电子信息技术在无线传感器网络的应用与发展

摘 要：随着时代的发展，如今无线传感器网络因其自组织，无中心，适应性强等特点，已经渗入到人们生产、生活的方方面面。通过分析其无线传感器网络收集到的数据，可以提高生产效率、监测交通状况、看护病人；但其也存在续航不足、性能不强等问题。随着电子信息技术的发展，无线传感器网络的数据处理性能逐步提升，续航时间逐渐增加，智能化程度日益提高。

关键词：无线传感器网络；电子信息技术；智能传感器

中图分类号：TN91 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）01-0052-02

无线传感器网络是一种由传感器节点构成的网络，能够实时地协作地监测、感知和采集网络分布区域内的各种检测对象信息，提供海量的详细测量数据，如灯光、温度、湿度、噪音等，并对这些信息进行处理，发送给观察者。在军事侦察、生物栖息、环境监测等领域，无限传感器网络有着广泛的应用前景[1]。

1 无线传感器网络的现状

无线传感器网络中的传感器通过无线方式通信，网络设置灵活，可以跟互联网进行连接，通过无线通信方式形成一个多跳自组织网络。其核心是传感器节点，每个传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统，一般由数据采集模块、处理控制模据G、无线通信模块和能量供应模块4部分组成。

1.1 无线传感器网络的特点

无线传感器网络的规模非常大。传感器网络的大规模性包括两方面的含义：一方面是传感器网络可以覆盖很大的地理区域；另一方面，传感器节点部署很密集，在面积较小的空间内，密集部署了大量的传感器节点。

无线传感器网络自组织，自维护。传感节点可以随机分布并自行组成网络，形成大面积的监控网络。由于环境等条件的改变，传感器的数量会有增减，网络拓扑随时间动态改变，无线传感器网络应该具备维护动态路由的能力。

无线传感器网络无中心。在无线传感器网络中，所有节点的位置都是平等的没有预先制定的中心，是通过预先设定的算法来相互协调。由于具有无中心的特点，无线传感器网络不会因为单个节点的脱离而受到损害。

无线传感器网络以数据为中心，在无线传感网络中，能源消耗最大的过程是通信过程，受到能源有效性的限制，无线传感器网络的路由应该在保证数据传输与稳定性前提下尽量减少通信量。

无线传感器网络的协作性强。由于无线传感器网络单个节点的计算能力有限，为了采集监测范围内各项数据，网络的运作需要大量的节点进行数据交换，信号协同和信号处理。这种方式可以有效克服处理和存储能力不足的缺点，共同完成复杂任务的执行。

1.2 无线传感器网络的应用

1.2.1 军事领域

由于无线传感器网络具有密集型，随机分布，部署快速，可自组织，隐蔽性强且容错性高等诸多特点，使其非常适合用于复杂恶劣的战场环境。在军事领域的主要应用包括战场敌情侦察，警戒地域监视和预警，监控敌我双方物资、情况，判断敌军进攻动向，战场毁伤效能评估等。

1.2.2 医疗应用

医疗是无线传感器网络的另一个重要应用领域。无线传感器网络可以提供对医院的药物控制和药品管理，辅助医生诊断和监控病人的状态，跟踪病人的状态，监控医生、护士的服务，还可以远程监视特殊人群的健康状态，提供远程治疗等诸多服务。

通过部署在患者家中的传感器网络可以覆盖患者的活动区域，患者身上的可穿戴设备可以提供必要的生理指标，通过这些节点可以对患者的重要身体指标进行实时监测。此类传感器系统可以在本地对数据进行预处理后传输至医疗服务机构。

1.2.3 农业领域

农业生产中，利用无线传感器网络可以有效地降低传统农业中的人力消耗以及对农田环境的影响，并获取精确的环境和作物信息。通过传感器获取的气候数据，可以分析得到农作物产量与日照、温度、湿度的关系，并对灌溉等措施作相应调整。

1.2.4 环境监测应用

海洋、冰川、火山和原始森林等地区自然条件艰苦，人迹罕至。无线传感器部署简单易行，以无人值守的方式长期工作，且在各种不同的环境中都具有较强的稳定性。此外，通过传感器收集数据还可以避免数据收集方式给环境带来的侵入式破坏[2]。

1.2.5 工业应用

在工业环境中，大范围使用传感器可以实施生产过程当中的安全监测，也能对自动化生产的生产环节和设备状态进行实时监控，从而改进产品质量，增加产量、降低能耗、提高竞争力。

2 无线传感器网络的问题

无线传感器网络中的节点部分通过电池提供能量，为了延长传感器使用寿命，能耗控制特别重要，如何在保证无线传感器网络功能前提下控制能耗成为了一个重要问题。

无线传感器网络节点分布密集，数据有显著的冗余性，对于采集到的海量数据信息量需要利用数据聚集，融合。同时，在目标跟踪、识别等新型使用场景下，传感器需要更强的数据处理能力。目前受限于功耗和体积，传感器数据处理模块性能较差，数据处理能力不足。

无线传感器网络仍然具有安全性问题。无线信道、有限的能量，分布式控制都使得无线传感器网络更容易受到攻击。被动窃听、主动入侵、拒绝服务是这些攻击的常见方式。因其具有大量数据，安全性是传感器网络设计中至关重要的部分。

无线传感器网络的通信同样重要。在复杂的环境中，信号容易被障碍物或其他电子信号干扰。在传感器网络内以及传感器与上层网关通信过程中，如何保证传输的速率以及稳定性是一个亟待解决的问题。

2.1 电子信息技术的发展

在无线传感器网络以数据为中心的采集、传输、处理的各个过程，电子信息技g都发挥了巨大的作用。

2.1.1 无线通信技术

通信技术发展迅速，4G、wifi、zigbee等通信技术的发展使无线传感器数据传输速度有了大幅度提升。多种通信技术融合使用，扩大了传感器的覆盖范围，并使其能够适应不同的应用环境。