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1、1007-4619(2010)02-387-09JournalofRemoteSensing遥感学报无线传感器网络技术环境应用进展宫鹏中国科学院遥感应用研究所、北京师范大学遥感科学国家重点实验室,北京100101摘要:过去10年来,无线传感器网络迅速发展成一门应用技术。它是遥感技术的扩展。文章介绍近年无线传感器网络技术在环境应用中的进展。主要包括无线传感器网络技术在全球变化和生态研究、土壤环境、空气质量、水环境及水文、精准农业等领域的监测以及在目标跟踪方面的进展。总结无线传感器网络技术发展过程中的主要挑战,并对其未来环境应用中的重点发展方向进行了展
2、望。关键词:生态传感器,环境监测,无线通讯,全球变化中图分类号:TP79文献标识码:A引用格式:宫鹏.2010.无线传感器网络技术环境应用进展.遥感学报,14(2):387—395GongP.2010.Progressinrecentenvironmentalapplicationsofwirelesssensornetworks.JournalofRemoteSensing.14(2):387—3951无线传感器网络技术概述接触,甚至埋于感兴趣观测对象中。获得关于观测对象的图像、声音、气味、震动等物理、化学、生无线传感器网络(WSN)技术是指将传
3、感器技物学特性。人们通过手机、因特网等无线通讯技术术、自动控制技术、数据网络传输、储存、处理与控制传感器开启或关闭,获得各种数据,对所获数分析技术集成的现代信息技术(宫鹏,2007)。WSN由据进行显示、储存或分析,并通过网络传输到数据具备记忆能力的存储器、处理器、传感器、无线通收集中心。它的发展及其广泛应用主要归因于传感讯和电池等硬件组成。在环境监测中应用WSN是遥器技术的微型化、智能化、廉价性和数据无线传输感技术的新的生长点。Whelan等(2008)把无线传感的可能性。网络传感器节点置于野外,自己就能寻器网络在环境监测中的应用称为大尺度遥感。
4、在环找附近的同类传感器网络节点,实现相互间的网络境应用中,无线传感器网络和有线网络结合被称为通讯,指令和数据传输,并自动构建网络拓扑。其中环境传感器网络或生态传感器网络(ESNs)(Rundel之一不工作后,节点间可以自动跳接到其他工作的等,2009)。对科学索引网(ISIWebofScience)搜索发节点。最后通过网络路由器传到一个总站服务器上现,过去10多年来,有关无线传感器网络的论文急(图1)。每个节点既可以获得位置,又可以获取相关剧增多。1998－2001年仅发表13篇,但是2002－的环境特征数据。2005年成倍增长,到2006－200
5、7年每年发表400多WSN比一般的网络在设计和资源利用上有诸篇,2008年发表587篇。到2009年6月初,已经发多的限制。设计限制来自所观测的环境。环境应用表290余篇。《商业周刊》把WSN技术做为21世纪决定对网络复杂度、节点数、拓扑结构和网络搭建21项最重要的技术之一(Evans等,2008)。方案的设计要求。当观测环境人力不可及或对人到WSN的传感器一般与小型计算机和无线发送达太危险时,或需要的节点数无法逐个安装完成时,装置集于一体,称作网络传感器节点。每个节点可即兴网络搭建方案比提前规划好的网络搭建方案更以挂接机械的、热、生物、化学、光学
6、和磁力传感有效。环境屏障可能会影响节点间的连接性,从而器。一般置于观测对象的附近,或与观测对象直接影响网络拓扑结构的设计。在资源限制方面,WSN收稿日期:2009-06-08;修订日期:2009-07-08基金项目:国家863高技术计划项目(编号:2006AA12Z112)和国家科技支撑计划项目(编号:2006BAJ01B02)。第一作者简介:宫鹏(1965—),研究员,主要研究方向是利用各类遥感技术监测从局部到全球尺度的环境变化,对环境变化进行建模,并在环境与健康领域开展应用。E-mail:gong@irsa.ac.cn。388Journalof
7、RemoteSensing遥感学报2010,14(2)Yick等(2008)把WSN每个节点需要具备的核心技术内容归纳为3部分:系统,通讯,服务。每个网络节点是一个系统。系统主要由硬件平台(类似一个计算机)、操作系统和存储方案组成。通讯部分主要是指为完成一项应用任务所需要的与传感器和用户的通讯协议,包括节点间的通讯协议。服务部分主要为加强WSN的应用能力、提高系统性能以及改善网络效率所需要的各种技术。服务部分的主要内容包括:定位、节点覆盖范围、安全、同步、数据汇总和多层网络的优化等。对于由网络节点组成的WSN,其关键技术是网络的自组织能力、数据传输
8、精度和效率,以及降低能耗,捕获能量的能力等。表1列出目前市场上可以购买的部分WSN技术产品。表2列出了IEEE通讯标准以及
