无线传感器网络的测量应用研究

摘 要：在网络的设计方案规划、方针和优化阶段，无线信道传播模型是无线传感器网路方案设计实现的基础和难点。而且，无线信道传播模型对接点覆盖范围、邻居节点度等重要网络参数有着重要的影响，无线传感网络系统都需要提供基于位置信息的服务，并且定位技术也是通过信号衰落与距离之间的关系来实现测距的。本文根据笔者多年的工作经验，就无线传感器网络的测量应用问题进行了浅要分析。

关键字：无线传感网络；测量；信道；网络参数

随着传感器、无线通信、集成电路、微机电系统以及纳米等技术和生产工艺的飞速发展和日益成熟，使得低成本、低功耗、多功能的集成微型传感器的大量生产成为可能。无线传感器网络是一种特殊的Ad-hone网络，可应用于布线和电源供给困难的区域以及作业人员不能到达的区域和一些临时场合等。微型集成传感器在极小的体积内集成了传感器、微处理器、双向无线通信模块和供电模块等多种电路模式。大量的多种廉价微型传感器节点部署在监测区域内，通过利用关于无线电通信的软件形成一个多跳的具有动态拓扑结构的自组织网络系统就是无线传感器网络。

1关于无线传感网络的介绍

无线传感器的应用环境通常是由廉价的传感器节点组成的，每个节点都具有采集、存储和处理环境信息的能力，并且能和邻居节点通过无线链路保持通信。关于覆盖问题是无线传感器网络配置首先面临的基本问题，由于传感器节点可能任意分布在配置区域的任意性，它反映了一个无线传感器网络在某区域被监测和跟踪的时况。LanF.AkydidizD提出了WSN协议栈的五层模型，分别对应OSI参考模型物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层进行了介绍。如下：

1.1物理层

物理层：物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体和互连设备，为数据传输提供环境物理层的媒体物理层，其中通信用的互连设备是指DTE和DCE间的互连设备。

1.2数据链路层

数据链路层主要负责数据流的多路选择、数据帧侦测、媒介访问和差错控制，保证了点到点、点到多点的可靠性链接。媒介访问控制为数据的传输建立了通信链路，并保证了对共享媒介的公平和有效的访问。在无线传感器网络中，介质访问控制协议决定着无线信道的使用方式，在传感器节点之间的分配有限无线通信资源是用来构建传感器网络系统的底层基础结构。

1.3网络层

网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据包服务。网络层不提供服务质量的承诺，即所传送的分组，可能出错、丢失、重复和失序，当然也不能保证分组传送的时限。

1.4传输层

传输层是管理从汇聚节点到传感节点的传输过程中WSN不适合设计通用的路由协议：能耗和计算复杂度。WSN是无基础设施的网络，其特点是电池供电、无人看守，并且电池不能补充，想要延长网络寿命就必须降低能耗。

1.5应用层

在某种程度上可以把传感器网络看作一种由大量微型、廉价、能量有限的多功能传感器节点组成的。由于传感器网络的特殊性，而导致传感器网络对操作系统的需求相对于传统操作系统有较大的差异。

2无线传感网络的特点

无线传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点和任务管理节点这三大部分。目前常见的无线网络传感器具有以下几种特点：（1）具有计算能力、存储空间、能耗和能量供应有限；（2）网络通常具有自组织性网络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施；（3）网络的多跳路由性在网络中节点通信距离一般有限，通常情况下在百米范围内，节点只能与它相邻的节点直接通信，如果想要与其射频覆盖范围之外的节点进行通信，则需要通过中间节点进行路由连接；（4）网络的动态拓扑性无线传感器网络是一个动态的网络，节点可以随处移动；（5）通常无中心性无线传感器网络中没有严格的控制中心，因此所有节点地位平等；（6）节点稠密布置，协作感知；（7）节点具有数据融合的能力。

3无线传感网络测量的应用

无线传感器网络可以包含大量的由震动、红外、声音、图像和雷达等多种不同类型传感器组成的网络节点，也可以用于监控温度、湿度、压力、噪声、机械应力等不同的量。它在军事、农业及环境、工业、医疗、空间探索、土木工程、跟踪及物流管理等领域有着广阔的应用前景。下面简单的举几个应用的例子：

3.1野外的测量应用

通过倾角传感器可以监测山体的运动状况，山体往往由多层土壤或岩石组成，不同层次间由于物理构成和侵蚀程度不同，其运动速度也不同。发生这种情况的部署在不同深度的倾角传感器将会返回不同的倾角数据。

无线传感器网络技术不仅使每个节点便于安装部署，而且免去了有线接人的繁琐过程，降低了成本，并且基于Xmesh的网络能够长期稳定、可靠地连续工作，保证数据的储存和及时的更新。并且整个系统的工作模式也可以通过网络随时改变，以灵活适应不同的环境状态。

3.2室内无线信道的应用

由于传统的无线信道模型进行的无线传感器网络的研究和实现必然会因为信道模型的差异而带来仿真结果和可信度的下降，甚至会影响无线传感器网络方案的设计效果。因此对无线信道模型是无线传感器网络的研究和实现变得越来越重要。

对于在无线路由器网络在室内无线信道与室外相比，室内的多障碍物环境、地面、天花板和将比等结构会直接造成接收信号为不同方向的多种信号的合成而使信号在接收时发生，瞬时接收场强的快速波动。因此室内环境中的小尺度衰减对平均接收场强测定的影响远大于室外，因此，测定室内大尺度衰减模型的难度大大提高了。

3.3无线传感器网络应用CSS扩频通讯方式测量距离

利用一种软件进行通讯方式测量距离，利用了无线传感器网络的先进技术，是现代化的一个新兴技术。无线传感器网络应用CSS扩频通讯方式测距实验箱，配置IEEE802.15.4a位置追踪功能的PHY，有着构建自控通信网、提供距离测量、定位解决方案等优势。

3.4在地震监测中的应用

地震监测是指通过获取地震发生时的震动信号，以有线或无线的方式将获取的监测信息传送到监控中心，然后通过对数据的分析，并进行相应的监控和预警。

A、有线地震监控网络有线网络是网络测量中重要的信息传输方式，但有线网络无法有效地对一些人力难以到达的环境恶劣的地区进行地震监测，而且在应急情况下有线网络往往容易被破坏，无法实时传送余震的信息。

B、无线地震监控网络无线传感器网络相对于传统的有线和其它无线网络而言具有“具有自组织、自愈合”的特点。从而能够适应复杂多变的环境，在监测各种有线网络无法有效监测的地区，实现了灾难预警与救助的功能。

结语

综上所述，笔者凭借在规划管理所多年的实践经验，对无线传感器网络测量方面应用的也有一定的认识，上文也简要的介绍了一些应用方面。无线传感器网络测量作为一种新兴技术，它拥有着广泛的发展空间。利用无线网络能够实现灵活、可靠、安全的数据采集。相信随着技术的进一步的开发与完善，会使得越来越多的传统方法无法解决的问题迎刃而解。

参考文献：

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