无线传感网络(Wireless Sensor Network，WSN)是当前在国际上备受关注、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。wsN综合了传感器、嵌入式计算、现代网络及无线通信、分布式信息处理等技术，可以使人们在任何时间、地点和任何环境下获取大量详实可靠的信息，从而真正实现“无处不在”的计算理念。无线传感网络是新一代的传感网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。20世纪80—90年代，传感器网络的研究依旧主要在军事领域进行，并称为网络中心战思想中的关键技术。1999年，《商业周刊》将其列为21世纪最重要的21项技术之一。进入21世纪后，WSN受到了更多的关注，并在多种应用方面取得了重大进展。
1.国内外研究现状
在发达国家如美国，非常重视无线传感网络的发展，IEEE正在努力推进无线传感网络的应用和发展，美国的学术界和工业界联合创办了传感网络协会(sensor Network consonium)，期望能促进传感器联网技术开发。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感网络列为第一项未来新兴技术，《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感网络也列入其中。
我国现代意义的无线传感器网络及其应用研究首次正式出现于1999年中国科学院《知识创新工程试点领域方向研究》的《信息与自动化领域研究报告》中，作为该领域提出的五个重大项目之一。但是我国在无线传感器网络方面的研究工作与西方发达国家相比还很少。就当前而言，国内研究主要集中在网络协议，仿真计算等领域，在军事和民用应用方面的研究还比较少，无线传感器网络技术在环境监测上的应用也不多见。
在“中国未来20年技术预见研究”中总共157个技术课题，其中有7项是直接论述传感网络的。2006年初发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》为信息技术确定了三个前沿方向，其中两个与无线传感网络的研究直接相关，即智能感知技术和自组织网络技术。可以预计，无线传感网络的广泛使用是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革。
2.基本理论
无线传感网络是由大量的传感器节点构成的基于任务的平台，其必不可少的三要素是传感器、感知对象和观察者。传感器对感知对象进行感知，然后将感知结果发送给观察者。
从功能实现角度分析，无线传感器网络由嵌人式设备、传感器和网络构成嵌入式设备作为分布式监控和通信的载体；传感器测试大干世界的信息，转换可操作信号；网络作为所有设备构成的系统，相互协作，完成复杂的任务。无线传感器网络是指在环境中布置的传感器节点以无线通信的方式构成网络。
无线传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节和管理节点。大量传感器节点随机部署在监测传感区域内部或附近，能够通过组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网卫星到达管理节点。用户通过管理节点作为控制中心，对传感器网络进行配置管理，发布监测任务以及收集监测数据供用户浏览和处理。随机分布的集成有感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成网络，借助节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达地震波信号，从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多我们感兴趣的物质现象。在通信方式上，一般可以采用有线、无线、红外、光等多种形式，但一般认为短距离的无线通信技术最适合传感器网络使用，一般称作无线传感器网络。
综上所述，无线传感器网络由大量部署在监测区域的传感器节点组成，节点以无线通信方式相互连接，可以感知、采集和处理监测区域的信息，并将结果发送给观测者。无线传感器网络将逻辑上的信息世界和客观上的物理世界融合在一起，改变了人与自然界的交互方式，它在工业、农业、交通、军事、安全、医疗、空间探测等众多领域都有着广泛的应用。
3.应用
无线传感网络具有无需固定设备支撑的特点，可以快速部署同时具有易于组网、不受有线网络的约束，使其适合应用于难以使用传统有线通信机制的恶劣环境，比如一些危险的工业环境如煤矿、核电厂等，工作人员可以通过它来实施实时、高效的安全监测；同时无线传感器可以避免传统数据收方式给环境带来的侵人式破坏，因此可以被应用于水资源、大气等环境检测；随着无线终端设备的广泛使用，无线传感网络利用无线通信技术高效的进行异构传感网络互连，数据处理和融合，可被广泛地应用于城市交通、大型公共活动等社会信息化服务的各个领域。
(1)现代工业应用
煤矿系统或电力系统等广泛采用无线传感网络技术，利用微功耗单片机、温度传感器和无线通讯芯片技术，内置电池，价格便宜，安装简易，广泛应用于电力、高压等危险行业的温度监测。如无线传感网络的井下监测系统具有自组织、多跳式通信组网功能和在布网组网的高度灵活性，可望解决井下无线通信距离有限这一瓶颈；并可将瓦斯传感器、温度监测传感器与定位节点相结合，能将井下作业区的多种环境参数通过无线网络传送到救援系统，从而实现实时监控翻。
(2)农业信息化应用
我国作为世界上最大的发展中国家和传统的农业大国，农业信息技术有着巨大的应用空间和广阔的发展前景。现代农业是与信息化同步的农业，要实现农业现代化，必须积极利用现代信息科技的发展成果，加快农业信息化进程。我们需要将成熟的信息技术逐步引入到农业生产实践中。如可设计和开发具有无线传感器网络功能的温室信息采集设备，符合农业设施实践中信息采集的技术发展趋势，同时也会带动现代通讯技术等相关先进技术在农业中的应用，有利于推动温室技术设备的大面积推广，缩小与国外技术的差距，加快我国农业现代化进程。
(3)军事应用
由于无线传感网络具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。美国国防部对这类项目进行了广泛的支持。俄亥俄州正在开发“沙地直线”(ALine in山e sand)，就是一种无线传感网络系统。这个系统能够散射电子绊网(tripwire)到任何地方，也就是到整个战场，以侦测运动的高金属含量目标。这种能力意味着一个特殊的军事用途，例如侦察和定位敌军坦克和其它车辆。无线传感网络技术，预示着为战场上带来新的电子眼和电子耳，“能够在未来几十年内变革战场环境”。
(4)环境监测应用
随着人们对环境的日益关注，环境科学所涉及的范围越来越广泛。通过传统的方式采集原始数据是一件很困难的工作。无线传感器网络为野外随机性的数据获取提供了方便。比如，跟踪候鸟和昆虫的迁移，研究环境变化对农作物的影响，监测海洋、大气和土壤的成分等。ALERT系统中就有数种传感器来监测降雨量、河水水位和土壤水分，并依此预测爆发山洪的可能性。类似地，无线传感器网络对森林火灾准确、及时地预报也应该是有帮助的。此外，无线传感器网络也可以应用在精细农业中，以监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。
(5)智能家居
家用自动化：随着科技发展，智能传感器节点启动器被内置于打印机、扫描仪、真空吸尘器、微波炉、冰箱和录像机等家电或家具中。这些内置在家电或家具里的传感器节点相互作用能通过Intemet或卫星构成内部的网络。终端用户通过它们可以更容易的远程或本地管理家用电器，了解它们提供的服务，例如打印、扫描、传真等。另一个智能环境的例子是乔治敦科技学院的家庭型实验室。在这个环境中的感知和计算是可靠、持续、透明的。
4.展望
在人、物和事件之间实现无缝连接曾经似乎遥不可及，但现在这种局面已经彻底改变。由于在传感器、计算和通信技术领域取得的快速进步，互联世界已不再仅限于互联网的广泛使用，一些全新的应用将把强大的计算能力和无线通信能力带入我们的日常生活。无线传感技术最终将成熟到允许物理世界和虚拟世界进行无缝互连。
总体上来讲，由于传感器网络是一门新兴技术，国内与国际水平的差距并不很大，及时开展这项对人类未来生活影响深远的前沿科技的研究，对整个国家的社会、经济将有重大的战略意义。
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本文标题：无线传感网络技术研究与应用
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