无线传感器网络发展及应用

摘要:过去10年来,无线传感器网络(WSN)迅速发展成一门应用技术,它是遥感技术的扩展。本文先对无线传感器网路(WSN)产生和发展、技术成熟程度分析进行介绍,还对其在精准农业等领域的监测方面的运用进行了重点描述。最后总结无线传感器网络技术发展过程中的主要挑战,并对其未来环境应用中的重点发展方向进行了展望。

关键词:无线传感器;精准农业监测;无线通讯;自组织网络

中图分类号:TP212文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 06-0000-02

Development&Application of Wireless Sensor Network

Cao Mingyi

(Sichuan Coal Industry Group,Dazhu Group,Telecommunications Branch,Dazhou635000,China)

Abstract:Over the past 10 years,wireless sensor network technology into an application technology has been rapid development.It is the expansion of remote sensing technology.The article focuses on the development of wireless sensor network(WSN),and introduce the technology maturity analysis,also focuses on description of use the precision agriculture areas.At last,wireless sensor network technology in the development of the main challenges and its environmental applications,the focus of future development were reviewed.

Keywords:wireless sensor network;Precision agriculture monitoring;

Wireless communication;Self-organizing network

一、无线传感器网络(WSN)概述

无线传感器网络(WSN)技术是集成了传感器技术、自动控制技术、数据网络传输、储存、处理与分析技术的现代信息技术,是信息科学领域中一个全新的发展方向。无线传感器网络经历了智能传感器、无线智能传感器、无线传感器网络3个阶段。智能传感器将计算能力嵌入到传感器中,使得传感器节点不仅具有数据采集能力,而且具有滤波和信息处理能力;无线智能传感器在智能传感器的基础上增加了无线通信能力,大大延长了传感器的感知触角,降低了传感器的工程实施成本;无线传感器网络由具备记忆能力的存储器、处理器、传感器、无线通讯和电池等硬件组成,它将将网络技术引入到无线智能传感器中,使得传感器不再是单个的感知单元,而是能够交换信息、协调控制的有机结合体,实现物与物的互联,把感知触角深入世界各个角落,必将成为下一代互联网的重要组成部分。

二、无线传感器网络(WSN)技术原理

无线传感器网络(WSN)的传感器一般与小型计算机和无线发送装置集于一体(节点),可以获得关于观测对象的图像、声音、气味等特性,并进行显示、储存或分析通过网络传输到数据收集中心。它的发展及其广泛应用主要归因于传感器技术的微型化、智能化、廉价性和数据无线传输的可能性。网络传感器节点可实现相互间的网络通讯,指令和数据传输,并自动构建网络拓扑。

图1 无线传感器示意图

图2 无线传感器网络示意图

三、无线传感器网络(WSN)网络应用

WSN网络是面向应用的,其产生和发展一直都与应用相联系。WSN技术在军事领域、精细农业、安全监控等领域的应用得到了充分的肯定和展示。特别是在环境监控和精细农业方面,WSN系统应用最为广泛。美国华盛顿州20世纪80年代在全州铺设了公共农业气象系统网,华盛顿州立大学精准农业系统中心在此基础上,为了升级数据存储和传输技术,开发了2套无线传感器网络。一套是基于AWN200硬件技术的区域无线传感器网络技术,另一套是农田霜冻监测的无线传感器网络技术SS100。每个农业气象节点能够获得太阳辐射、气温、相对湿度、叶子湿度、降雨、风速、风向、土壤温度和湿度。每个节点的能量若能使用交流电就用交流电,否则用太阳能和电池相结合。图3为纽约河口实时水面风场观测与预测图,其中(a)为观测图;图4纽约港口外部定点测量时序数据及预测图。

图 3 纽约河口实时水面风场观测与预测图

图 4 纽约港口外部定点测量时序数据及预测图

四、展望

前面提到,目前无线传感器网络采集的数据主要是温度、湿度等标量数据,对摄像等视觉数据的采集和传输能力均有限。人们已经开始发展视觉传感器网络(VSN)技术。未来5-10年将是无线传感器网络技术大发展的时期,传感器多样化及系统节点微型化方面将会取得长足发展。在传感器技术方面,生物传感器有望成为一个主要的生长点。生物传感器是依靠生物机制对目标污染物或微有机物产生响应的传感器转换装置。现在监测污水中有毒污染物的生物传感器已经实现商业化,其中表面等离子共振反射测量技术的商品化会成为生物传感器发展的重要手段。

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