无线传感器网络智能信息处理研究

【摘要】无线传感器网络的使用，极大的方便了我国居民的生活，也促进了我国诸多行业的发展，而无线传感器网络智能信息处理又是一项重要的技术，所以，需要我们对其进行研究。本文将从以下几个方面来分析无线传感器网络智能信息处理问题。。

【关键词】无线传感器；网络智能；信息；处理

中图分类号： TP212 文献标识码： A 文章编号：

一、前言

无线传感器网络的不断发展要求我们对其智能信息处理进行必要的研究，以提高无线传感器网络的水平，不断的促进无线传感器网络的发展。因此，研究无线传感器网络智能信息处理很有意义。

二、无线传感器网络概念

传感器网络实现了数据的采集、处理和传输三种功能。它与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。

无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者。

无线传感器网络所具有的众多类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。潜在的应用领域可以归纳为: 军事、航空、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域。

三、无线传感器网络的结构

无线传感器网络系统基本包括传感器节点(sensor node),汇聚节点(sink node)和管理节点。大量的传感器节点随机的布置在检测区域,节点以自组织的形式构成网络,通过多条中继方式将检测到的数据传送到汇聚节点,最后通过Internet或其他网络通讯方式将检测信息传送到管理节点。同样的,用户可以通过管理节点进行命令的,告知传感器节点收集检测信息。

传感器节点是一个具有信息采集,处理和通信能力的微型嵌入式计算机系统,但是受限于携带电池能量有限的原因,其处理能力相对较弱。从网络功能上看,每个传感器节点除了要处理本地的信息,还需要协助其他节点进行转发和处理信息。

四、无线传感器网络的应用

1、军事方面的应用。对无线传感器网络进行研究，较早应用是在军事领域。因为他具有可较快地部署、自行组织、较强的隐蔽性及容错性较高的特性，所以它可以完成对敌军地形的侦察，也可以完成对兵力的布防以及对装备的侦察，还可以完成对战场的实时监视、定位，还可以完成战场评估、核攻击以及生物化学攻击的监测与搜索的功能。

2、环境方面的应用。对无线传感器网络的应用，可以涉及到气象及地理方面，人们对自然与人为灾害进行监测，人们要对农作物的浇和土壤、空气的变化、家禽及牲畜所在的环境情况进行监视，并通过它做大面积的地表检测，还要通过它对自然界中的各种鸟类、动物以及昆虫进行无线跟踪，对濒危种群做进一步的研究等。

美国在ALERT的计划中，研究人员对多种传感器进行了开发，并用它来对降雨量进行监测，对河水水位及土壤水分做出监测，并依据所得出的数据对一些自然灾害进行预防。

3、医疗方面的应用。无线传感器网络还可以对人体的各项生理数据及健康情况做出检没，借助它对医院的药品做好管理工作，并将它应用到远程医疗等相关的医疗领域。在SSIM这个项目中，医生将100个微型传感器放入病人的眼里，使盲人能够有一定程度的视觉提高。科学家还大胆地借助它对“智能医疗之家”进行了创建，也就是在一个5间房的小区住宅内，利用无线传感器网络对生命体征进行测量，住户的主要生命体征，比如血压、脉搏、呼吸、睡觉姿势以及每天的活动情况都被测量并进行了数据保存，利用无线传感器网络对搜集到的数据被整理，送到相应的医疗机构，进行相应的研究。比如哈佛大学的一个研究小组就是利用无线传感器网络络构，建立了一个医疗监测平台。

4、家庭中的应用。技术人员可以将无线传感器嵌入到家具及家电中，将传感器与执行单元组成的无线网络还有Internet相连接，可以为人们提供比较舒服、便得以及人性化的智能家居环境。用户还可以更方便简洁地对家电做到远程监控，比如在下班前对家里的电饭锅、电话机、微波炉、录像机、电脑等家电进行摇控，按照容量的大小和时间的安排，设置煮饭、烧菜的时间，并安排好对电话留言的查收，对电视节目的选择，和网络资料的下载等工作。在对家居环境进行控制时，把传感器的节点安放在各自不同的房间，让他产生不同的感应。另外，我们可以对各个房间的环境温度做到局部的控制，甚至利用无线传感器网络还能够对幼儿的早期教育环境做出监测，对儿童的活动范围进行跟踪，使这里的研究人员、儿童的父母或者是他们的老师对他们进行全面地了解，并对儿童的学习过程地行行之有效的指导。

五、WSN信息处理智能方法设计

1、WSN信息处理建模

由于传感器节点兴趣由现实世界中发生或将要发生的事件组成,传感器节点任务是确定描述事件属性的值｡WSN成为以数据为中心的网络｡因此,信息系统概念能用做无线传感器网络信息处理的形式模型｡

通常,概念形成和表示中含糊性产生于信息不完整或知识缺乏情形下描述精确定义概念能力的不足,并且以相当含糊术语描述物质和精神世界,现实生活中存在着许多不一致性或不确定性｡具体对于无线传感器网络而言,由于节点自身能力有限,加上其易失效性,从而加剧了节点的不稳定性和网络资源的不确定性｡要求能在不一致和不确定下进行近似推理,但使用不完整､不确定或含糊信息,又难以区分一些不同的个体｡于是,通过立足于一类特殊不确定性,即个体不可分辨性,粗糙集技术完全能够提供粗糙而有效实用的解决方案,使得为无线传感器网络不确定数据管理建立一个相应的分布式计算模型成为可能｡

在该模型中,每个传感器节点被看做一个对象个体,物理环境由一组属性即被观测数据项描述,而且属性可以在决策表条件属性部分或决策属性部分,并分别对应于物理环境的输入或输出｡本文随后的分析仅使用该模型包含的描述信息,使得空间上接近传感器产生的相关度量数据能在不丢失主要信息的前提下被约简;而且,与数据描述的物理环境一致的､有助于数据解释和物理环境进一步预测的､以隐含依赖形式表示的决策规则,也可以从上述模型自然地获取,从而实现从经验知识到基于规则知识的转换｡

2、层次型智能信息处理

无线传感器网络数量众多的节点之间存在着松散的耦合,构成一个高度复杂的分布式系统,集中控制显然不能满足信息处理需求,而降低复杂度的一个有效途径是将无线传感器网络组织成簇层次结构,以最小化传送传感数据到基站的总能量消耗,即相邻节点按照某种特定簇标准动态地自动形成不同的簇｡在每个簇中根据能量等资源情况选出一个节点作为簇头(cluster header),它在比较高的层次上代表本簇;同样的机制也应用到簇头中,使之形成一个层次结构｡

基于这种分层路由结构,以数据为中心,粗糙集技术以决策表信息系统形式,从客观和全局角度,在三个层次上提出一种智能信息处理方法,利用局部化原理,传感器节点只与有限范围内的邻居节点交互;以簇为单位对区域内的数据在本地进行一定程度的局部融合,简化知识表示,簇头也可中继其他簇头节点转发的数据;此外,全部簇头所构成集合的一个子集又负责与sink节点通信､发送汇聚数据,被用于执行全局数据融合,以实现智能信息处理､能量消耗和系统性能之间平衡的全局目标｡

六、结束语

无线传感器网络智能信息处理关系到无线传感器网络能否有更加长远的发展，因此，需要我们对其智能信息处理问题展开深入的研究，以扩大其使用范围。

【参考文献】

[1]孙利民,无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社,2005.

[2]崔莉、鞠海玲、苗勇等，无线传感器网络研究进展[J].计算机研究与发展，2005，42（001）：163-174.