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探析无线传感器网络技术的应用前景

2021-12-04 99 上传者：管理员

摘要：建设智慧城市、智慧社区是未来城市发展的方向。无线传感器网络技术是在计算机技术中的突破和创新，作为一种新型的信息收集和处理技术，具有耗能低、成本低、功能齐全等优点，有着非常广阔的发展前景，能够为很多行业带来有效帮助。文章从无线传感器网络技术的含义、特点、关键技术等方面进行论述，并分析了无线传感器网络技术未来发展的方向。

关键词：
信息集成技术
数据信息
无线传感器
智慧城市
网络技术
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智慧城市是运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息集成技术，促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理论和新模式。而随着物联网的广泛应用发展，无线电技术和无线传感技术逐渐成为新的研究领域。目前，我国在无线通信技术和计算机网络技术方面都有了突破性的进展，而无线传感器技术是我国收集获取数据信息最为关键的一项技术，在其他技术的推动下也有了巨大的进步。在传感器的数据收集中，由最开始的单一性逐渐转变为多样性、智能性、系统性等。传感器网络技术在1970年左右被提出以后，随着时代的不断进步，逐渐发展成为新型的无线传感器网络。无线传感器网络是通过众多数量的传感器节点组成的，这些传感器节点能够进行数据收集、数据输送等工作，同时再通过无线通信构成一个自动化、系统化的组织网络体系。这项技术的优点显著，未来发展的前景十分广泛，也对比较多的科技人员和优秀学者产生了巨大的影响。

1、无线传感器网络简介

无线传感器网络是由众多微型智能的传感器节点构成的，通过无线通信构成一种新的网络应用系统。无线传感器网络中包含了众多的传感器节点，因此，在部署的阶段中就要通过随机的形式，这就意味着不能事先预定传感器节点的主要位置。同时，传感器节点还具有比较强的合作处理能力，能够利用对某一部分的数据信息收集、分析来完成相应的工作任务[1]。美国将无线传感器网络技术称作近年来最具有影响力的优秀技术之一；我国近年来也十分注重无线传感器网络技术的发展，为这项技术制定了一系列的发展计划，在上个世纪末，我国有关科技部门专门为这项技术建立了研究试点，最大限度推进无线传感器网络技术的发展。

2、无线传感器网络体系组成

无线传感器网络技术体系是由网络管理平台、网络应用支撑和网络通信协议这三大部分组合而成的。网络通信协议则是通过数据链路层、物理层、数据信息传输层和网络层、应用层组成的。其中，物理层的主要功能有：(1)能够准确选择合理信道；(2)针对无线信号进行监控和管理；(3)对搜集的数据信息进行有效的输送和接收等。网络层的主要功能有：(1)路由分组；(2)网络间互连等。数据链路层的具体工作内容包括逐步提高物理层的信息输送作用，使其能够选择一条正确无误的链路。网络管理技术的主要内容就是要严格管理用户对传感器网络的管理、控制和传感器节点。传输层的主要工作内容包括对所收集到的数据信息进行准确的输送和管理，保障其能够进行最有效、最正确的信息数据传输。

3、无线传感器网络系统构成及应用前景

无线传感器网络系统结构如图1所示，它是由众多功能不一样或者一样的无线传感器节点、汇聚节点、任务管理节点、互联网和卫星等部分构成的。其中，传感器节点分别存在于系统指定的范围内，各个传感器节点都能够利用自身的功能进行数据信息收集和整理，并且将这些数据信息进行正确的传输。汇聚节点也能够将数据信息输送到不同的传感器节点中，将它连接到互联网和卫星中，能够通过互联网和卫星完成传感器和任务管理节点之间的信息输送。

无线传感器网络除了拥有Adhoc模式网络的连接性和电源无限性，还有一些其他的特点，例如：(1)无线传感器网络对系统实时性要求比较高；(2)无线传感器网络计算功能的有限性；(3)无线传感器网络中电源运用的有限性；(4)无线传感器网络拥有比较高的容错能力；(5)无线传感器网络的网络动态能力比较高；(6)无线传感器网络通信能力的有限性。无线传感器网络在我国无论哪个领域中都有着非常强大的应用和发展前景，现阶段，世界信息技术水平飞速提升，传感器技术有了进一步的突破，无线通信技术也得到了前所未有的发展，正因为有了这些技术作为支撑，无线传感器网络技术才能最大限度地应用于生活生产中，从根本上完成全方位的计算工作[2]。目前，我国已经将无线传感器网络技术应用于国防军事、医疗技术、维护社会安全、商业技术、环境问题监管等方面，并且，无线传感器网络技术的应用为这些领域提供了较高的技术支撑。

4、无线传感器网络中传感器节点的组成内容

无线传感器网络中的传感器节点结构如图2所示，其中传感器节点是由传感器板块、处理器板块、能量板块和无线通信板块这四大部分组合而成的。在相关的设计工作中，所有部分的通信工作都要将低耗能、节约能源放在第一位，如果到了必要的阶段，可以丢掉一些不必要的其他网络性能，从而最大程度上提高电源的工作效率。

5、无线传感器网络技术主要定位方式

目前，关于无线传感器网络的测距方式有5种：一是信号强弱测距方法（SSR）；二是测试测距方法（TOA），其中也包括了单向测距方式和双向测距方式；三是角度测量方式（AOA）；四是差分测试测距方式（TDOA）；五是进厂区电磁测距方式（NFER）。例如，在公共大巴定位中，要想最大限度地获取公共大巴的高精准定位，相关人员一般会采用测试测距方式（TOA）中的双向测距方式。

6、无线传感器网络的主要特点和具体功能分析

6.1 无线传感器网络的主要特点

6.1.1 无线传感器网络能够自动组成网络系统

无线传感器网络相关工作的开展并不需要其他预设的网络设备，无线传感器节点能够经过分布计算方式来调节自身的工作行为和工作方式，一旦开机，传感器节点就能够无须借助任何其他的网络设施，自行迅速地形成一个较为完整、系统的网络模式。

6.1.2 无线传感器网络动态拓扑

无线传感器网络从整体来看是一个动态性的网络系统，传感器节点能够自由地移动，主要表现为：一个传感器节点会因为其电池能源的使用完毕或者节点产生故障问题而脱离网络中，也会因为网络工作的需要而加入网络中[3]。

6.1.3 无线传感器网络缺少专业的控制中心

无线传感器网络中缺少科学、合理的控制中心，这就意味着各个传感器节点都是地位相等的，属于对等的网络模式，传感器节点根据自身的特性，能够自由地选择加入或者是离开网络中。如果一个传感器节点发生了故障问题，并不会导致整体网络系统的瘫痪故障，其整体的抵抗损坏能力是比较强的。

6.1.4 无线传感器网络硬件系统局限性

传感器节点容易受到成本价格、能源消耗、体积大小等影响，使其计算分析能力、总体使用容量受到一定的影响，导致其同一般的计算机具体功能相比要降低很多。

6.1.5 无线传感器网络节点数量繁多且密集

要想能够在最大限度上对指定范围内进行相关的检测管理工作，一般情况下就需要众多的传感器节点到该指定范围内进行工作。同时，传感器节点之间的距离也是比较近的，这样能够通过传感器节点之间的高度联系性使网络系统中能够加强容错能力和抵抗损坏的能力。

6.1.6 无线传感器网络具有运送、整理、接收的功能

无线传感器网络中传感器节点是由传感器的相关感知部件、距离无线通信板块、处理器一体化的智能性全面化系统组成的。

6.1.7 无线传感器网络电源功能局限性

无线传感器网络节点通过专业的电池为其提供电源，但其电池的电源容量比较小，因此，这就代表着在使用的过程中，一旦电池的能源容量被使用完毕，就不能中途替换电池或者继续给电池充电，所以，传感器节点在电池的能量使用完毕以后，就会失去它本身的作用，这个节点也就失去任何意义。

6.2 无线传感器网络的具体功能分析

6.2.1 无线传感器网络的时间延迟

无线传感器网络的时间延迟是相关的工作人员在发出需要检测观察的指令请求再到它接收到并且反映出指令中具体数据信息的总体时间。

6.2.2 无线传感器网络的可延展性

无线传感器网络的可延展能力主要包括传感器的数量多少、使用周期、网络适用范围、延迟时间和感知精准程度等方面的可延展性。

6.2.3 无线传感器网络的能源有效性

网络能够在一定的限制条件下进行有效的分析和处理，明确其具体的请求数量，这就是无线传感器网络的能源有效性。而无线传感器网络的能源有效性也是无线传感器网络中最主要、最关键的性能标准之一。

7、无线传感器网络的关键技术

7.1 无线传感器网络中的路由协议

路由协议需要将数据信息进行分组，在源节点通过网络输送到目的节点，其中，主要有两方面的功能内容：找寻目的节点和源节点之间的优化方式，并将数据进行分组，通过优化路径进行输送。和以往的路由协议相比，无线传感器网络的路由协议更加有优越性。相关人员在进行路由协议的设计工作时，要注意在使其精准度达到标准的前提下重点考虑它的能源消耗问题、传感器节点的异构程度、容错能力等问题。

7.2 无线传感器网络中的网络拓扑控制

在无线传感器网络拓扑控制技术中，要在能够符合网络覆盖的条件下，选择合适的网络节点和控制功率的方式，将多余的通信链路从传感器节点中删除掉，因此就能够组合成一个完整的数据优化网络系统。

7.3 无线传感器网络中的能量管理体系

随着无线传感器网络的进一步发展，技术人员通过提高电源容量、电源安全性等来提升传感器节点的使用时间。无线传感器网络的能量管理机制是通过控制节点对能量的有效运用，并且主要表现在无线传感器节点电源管理和节能通讯协议方面。

7.4 无线传感器网络中的定位技术

在无线传感器网络中，位置数据对传感器网络的检测观察工作十分重要，如果缺少位置的数据信息，那么所得到的感知数据就缺少准确性。无线传感器节点要了解自身所处的关键范围才能更加准确地进行数据监测。定位数据还能最大限度上满足对所要检测目标的定位和分析工作，同时还能够在一定程度上帮助路由提高效率，还能够更好地管理检测网络，更加准确地连接区域内网络的覆盖程度等。

8、结语

无线传感器网络技术在各个领域都有着有效的应用，如在军事领域、国防安全领域、环境监测管理领域等都发挥着关键性的作用。当下国内外的研究重点是无线传感器网络节点低功耗平台设计和网络协议等方面，未来无线传感器网络会朝着智能化、微型化发展，从而组建基于无线传感器技术的各智能系统，实现低成本、低功耗、易操作、易安装等需求。

参考文献:

[1]陈钢.无线传感器网络功率控制技术研究[J].中国设备工程,2021(10):202-203.

[2]孙玉昕.无线传感器网络技术课程思政建设探索[J].福建电脑,2021(5):63-65.

[3]史晶.混合无线传感器网络覆盖控制分析[J].无线互联科技,2021(9):16-17.

文章来源：赵金兰,李娅,岳庆玲,何乃文.无线传感器网络技术的应用及前景分析[J].江苏科技信息,2021,38(35):51-53.