部分相互协调,共同完成对外界信息的感知功能;感知对象是无线传感器网络的监测目标;观察者是无线传感器网络的用户,是传
3、感信息的接收者和应用者。 特点(1)自组织。传感器网络系统的节点具有自动组网的功能,节点间能够相互通信协调工作。(2)多跳路由。节点受通信距离、功率控制或节能的限制,当节点无法与网关直接通信时,需要由其他节点转发完成数据的传输,因此网络数据传输路由是多跳的。(3)动态网络拓扑。在某些特殊的应用中,无线传感器网络是移动的,传感器节点可能会因能量消耗完或其他故障而终止工作,这些因素都会使网络拓扑发生变化。(4)节点资源有限。节点微型化要求和有限的能量导致了节点硬件资源的有限性。无线传感器网络的应用无线传感器网络虽未形成大规模的市场应用,但拥
4、有十分广阔的前景,在军事、国防、环境监测、医疗卫生、建筑物监测等等许多领域都有重要的研究价值和巨大的实用价值,被誉为对十一世纪产生巨大影响力的技术之一。.1军事应用同很多高科技技术一样,,无线传感器网络的产生也是源于网络在军事应上的需求,无线传感器网络本身的概念更贴近其在军事上的应用。无线传感器网络在战场上的应用主要是信息搜集、跟踪敌人、战场监测、目标分类。无线传感器网络由低成本、低功耗的密集型节点构成,拥有自组织性和相当的容错能力,即使部分节点遭到恶意破坏,也不会导致枯个系统的崩溃,正是这一点保证了无线传感器网络能够在恶劣的战场环境下工
5、作,从而最大程度地减少伤亡,同时提供准确可靠的信息传输。在和平年代,主要用于国士安全保护、边境监视等应用。例如,在保护国土、防止人侵的时候,用成千上万的传感器节点代替原来的地雷埋设,用地雷埋设的方法会对自身构成巨大威胁,用传感器通过对声音和震动信号的分类分析的方法,探测敌方的人侵。环境农业应用无线传感器网络在环境方面也有相当广泛的应用。例如:对鸟类、小型动物生活规律的观测和种群复杂度的研究,天气预报和天象现象的观侧,农作物灌溉情况,土壤温度情况,肥料含量、光照强度等的监视,森林火情监控等等。这类无线传感器网络一般需要具备部署简单,便宜,长
6、期不需要更换电池,无需派人现场维护等特点。一般是一次性产品,传感器也需要具备适应野外环境的能力,由于长时间不更换电池,系统必须要低功耗工作,或者从环境中寻求一定能力补给手段,譬如使用太阳能电池。.3医疗应用无线传感器网络在医疗方面也日渐发挥作用。通过在病人或易发病人身上佩戴一些血压、脉搏、体温等微型无线传感器,通过住宅内的传感器网关,医生可以从医院里远程监视这些测试人群的健康状况,通过这种方法,还可以对一些高危病人进行24小时病情检测,而不妨碍病人的日常起居和生活质量。还有一种方式,通过在人体器官中植人一些微型传感器或吞服的方式让传感器进
7、入人体,随时观测器官的生理状态,可以发现器官的功能恶化,及时采取治疗措施从而挽救病人生命。:4城市及城市管理结构安全检测在国外称之为SHM。目前一般通过在结构体上安置传感器进行结构检测,广泛应用在结构安全监测上的传感器是MEMS加速传感器。同样,可以在建筑物内不知图像、声音、气体检测、温度、压力、辐射等传感器,发现异常事件及时报警,自动启动应急措施。.5无线传感器网络技术实际应用的制约因素(1)成本。传感器网络节点的成本是制约其大规模广泛应用的重要因素,需要根据具体应用的要求均衡成本、数据精度及能量供应时间。(2)能耗:大部分的应用领域需
8、要网络采用一次性独立供电系统,因此要求网络工作能耗低,延长网络的生命周期,这是扩大应用的重要因素,(3)微型化。在某些领域中,要求节点的体积微型化,对目标本身不产生任何影响,或者不被发现完成特
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