2009 年在無錫成立“感知中國”中心
，並且
，目前針對物聯網的《國家物聯網 “十五”發展規劃》也(ye)正(zheng)在(zai)製(zhi)定(ding)過(guo)程(cheng)中(zhong)，進(jin)一(yi)步(bu)確(que)定(ding)了(le)物(wu)聯(lian)網(wang)技(ji)術(shu)在(zai)新(xin)興(xing)科(ke)技(ji)領(ling)域(yu)中(zhong)的(de)重(zhong)要(yao)位(wei)置(zhi)。而(er)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)網(wang)絡(luo)作(zuo)為(wei)物(wu)聯(lian)網(wang)中(zhong)的(de)核(he)心(xin)產(chan)業(ye)

，也(ye)需(xu)要(yao)更(geng)多(duo)的(de)關(guan)注(zhu)與(yu)研(yan)究(jiu)，以(yi)促(cu)進(jin)物(wu)聯(lian)網(wang)的(de)發(fa)展(zhan)
，使(shi)得(de)物(wu)聯(lian)網(wang)成(cheng)為(wei)新(xin)的(de)全(quan)球(qiu)經(jing)濟(ji)增(zeng)長(chang)點(dian)。

 

1.1 無線傳感器網絡

 

無線傳感器網絡（WSN , wireless sensor networks）是(shi)由(you)部(bu)署(shu)在(zai)監(jian)測(ce)區(qu)域(yu)內(nei)的(de)大(da)量(liang)廉(lian)價(jia)微(wei)型(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)組(zu)成(cheng)，是(shi)采(cai)用(yong)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)的(de)方(fang)式(shi)形(xing)成(cheng)的(de)一(yi)個(ge)多(duo)跳(tiao)自(zi)組(zu)織(zhi)網(wang)絡(luo)係(xi)統(tong)，能(neng)夠(gou)通(tong)過(guo)集(ji)成(cheng)化(hua)的(de)微(wei)型(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)，協(xie)同(tong)地(di)實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)
、感知、采(cai)集(ji)和(he)處(chu)理(li)網(wang)絡(luo)覆(fu)蓋(gai)區(qu)域(yu)中(zhong)各(ge)種(zhong)感(gan)知(zhi)對(dui)象(xiang)的(de)信(xin)息(xi)，並(bing)對(dui)信(xin)息(xi)資(zi)料(liao)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)，再(zai)通(tong)過(guo)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)方(fang)式(shi)發(fa)送(song)，並(bing)以(yi)自(zi)組(zu)多(duo)跳(tiao)網(wang)絡(luo)方(fang)式(shi)傳(chuan)送(song)給(gei)信(xin)息(xi)用(yong)戶(hu)，以(yi)此(ci)實(shi)現(xian)數(shu)據(ju)收(shou)集(ji)、目標跟蹤以及報警監控等各種功能。

 

目前，傳感器信息獲取技術逐漸向集成化、微型化和網絡化方向發展，其智能化的發展將會帶來一場信息革命。無線傳感器絡技術綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技等先進技術
，該技術具備的感知能力
、計算能力、通信能力，給更多的 WSN 應用空間和應用價值提供了可能性，是物聯網當前研究開發的熱點之一。

 

WSN 的發展曆程

 

無線傳感器網絡是新興的下一代傳感器網絡。最早的代表性論述出現。1999 年，題為“傳感器走向無線時代”。隨後在美國的移動計算和網絡國際會議上， 提出了無線傳感器網絡是下一個世紀麵臨的發展機遇。2003 年
，美國《技術評 論》雜誌論述未來新興十大技術時，無線傳感器網絡被列為第一項未來新興技術。

 

同年，美國《商業周刊》未來技術專版，論述四大新技術時，無線傳感器網絡也列入其中。美國《今日防務》雜誌更認為無線傳感器網絡的應用和發展，將引起一場劃時代的軍事技術革命和未來戰爭的變革。2004 年（IEEE Spectrum）雜誌發表一期專集：傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)國(guo)度(du)，論(lun)述(shu)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)網(wang)絡(luo)的(de)發(fa)展(zhan)和(he)可(ke)能(neng)的(de)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)。可(ke)以(yi)預(yu)計(ji)
，無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)網(wang)絡(luo)的(de)發(fa)展(zhan)和(he)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)，將(jiang)對(dui)人(ren)們(men)的(de)社(she)會(hui)生(sheng)活(huo)和(he)產(chan)業(ye)變(bian)革(ge)帶(dai)來(lai)極(ji)大(da)的(de)影(ying)響(xiang)和(he)產(chan)生(sheng)巨(ju)大(da)的(de)推(tui)動(dong)。無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)網(wang)絡(luo)是(shi)從(cong)傳(chuan)感(gan)器(qi)網(wang)絡(luo)開(kai)始(shi)的(de)
，傳(chuan)感(gan)器(qi)網(wang)絡(luo)經(jing)曆(li)了(le)如(ru)圖(tu)一(yi)所(suo)示(shi)的(de)發(fa)展(zhan)曆(li)程(cheng)。 

 

第一代傳感器網絡出現在 20 世紀 70 年代，使用具有簡單信息信號獲取能力的傳統傳感器，采用點對點傳輸、連接傳感控製器構成傳感器網絡
；第二代傳感（R8-232、RS -485）器網絡，具有獲取多種信息信號的綜合能力，采用串，並接口與傳感控製器相聯，構成有綜合多種信息的傳感器網絡

；第三代傳感器網絡出現在 20 世紀 90 年代後期和本世紀初，用具有智能獲取多種信息信號的傳感器
，采用現場總線連接傳感控製器
，構成局域網絡
，成為智能化傳感器網絡；第(di)四(si)代(dai)傳(chuan)感(gan)器(qi)網(wang)絡(luo)正(zheng)在(zai)研(yan)究(jiu)開(kai)發(fa)
，目(mu)前(qian)成(cheng)形(xing)並(bing)大(da)量(liang)投(tou)入(ru)使(shi)用(yong)的(de)產(chan)品(pin)還(hai)沒(mei)有(you)出(chu)現(xian)，用(yong)大(da)量(liang)的(de)具(ju)有(you)多(duo)功(gong)能(neng)多(duo)信(xin)息(xi)信(xin)號(hao)獲(huo)取(qu)能(neng)力(li)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)，采(cai)用(yong)自(zi)組(zu)織(zhi)無(wu)線(xian)接(jie)入(ru)網(wang)絡(luo)，與(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi) 網絡控製器連接，構成無線傳感器網絡。本文所介紹的無線傳感器網絡就是指第四代傳感器網絡。

 

圖一傳感器的發展曆程

 

1.2 物聯網

 

物聯網（IOT , internet of things）顧名思義就是物物相連。目前較為認可的物聯網定義為：物聯網是通過射頻識別（ RFID ）、紅外感應器、全球定位係統、 激光掃描器等信息傳感設備與互聯網連接起來
，進行信息交換和通信，以實現智能化識別
、定位
、跟蹤、監控和管理另外
，物聯網可以理解為通過“泛在網絡” 實現“泛在服務”，基於個人和社會的各種需求，通過融合前沿智能技術

，實現人與人、人與物
、物與物之間所需要的信息采集、傳遞
、存儲
、加工處理、決策

 

使shi用yong等deng綜zong合he服fu務wu，是shi一yi種zhong更geng加jia廣guang泛fan深shen遠yuan的de未wei來lai網wang絡luo應ying用yong形xing態tai。物wu聯lian網wang最zui為wei明ming顯xian的de特te征zheng是shi物wu物wu相xiang連lian
，信xin息xi可ke以yi自zi動dong化hua處chu理li，無wu需xu人ren為wei操cao作zuo
，所suo以yi效xiao率lv極ji高gao

，降jiang低di了le人ren為wei因yin素su引yin發fa的de不bu穩wen定ding性xing。因yin此ci，物wu聯lian網wang在zai各ge個ge行xing業ye中zhong的de應ying用yong潛qian力li非fei常chang巨ju大da
，應ying用yong領ling域yu也ye非fei常chang廣guang泛fan，發fa揮hui了le極ji大da的de價jia值zhi作zuo用yong，而er且qie物wu聯lian網wang將jiang與yu互hu聯lian網wang有you效xiao地di整zheng合he起qi來lai，實shi現xian人ren類lei社she會hui與yu物wu理li係xi統tong的de整zheng合he。

 

圖二物聯網結構圖

 

1.3 物聯網多參量協同感知應用

 

以物聯網係統中配網線路監測為例，物聯網示範應用係統已將 13 種傳感器 分別應用於配網運行管理中

，實現了配網設備溫度
、環境運行溫濕度
、環網櫃水浸、門開關、杆塔傾斜、線路故障電流、電纜屏蔽層電流、變壓器中心點電流、變壓器噪聲等多參量的狀態、故障及防盜在線監測。監測的配網設備覆蓋種類廣，包括配網線路、配電變壓器
、斷路器
、隔離開關
、環網櫃、分支箱
、箱式變等。

 

youyudianlixitongzhongcunzaidaliangbuquedingdeqianfuxingguzhang
，tebieshizaibijiaofuzadepeidianwangluo，youyuqiyunxingxianlufuza，xianluguzhangqingkuangduoyang，geijianxiurenyuanjinxingguzhangdingweitigonglekunnan。congmuqiandanyijianceliangwangwanghennanzhenduanguzhangzuochuzhengquedingwei，shenzhihuichuxian“虛警” 現象，給維護人員帶來不必要的麻煩。因此需要采用上述的多傳感器融合方式，綜合分析各監測內容， tongguozhuzhanshujukongzhizhongxinduigegechuanganqizhuangzhishangchuandeshujujinxingjisuanchuli，anzhaoxiangyingdechulijisuangongshi，dedaogengweizhunquedepanduanzhi。teyixuanqulewulianwangshifanyingyongxiangmuzhongjigeduochuanganqicanliangxietongjiancedeyingyongshili：對配電變壓器運行協

 

同監測：通過在配電變壓器上安裝配變綜測骨幹節點
、無線溫度傳感器、無線噪 聲傳感器實現變壓器的多參量協同監測
，可以監測變壓器低壓側電流、電壓

、變壓器運行溫度、運yun行xing噪zao聲sheng以yi及ji變bian壓ya器qi所suo在zai杆gan塔ta的de傾qing斜xie度du等deng
，當dang變bian壓ya器qi出chu現xian故gu障zhang時shi先xian進jin行xing電dian流liu的de分fen析xi，如ru果guo電dian流liu比bi較jiao大da，那na變bian壓ya器qi的de溫wen度du一yi定ding高gao，噪zao聲sheng也ye會hui變bian大da

，如ru果guo電dian流liu不bu變bian
，再zai進jin行xing溫wen度du的de分fen析xi，溫wen度du升sheng高gao，可ke能neng是shi電dian纜lan接jie觸chu不bu良liang等deng原yuan因yin造zao成cheng，噪zao聲sheng也ye會hui變bian大da。

 

1.4 物聯網無線傳感器網絡多傳感器數據融合

 

（1）數據融合理論 

 

無wu線xian傳chuan感gan網wang絡luo中zhong的de傳chuan感gan器qi將jiang采cai集ji到dao的de數shu據ju傳chuan輸shu給gei數shu據ju服fu務wu中zhong心xin，數shu據ju服fu務wu中zhong心xin需xu要yao將jiang這zhe些xie數shu據ju進jin行xing相xiang應ying的de處chu理li，再zai將jiang處chu理li後hou的de數shu據ju發fa送song給gei各ge業ye務wu係xi統tong進jin行xing使shi 用(yong)，因(yin)此(ci)對(dui)這(zhe)些(xie)多(duo)傳(chuan)感(gan)器(qi)感(gan)知(zhi)信(xin)息(xi)的(de)融(rong)合(he)技(ji)術(shu)是(shi)多(duo)參(can)量(liang)協(xie)同(tong)監(jian)測(ce)的(de)理(li)論(lun)依(yi)據(ju)。多(duo)傳(chuan)感(gan)器(qi)融(rong)合(he)技(ji)術(shu)的(de)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)就(jiu)像(xiang)人(ren)腦(nao)綜(zong)合(he)處(chu)理(li)信(xin)息(xi)的(de)過(guo)程(cheng)一(yi)樣(yang)，它(ta)充(chong)分(fen)地(di)利(li)用(yong)多(duo)個(ge)傳(chuan)感(gan)器(qi)資(zi)源(yuan)，通(tong)過(guo)對(dui)各(ge)種(zhong)傳(chuan)感(gan)器(qi)及(ji)其(qi)觀(guan)測(ce)信(xin)息(xi)的(de)合(he)理(li)支(zhi)配(pei)與(yu)使(shi)用(yong)，將(jiang)各(ge)種(zhong)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)空(kong)間(jian)和(he)時(shi)間(jian)上(shang)的(de)互(hu)補(bu)與(yu)冗(rong)餘(yu)信(xin)息(xi)依(yi)據(ju)某(mou)種(zhong)優(you)化(hua)準(zhun)則(ze)組(zu)合(he)起(qi)來(lai)
，產(chan)生(sheng)對(dui)觀(guan)測(ce)環(huan)境(jing)的(de)一(yi)致(zhi)性(xing)解(jie)釋(shi)和(he)描(miao)述(shu)。信(xin)息(xi)融(rong)合(he)的(de)目(mu)標(biao)是(shi)基(ji)於(yu)各(ge)傳(chuan)感(gan)器(qi)分(fen)離(li)觀(guan)測(ce)信(xin)息(xi)，通(tong)過(guo)對(dui)信(xin)息(xi)的(de)優(you)化(hua)組(zu)合(he)導(dao)出(chu)更(geng)多(duo)的(de)有(you)效(xiao)信(xin)息(xi)。 它的最終目的是利用多個傳感器共同或聯合操作的優勢，來提高整個傳感器係統的有效性。 

 

目前
，比較常用的多傳感器融合方法有：卡爾曼濾波，貝葉斯估計，D-S 推 li，juleifenxifa
，erjinnianlaisuizheshenjingchuanganwangluojishudefazhan，qizuixinyanjiuyezhubuyunyongzaiduochuanganqixinxirongheshang。duochuanganqironghejishudeyingyongfeichangguangfan
，zhuyaoyingyongzaijunshi 和民用兩個領域，軍事應用是多傳感器信息融合技術誕生的源泉，具體應用包括海洋監視係統
，空對空或地對空防禦係統

，戰場情報、防禦
、目標獲取，戰略預警和防禦係統。而民用領域主要是用於機器人、智能製造、智能交通、無損檢測
、環境監測
、醫療診斷、遙感等。 

 

（2）物(wu)聯(lian)網(wang)數(shu)據(ju)融(rong)合(he)體(ti)係(xi)架(jia)構(gou)及(ji)方(fang)法(fa)傳(chuan)感(gan)器(qi)信(xin)息(xi)融(rong)合(he)體(ti)係(xi)目(mu)前(qian)大(da)致(zhi)分(fen)為(wei)三(san)種(zhong)分(fen)布(bu)式(shi)
，集(ji)中(zhong)式(shi)和(he)混(hun)合(he)式(shi)。每(mei)種(zhong)體(ti)係(xi)的(de)區(qu)別(bie)僅(jin)在(zai)於(yu)對(dui)數(shu)據(ju)的(de)處(chu)理(li)的(de)位(wei)置(zhi)。分(fen)布(bu)式(shi)的(de)結(jie)構(gou)主(zhu)要(yao)是(shi)對(dui)已(yi)經(jing)進(jin)行(xing)預(yu)處(chu)理(li)的(de)數(shu)據(ju)在(zai)信(xin)息(xi)融(rong)合(he)中(zhong)心(xin)進(jin)行(xing)智(zhi)能(neng)組(zu)合(he)

，從(cong)而(er)得(de)到(dao)最(zui)終(zhong)的(de)結(jie)果(guo)，集(ji)中(zhong)式(shi)則(ze)與(yu)其(qi)相(xiang)反(fan)，數(shu)據(ju)的(de)處(chu)理(li)都(dou)是(shi)單(dan)獨(du)進(jin)行(xing)上(shang)傳(chuan)，全(quan)部(bu)集(ji)中(zhong)在(zai)數(shu)據(ju)處(chu)理(li)中(zhong)心(xin)進(jin)行(xing)融(rong)合(he)，對(dui)處(chu)理(li)器(qi)要(yao)求(qiu)較(jiao)高(gao)。混(hun)合(he)式(shi)多(duo)傳(chuan)感(gan)器(qi)信(xin)息(xi)融(rong)合(he)體(ti)係(xi)框(kuang)架(jia)中(zhong)
，部(bu)分(fen)傳(chuan)感(gan)器(qi)采(cai)用(yong)集(ji)中(zhong)式(shi)融(rong)合(he)技(ji)術(shu)，剩(sheng)餘(yu)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)采(cai)用(yong)分(fen)布(bu)式(shi)融(rong)合(he)方(fang)式(shi)。這(zhe)樣(yang)的(de)數(shu)據(ju)處(chu)理(li)體(ti)係(xi)具(ju)有(you)較(jiao)強(qiang)的(de)適(shi)應(ying)能(neng)力(li)，兼(jian)顧(gu)了(le)兩(liang)種(zhong)融(rong)合(he)體(ti)係(xi)的(de)優(you)點(dian)，但(dan)是(shi)也(ye)相(xiang)對(dui)比(bi)較(jiao)複(fu)雜(za)。物(wu)聯(lian)網(wang)係(xi)統(tong)的(de)數(shu)據(ju)融(rong)合(he)采(cai)用(yong)了(le)混(hun)合(he)式(shi)的(de)數(shu)據(ju)融(rong)合(he)方(fang)式(shi)
，同(tong)時(shi)對(dui)於(yu)數(shu)據(ju)的(de)傳(chuan)輸(shu)模(mo)型(xing)提(ti)出(chu)了(le)電(dian)子(zi)表(biao)單(dan) TEDS 的概念
，物聯網係統中通過電子表單，對傳感器數據進行統一封裝和解析，目前物聯網中的 TEDS 機構采用圖三的方式。

 

圖三無線通信協議相關的 TEDS

 

二、無線傳感器網絡在物聯網領域中的應用

 

物聯網是由感知層、網絡層和應用層構成的層次體係。感知層主要涉及到 RFID 、傳感器、二(er)維(wei)碼(ma)等(deng)機(ji)器(qi)設(she)備(bei)，然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)電(dian)信(xin)網(wang)和(he)互(hu)聯(lian)網(wang)的(de)融(rong)合(he)網(wang)絡(luo)層(ceng)
，及(ji)時(shi)準(zhun)確(que)地(di)傳(chuan)遞(di)物(wu)體(ti)基(ji)本(ben)信(xin)息(xi)，在(zai)應(ying)用(yong)平(ping)台(tai)上(shang)，利(li)用(yong)各(ge)種(zhong)先(xian)進(jin)智(zhi)能(neng)技(ji)術(shu)對(dui)信(xin)息(xi)資(zi) 料進行分析處理，以便對物體進行智能控製。如圖 1 所示，傳感器在基礎感知層
，負責對物體信息的采集和抓取
，這一功能對於物聯網技術的發展和應用，起著至關重要的支撐作用。

 

2.1 無線傳感器網絡在軍事領域中的應用

 

無線傳感器網絡的可快速隨機部署、可自組織、隱蔽性強、gaorongcuoxingdengtedian，shidechuanganqijiedianzaieliedezhanchanghuanjingzhongfahuijidadezuoyong。zaijunshilingyuyingyongfangmian
，jiehewuxianchuanganqijishusixiang，jiangdalianglianjiachuanganqijiedian

，tongguofeijihuohuopaodengfashezhuangzhi，anzhaoyidingdemidutoufangdaodaijiancequyunei，duijiedianzhoubianhuanjingdegezhongcanshu，ruwendu、濕度、聲音、 磁場等信息進行采集，然後由傳感器自組織網絡，通過網關
、互聯網

、weixingdengtongxunfangshi，chuanhuixinxizhongxin，shishijiankongdijunbingliyuzhuangbei
，shishijianshichongtuqu，jinxingmubiaodingwei
，zhanchangpinggu，bingshixiangezhonggongjidejiancehesousuodenggongneng，youxiaoditigaojunduidezuozhanjuecenengli。

 

2.2 無線傳感器網絡在工業領域中的應用

 

無線傳感器網絡在工業領域中的應用比較廣泛，比如工業安全
、先進製造
、交通控製管理
、安防係統
、倉儲物流管理等領域，其中工業安全領域的應用研究已日趨壯大。在計算機技術、無線通信技術、微wei電dian子zi技ji術shu和he網wang絡luo技ji術shu發fa展zhan的de推tui動dong下xia，工gong業ye通tong信xin技ji術shu正zheng朝chao著zhe智zhi能neng化hua和he網wang絡luo化hua的de方fang向xiang不bu斷duan發fa展zhan。目mu前qian
，隨sui著zhe測ce控kong係xi統tong規gui模mo的de不bu斷duan擴kuo大da
，煤mei礦kuang、石化、核電等行業對工作人員安全及易燃
、易爆、有毒

 

物質的監測成本非常昂貴。其中，煤炭行業對先進的井下安全生產保障係統的需求日漸巨大。 因此， 降低投資和使用成本成為工業通信技術發展新階段的迫切要求。而無線傳感器網絡的成本低廉、方便簡捷、泛在感知等特點可以滿足工業通 信領域的多個要求。對傳感器節點經防爆處理和技術優化後
，用於危險的工作環境
， 實時全麵地監控員工安全及工業全流程
，及時獲取險惡工作環境下工作現場的員工基本情況、gongzuohuanjingzhuangkuangyijiqitawufazaixianjiancedezhongyaogongyeguochengcanshu，bingzaicijichushang
，youhuakongzhigongyeliucheng，tigaochanpinzhiliang

，jiangdigongyeshengchanguochengzhongdegezhonganquanshigu，dadaoguojiazhidingdeanquanshengchanmubiao。

 

2.3 無線傳感器網絡在農業領域中的應用

 

農業作為中國發展經濟的一大基礎，促進其優質高產將產生重大的意義。無線傳感器網絡的通信簡便、部署簡捷
、可密集分布等優勢，可以充分地發揮在農 業生產領域中，用以監測土壤環境狀況、農作物灌溉及生長情況、牲畜和家禽的環境狀況以及大麵積的地表特征檢測。再結合目前成熟的互聯網技術
、 GPS 技ji術shu，可ke以yi構gou建jian能neng動dong態tai實shi時shi管guan理li的de係xi統tong平ping台tai。例li如ru英ying特te爾er公gong司si在zai俄e勒le岡gang建jian立li的de世shi界jie上shang第di一yi個ge無wu線xian葡pu萄tao園yuan，通tong過guo無wu線xian傳chuan感gan器qi監jian測ce葡pu萄tao生sheng長chang環huan境jing中zhong得de各ge種zhong因yin素su
，並bing分fen析xi 葡萄質量與各種影響因素之間的關係
，是典型的精準農業、智能耕種的實例。在國內，在“九五”計劃中
，“工廠高效農業工程”把智能傳感器和傳感器網絡化的研製列為國家重點項目

，可以看出無線傳感器網絡在農業領域中的重要作用和意義。

 

2.4 無線傳感器網絡在醫療護理領域中的應用

 

muqian，suizheguojiarenkoulaolinghuariqumingxian

，zaiyiliaohulifangmiandewentiyeyujiazengduoqilai，duiyubinghuanzhedebingqingshishiguanzhuchengweijidaijiejuedewenti。wuxianchuanganqiwangluozaicifangmianfahuilezhongyaozuoyong
，zaihuanzheshenshangkeyianfanggezhongchuanganqi
，yongyijiancecaijigezhongshenglixinxi，birutiwen、呼吸、血(xue)壓(ya)等(deng)生(sheng)理(li)數(shu)據(ju)，一(yi)方(fang)麵(mian)可(ke)以(yi)隨(sui)時(shi)關(guan)注(zhu)患(huan)者(zhe)的(de)病(bing)情(qing)發(fa)展(zhan)情(qing)況(kuang)，另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)，可(ke)以(yi)將(jiang)收(shou)集(ji)的(de)生(sheng)理(li)數(shu)據(ju)作(zuo)為(wei)研(yan)製(zhi)新(xin)藥(yao)品(pin)的(de)參(can)考(kao)資(zi)料(liao)。另(ling)外(wai)，也(ye)可(ke)以(yi)在(zai)患(huan)者(zhe)居(ju)住(zhu)的(de)環(huan)境(jing)裏(li)安(an)放(fang)多(duo)個(ge)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)，有(you)效(xiao)監(jian)測(ce)病(bing)人(ren)的(de)活(huo)動(dong)狀(zhuang)況(kuang)，進(jin)行(xing)遠(yuan)程(cheng)的(de) 人體行為監測。現在，美國已經開展了一個無線傳感器網絡係統項目
，可以實現家庭護理
，方便老年人獨居時給予及時的幫助。

 

2.5 無線傳感器網絡在智能家居領域中的應用

 

目前，智能家居是物聯網發展的一個重要方向。從一定意義上講智能家居就是高科技的家庭自動化係統
，融合了計算機網絡係統、自動化控製係統、綜合布線技術及網絡通訊技術，自動化控製、遠程控製家庭中的各種產品設備，實現擬人化的要求

，提升家居安全性、便捷性、舒適性，並實現環保節能。而自動化、遠程控製所需的各種信息，均是由無線傳感器節點進行傳達的，比如環境檢測信息、安放係統的有效實施，都需要無線傳感器節點提供 家庭煤氣含量
、溫度、濕度等環境信息。所以
，在智能家居係統中
，每一個家居 設she備bei或huo終zhong端duan，都dou會hui設she置zhi對dui應ying的de傳chuan感gan器qi節jie點dian，通tong過guo無wu線xian傳chuan感gan器qi網wang絡luo節jie點dian間jian的de自zi組zu織zhi互hu連lian，實shi現xian家jia庭ting設she備bei互hu連lian與yu信xin息xi控kong製zhi，從cong而er實shi現xian家jia居ju生sheng活huo的de智zhi能neng化hua。

 

三、傳感器技術在物聯網中的意義

 

據分析機構預測，未來物聯網的發展將經曆四個階段，2010 年之前廣泛應用於物流、零售和製藥領域


，2010～2015 年物體互聯
，2015～2020 年物體進入半智能化，2020 年之後物件全智能化。經初步估計


，中國物聯網產業鏈的發展和應用將有可能創造 1000 億元左右的產值。而且，已有部分省市的關於十二 五期間物聯網發展規劃，已加快形成物聯網產業基本框架等一係列的“智慧”xingdong，biaomingledalifazhanwulianwangdejuexin。erchuanganqizuoweiwulianwangguanjianwujianzhiyi
，zaiwulianwangdefazhanyuyingyongguochengzhong，chuanganqiwangluojishudetigaoyufazhanshibihuichanshengjudadetuidongzuoyong。

 

物聯網包含感知層、wangluocengheyingyongcengsangecengmian，yeyunrenwei，muqianzhongguozuiquefadeshiganzhicengdechanpinhejishu，shixinxidezhuaquhejuhe。zaiganzhicengzhong，youyuchuanganqijishudejishuchengshuduhechengbenwenti，zuailewuxianchuanganqiwangluojiwulianwangdedaguimofazhanjiyingyong。yujianmeizhichu
，sigefangmiandeyinsujiangzuizhongjiangjuedingwulianwangdepujichengdu
，yishiwuxianchuanganqidejinyibudigonghaohua，ershifazhanwuxiangongdianhuocaidianjishu
，sanshinengyuandechaoweixinghua
，sijiushiwuxianchuanganqizishendeweixinghua。chucizhiwai，chuanganqidejichengzhizaojishu、信號檢測的智 能neng化hua發fa展zhan
，也ye是shi無wu線xian傳chuan感gan器qi需xu要yao考kao慮lv改gai善shan的de重zhong要yao方fang麵mian。因yin此ci，目mu前qian的de傳chuan感gan器qi技ji術shu的de主zhu要yao研yan究jiu工gong作zuo就jiu要yao注zhu重zhong以yi上shang四si個ge方fang麵mian的de因yin素su，突tu破po這zhe些xie研yan究jiu熱re點dian，物wu聯lian網wang的de發fa展zhan水shui平ping勢shi必bi會hui突tu飛fei猛meng進jin，應ying用yong也ye將jiang會hui廣guang泛fan普pu及ji，市shi場chang規gui模mo進jin一yi步bu擴kuo大da
，物wu聯lian網wang就jiu可ke以yi真zhen正zheng實shi現xian物wu物wu相xiang聯lian，成cheng為wei會hui“說話”
、會“思考”、會“行動”的物物信息 交流網絡。

 

四
、目前研究重點及研究現狀

 

在物聯網傳感器網絡體係結構的這三大部分中

， 目前的發展主要集中在幾個 方麵，在協議通信層主要研究重點是數據鏈路層 MAC 協議及網絡層路由協議的 研究


；在網絡管理技術層
，主要研究方向是收集數據的管理、節能問題的解決以 及網絡通信安全的實現

； 在網絡支撐技術層
， 主要研究點是節點定位問題的解決、 時間同步技術的實現以及用戶應用接口的實現
，這其中，協議的研究與節能的實 現又是相輔相成的。

 

4.1 數據處理問題的解決

 

基於傳感器網絡的任何應用係統都離不開感知數據的管理和處理技術。 不言 而喻， 感知網數據管理和處理技術是確定感知網可用性和有效性的關鍵技術。對 於觀察者來說，傳感器網絡的核心是感知數據，而不是網絡硬件。觀察者感興趣 的是傳感器產生的數據，而不是傳感器本身。觀察者不會提出這樣的查詢：“從 A 節點到 B 節點的連接是如何實現的?”，他們經常會提出如下的查詢：“網絡 覆蓋區域中哪些地區出現毒氣?”。在傳感器網絡中
，傳感器節點不需要地址之 類的標識。觀察者不會提出查詢：“地址為 27 的傳感器的溫度是多少?”，他們 感興趣的查詢是
，“某個地理位置的溫度是多少?”。綜上所述
，傳感器網絡是 一種以數據為中心的網絡。 顯然，感知數據管理和處理技術的研究是一項實現高 效率傳感器網絡的重要和關鍵的任務。遺憾的是
，到目前為止，感知數據管理和

 

處理技術的研究還不多， 還有大量的問題需要解決。感知數據管理與處理技術的 研究是數據庫界麵臨的新任務和新挑戰
，也為數據庫界提供了新機遇。

 

4.2 節能問題的實現

 

能量是節點工作的基礎， 節能問題


，幾乎貫穿無線傳感器網絡發展的各個方 麵。協議的建立需要考慮節能問題，以上麵的 MAC 協議的研究和路由協議的實 現都可以看出
； 網絡中的數據處理需要考慮節能問題， 沒有能量， 數據無法處理； 節點定位、時間同步都需要考慮節能問題，節能問題的解決，跟隨在每個環節的 實現上。當然
，純粹的節能方式也有很多，比如讓節點定期“休眠”等。但是， 大部分的節能還是包含在了具體實現細節當中，如文獻 [1] 采用一種帶有能量控 製的有效路由方式， 通過調整每個節點發送數據時的數據傳輸範圍進而調整消耗 的能量，以節省資源
，從而延長網絡壽命。

 

4.3 網絡安全問題

 

傳感器網絡多用於軍事
、商業領域
，安全性是其重要的研究內容。由於傳感 器網絡中節點隨機部署

、 網絡拓撲的動態性以及信道的不穩定性
，使傳統的安全 機製無法適用。因此需要設計新型的網絡安全機製。可借鑒擴頻通信、接入認證 ／鑒權、數據水印、數據加密等技術。目前，保證網絡安全性的方法也不少。 其中一種是借助特殊的無線傳感器終端。如文獻 [2] 中
，采用 PTD

 

（Personal Trust Device）作為傳感器網絡的終端

，由於價格高及有特殊環境要求等因素， 不能為每個節點在網絡中設立認證服務器來提供傳感器需要的服務，而在 PTD 和服務器之間建立認證和加密體係，隻有在服務器注冊過的 PTD 終端才 能獲得服務，未注冊的則不能，從而保證係統安全。通常，這種係統用在家庭環 境中。 

 

一種是采用安全罩（Secure Oveday）。 例如文獻 [3] 中， 采用一種稱為 SCANv2(Secure Conten AddressableNetwork Version2) 安全內容網絡尋址的安全罩，來實現無線傳感器網絡的安全。SCANv2 其實是在蓋在實際網絡層上的一個虛擬結構，通過采用 Hash 函數，把實際網絡中的節點映射到這個罩空間上
，某一區域或某 種功能的節點在罩空間的某一個共同的特定位置。用戶在從網絡中獲取服務時
， 需要通過相應的安全認證進入罩空間，再進一步通過加密解密過程從這個映射空間進入實際網絡中獲得所需服務。 

 

此外， 網絡安全中的加密後密鑰管理也是個問題。複雜的非對稱加密方式不 適合完全應用於能量有限的傳感器網絡， 而相對簡單的對稱加密方式又使得網絡 容易受到攻擊。在文獻 [4] 中，提到了一種新的加密方式，綜合采用了對稱和非 對稱的兩種加密方式中的某些特點。 在假定基站能量不受限製及節點不移動的前 提下，基站首先發出特定信息
，建立網絡的分層拓撲結構。外圍分布的節點又有 子節點和父節點之分
， 父節點保有子節點的密鑰
，確保子節點發送上來的信息是有效地子節點發送上來的
；同時，子節點又保有父節點的密鑰
，以便對發出的數 據進行跟蹤。基站擁有所有密鑰且擁有唯一的初始入網認證密鑰。

 

4.4 網絡支撐層的研究

 

4.4.1 節點定位問題

 

與一般的計算機網絡相比
， WSN 在計算機軟硬件所組成計算世界與實際物 理世界之間建立了更為緊密的聯係，隻有結合位置信息，傳感器獲取的數據才有 實際意義。 許多 WSN 的研究成果都表明了節點位置信息的重要性， 如在網絡層，因為 WSN 節點無全局標識，可以設計基於節點位置信息的路由算法；在應用層，根據節點位置
，WSN xitongkeyizhinengdixuanzeyixietedingdejiedianlaiwanchengrenwu，congerdadajiangdizhenggexitongdenenghao

，tigaoxitongdecunhuoshijian。xuduoduimubiaozhuizongwentideyanjiugengshijiangjiedianweizhiyizhizuoweiyigeqiantitiaojian。jiediandingweishi WSN 係統布設完成後麵臨的首要問題
，它可表述為：yikaoyouxiandeweizhiyizhijiedian，quedingbushequzhongqitajiediandeweizhi
，chuanganqijiedianjianjianliqiyidingdekongjianguanxi。dangqianduijiediandingweiwentideyanjiuyibandoujiyuyixiaqianti：(1)有一定比例的節點位置已知或具有 GPS 定位功能，這些節點的位置 可作為定位參考點；(2)節點可能具有測量與鄰節點距離的能力；(3)節點不具有 自主移動能力。全球定位係統 (GPS ) 已經在許多領域得到了應用，但由於價格高及有特殊環境要求等因素

，不能為每個節點配備 GPS 接收裝置。目前無線傳感器網絡自身定位係統和算法的分類如下：

 

(1)物理定位與符號定位。

(2)絕對定位與相對定位。 

(3)緊密耦合與鬆散耦合。 

(4)集中式計算與分布式計算。 

(5)基於測距技術的定位和無須測距技術的定位。 

(6)粗粒度與細粒度。 

(7)三角測量、場景分析和接近度定位。

 

4.4.2 時間同步

 

傳統的分布式係統時間同步算法一般采用集中發布方式
，即係統內的時間服務器通過單播或廣播方式周期性地向客戶節點發布時間

，如：NTP 。這種中心 發布方式不適合在具有能量受限、節點易損壞和網絡拓撲結構動態變化等特點的 WSN 中使用。目前對 WSN 時間同步的研究主要集中在兩個方麵：一是盡量減少 同步算法對時間服務器及信道質量的依賴， 縮短可能引起同步誤差的 “關鍵路徑” ； Elson WSN 二是從能耗的角度，研究節能、高效的同步算法。 等人分析了的工作 模式， 認為傳感器節點在大部分時間內處於自主工作狀態
，隻有在被監測事件發 生後才需要協同通信。基於這種工作模式
， Elson 提出了一種“事後同步”方法

( post — factos)rllchronization) ，即在被監測事件發生之前，不對各節點進行同步。隻有當被監測事件發生後，參與協同工作的節點間才開始同步，共同推斷事 件發生時間。仿真表明
，該方法有較好的節能特性，但實時性較差。 Hill 等人分析了同步過程中由節點本地硬件處理引起的同步誤差
， 提出了從硬件設計的角度 提高時間同步精度的方法。為了準確記錄物理層數據包到達時間
，文中設計了專用硬件“同步加速器”，消除了由於對同步報文的本地處理所引發的不確定性，提高了時間同步的精度。綜合 WSN 現有的時間同步方法在同步精度、同步有效時間、同步有效範圍
、能量消耗等方麵的特點
， Elson 提出了針對 WSN 時間同步方法設計的五點建議： 

 

·結合使用多種、可調的同步方式 

·盡量不維護全局時間信息 

·使用事後同步節能方式 

·能夠動態適應不同的應用需求 

·充分利用底層通信服務。

 

參考文獻

 

1.阮殿旭.唐大放.張曉光.劉旭東 Zigbee 技術無線傳感器網絡在煤礦井下環境監測 中的應用研究[期刊論文]-煤礦機械 2008(6) 

 

2.李漢玲 WSN 24_Link 係列無線傳感器網絡及應用[期刊論文]-機械工程與自動 化 2008(2) 

 

3.李漢玲 WSN 24_Link 無線傳感器網絡在心電監護係統中的應用[期刊論文]-電 腦開發與應用 2008(1)

 

4.朱輪.劉欣基於 IAPIT 的無線傳感器網絡定位算法研究[期刊論文]-科學技術與 工程 2012(32)

 

 

推薦閱讀：