無線傳感器網(wǎng)絡應用系統(tǒng)介紹

傳感器節(jié)點可以完成環(huán)境監(jiān)測、目標發(fā)現(xiàn)、位置識別或控制其他設備的功能；此外還具有路由、轉發(fā)、融合、存儲其他節(jié)點信息等功能。
網(wǎng)關負責連接無線傳感器網(wǎng)絡和外部網(wǎng)絡的通信，實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡通信協(xié)議之間的轉換，發(fā)送控制命令到傳感器網(wǎng)絡內部節(jié)點，以及傳送節(jié)點的信息到服務器。
服務器用于接收監(jiān)測區(qū)域的數(shù)據(jù)，用戶可遠程訪問服務器，從而獲得監(jiān)測區(qū)域內監(jiān)測目標的狀態(tài)以及節(jié)點和設備的工作情況。
無線傳感器網(wǎng)絡通常具有如下主要特點：
(1)自組織。傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)的節(jié)點具有自動組網(wǎng)的功能，節(jié)點間能夠相互通信協(xié)調工作。
(2)多跳路由。節(jié)點受通信距離、功率控制或節(jié)能的限制，當節(jié)點無法與網(wǎng)關直接通信時，需要由其他節(jié)點轉發(fā)完成數(shù)據(jù)的傳輸，因此網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸路由是多跳的。
(3)動態(tài)網(wǎng)絡拓撲。在某些特殊的應用中，無線傳感器網(wǎng)絡是移動的，傳感器節(jié)點可能會因能量消耗完或其他故障而終止工作，這些因素都會使網(wǎng)絡拓撲發(fā)生變化。
(4)節(jié)點資源有限。節(jié)點微型化要求和有限的能量導致了節(jié)點硬件資源的有限性。

無線傳感器網(wǎng)絡應用現(xiàn)狀

傳感器網(wǎng)絡的應用與具體的應用環(huán)境密切相關，因此針對不同的應用領域，存在性能不同的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)^[3]。

軍事領域應用

在軍事應用領域，利用無線傳感器網(wǎng)絡能夠實現(xiàn)監(jiān)測敵軍區(qū)域內的兵力和裝備、實時監(jiān)視戰(zhàn)場狀況、定位目標物、監(jiān)測核攻擊或者生物化學攻擊等。
美國軍方研究的用于軍事偵查的NSOF（Networked Sensors for the Objective Force)系統(tǒng)^[4]是美國軍方目前研究的未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)的一部分，能夠收集偵查區(qū)域的情報信息并將此信息及時地傳送給戰(zhàn)術互聯(lián)網(wǎng)。系統(tǒng)由大約100個靜態(tài)傳感器和用于接入戰(zhàn)術互聯(lián)網(wǎng)的指揮控制節(jié)點C2（command and control）構成，系統(tǒng)架構如圖2所示。

2005年，美國軍方采用Crossbow公司節(jié)點構建了槍聲定位系統(tǒng)^[5]，節(jié)點部署于目標建筑物周圍，系統(tǒng)能夠有效地自組織構成監(jiān)測網(wǎng)絡，監(jiān)測突發(fā)事件(如槍聲、爆炸等)的發(fā)生，為救護、反恐提供了有力的幫助。
美國科學應用國際公司采用無線傳感器網(wǎng)絡構建了一個電子防御系統(tǒng)^[5]，為美國軍方提供軍事防御和情報信息。系統(tǒng)采用多個微型磁力計傳感器節(jié)點來探測監(jiān)測區(qū)域中是否有人攜帶槍支、是否有車輛行駛，同時，系統(tǒng)利用聲音傳感器節(jié)點監(jiān)測車輛或者人群的移動方向。

環(huán)境監(jiān)測應用

無線傳感器網(wǎng)絡應用于環(huán)境監(jiān)測，能夠完成傳統(tǒng)系統(tǒng)無法完成的任務。環(huán)境監(jiān)測應用領域包括：植物生長環(huán)境、動物的活動環(huán)境、生化監(jiān)測、精準農(nóng)業(yè)監(jiān)測、森林火災監(jiān)測、洪水監(jiān)測等。
加州大學伯克利分校利用傳感器網(wǎng)絡監(jiān)控大鴨島（Great Duck Island）的生態(tài)環(huán)境^[6]，在島上部署30個傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點采用Berkeley大學的Mica mote[7]節(jié)點，包括監(jiān)測環(huán)境所需的溫度、光強、濕度、大氣壓力等多種傳感器。系統(tǒng)采用分簇的網(wǎng)絡結構，傳感器節(jié)點采集的環(huán)境參數(shù)傳輸?shù)酱厥祝ňW(wǎng)關），然后通過傳輸網(wǎng)絡、基站、Internet網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫中。用戶或管理員可以通過Internet遠程訪問監(jiān)測區(qū)域。
加州大學在南加利福尼亞San Jacinto山建立了可擴展的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)[8]，主要監(jiān)測局部環(huán)境條件下小氣候和植物甚至動物的生態(tài)模式。監(jiān)測區(qū)域(25公頃)分為100多個小區(qū)域，每個小區(qū)域包含各種類型的傳感器節(jié)點，該區(qū)域的網(wǎng)關負責傳輸數(shù)據(jù)到基站，系統(tǒng)由多個網(wǎng)關，經(jīng)由傳輸網(wǎng)絡到Internet互聯(lián)網(wǎng)。
加州大學伯克利分校利用部署于一顆高70m的紅杉樹上的無線傳感器系統(tǒng)來監(jiān)測其生存環(huán)境[9]，節(jié)點間距2m，監(jiān)測周圍空氣溫度、濕度、太陽光強（光合作用）等變化。
文獻[10]利用無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)監(jiān)測牧場中牛的活動，目的是防止兩頭牛相互爭斗。系統(tǒng)中節(jié)點是動態(tài)的，因此要求系統(tǒng)采用無線通信模式和高數(shù)據(jù)速率。
在印度西部多山區(qū)域監(jiān)測泥石流部署的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)^[11]，目的是在災難發(fā)生前預測泥石流的發(fā)生，采用大規(guī)模、低成本的節(jié)點構成網(wǎng)絡，每隔預定的時間發(fā)送一次山體狀況的最新數(shù)據(jù)。Intel公司利用Crossbow公司的Mote系列節(jié)點在美國俄勒岡州的一個葡萄園中部署了監(jiān)測其環(huán)境微小變化的無線傳感器網(wǎng)絡^[12]。

建筑結構監(jiān)測

無線傳感器網(wǎng)絡用于監(jiān)測建筑物的健康狀況，不僅成本低廉，而且能解決傳統(tǒng)監(jiān)測布線復雜、線路老化、易受損壞等問題。
　　斯坦福大學提出了基于無線傳感器網(wǎng)絡的建筑物監(jiān)測系統(tǒng)[13]，采用基于分簇結構的兩層網(wǎng)絡系統(tǒng)。傳感器節(jié)點由EVK915模塊和ADXL210加速度傳感器構成，簇首節(jié)點由Proxim RangelLAN2無線調制器和EVK915連接而成。
南加州大學的一種監(jiān)測建筑物的無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)NETSHM[14]，該系統(tǒng)除了監(jiān)測建筑物的健康狀況外，并且能夠定位出建筑物受損傷的位置。系統(tǒng)部署于Los Angeles的The Four Seasons大樓內。系統(tǒng)采用分簇結構，采用Mica-Z系列節(jié)點。