無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）發(fā)展現(xiàn)狀及困境

科技發(fā)展的腳步越來越快，人類已經(jīng)置身于信息時代。而作為信息獲取最重要和最基本的技術——傳感器技術，也得到了極大的發(fā)展。傳感器信息獲取技術已 經(jīng)從過去的單一化漸漸向集成化、微型化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展，并將會帶來一場信息革命。具有感知能力、計算能力和通信能力的無線傳感器網(wǎng)絡 （WSN，wirelesssensornetworks）綜合了傳感器技術、嵌人式計算技術、分布式信息處理技術和通信技術，能夠協(xié)作地實時監(jiān)測、感知 和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對這些信息進行處理，獲得詳盡而準確的信息，傳送到需要這些信息的用戶。

　　由于WSN的巨大應用價值，它已經(jīng)引起了世界許多國家的軍事部門、工業(yè)界和學術界的廣泛關注，被廣泛地應用于軍事，工業(yè)過程控制、國家安全、環(huán)境監(jiān)測等領域。

　　無線傳感器網(wǎng)絡綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等多種領域，是當前計算機網(wǎng)絡研究的熱點。

　　一、發(fā)展概述

　　早在上世紀70年代，就出現(xiàn)了將傳統(tǒng)傳感器采用點對點傳輸、連接傳感控制器而構成傳感器網(wǎng)絡雛形，我們把它歸之為第一代傳感器網(wǎng)絡。隨著相關學科的 不斷發(fā)展和進步，傳感器網(wǎng)絡同時還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力，并通過與傳感控制器的相聯(lián)，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網(wǎng)絡，這是第二 代傳感器網(wǎng)絡。而從上世紀末開始，現(xiàn)場總線技術開始應用于傳感器網(wǎng)絡，人們用其組建智能化傳感器網(wǎng)絡，大量多功能傳感器被運用，并使用無線技術連接，無線 傳感器網(wǎng)絡逐漸形成。

　　無線傳感器網(wǎng)絡是新一代的傳感器網(wǎng)絡，具有非常廣泛的應用前景，其發(fā)展和應用，將會給人類的生活和生產的各個領域帶來深遠影響。發(fā)達國家如美國，非 常重視無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展，IEE（E正在努力推進無線傳感器網(wǎng)絡的應用和發(fā)展，波士頓大學（BostonUNIversity）還于最近創(chuàng)辦了傳感器中國測控網(wǎng)絡協(xié)會（SensorNetworkConsortium），期望能促進傳感器聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)。美國的《技術評論》雜志在論述未來新興十大技術時，更是將 無線傳感器網(wǎng)絡列為第一項未來新興技術，《商業(yè)周刊》預測的未來四大新技術中，無線傳感器網(wǎng)絡也列入其中。可以預計，無線傳感器網(wǎng)絡的廣泛是一種必然趨 勢，它的出現(xiàn)將會給人類社會帶來極大的變革。

　　二、無線傳感器網(wǎng)絡的定義和特點

　　無線傳感器網(wǎng)絡可以看成是由數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)分布網(wǎng)絡和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分是集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的節(jié) 點，各節(jié)點通過協(xié)議自組成一個分布式網(wǎng)絡，再將采集來的數(shù)據(jù)通過優(yōu)化后經(jīng)無線電波傳輸給信息處理中心。無線傳感器網(wǎng)絡操作系統(tǒng)Tiny0S141的研制 者，JasonHill博士把WSN定義為：Sensing＋CPU＋Radio＝Thousandsofpotentialapplication

　　哈爾濱工業(yè)大學的李建中教授將WSN定義為：WSN是由一組傳感器節(jié)點以自組織的方式構成的有線或無線網(wǎng)絡，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆 蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)布給觀察者。從硬件上看，WSN節(jié)點主要由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、無線數(shù)據(jù)收發(fā)單元以及小型電池單元組成，通常 尺寸很小，具有低成本、低功耗、多功能等特點；從軟件上看，它借助于節(jié)點中內置傳感器有效探測所處區(qū)域的溫度、濕度、光強度、壓力等環(huán)境參數(shù)以及待測對象 的電壓、電流等物理參數(shù)，并通過無線網(wǎng)絡將探測信息傳送到數(shù)據(jù)匯聚中心進行處理、分析和轉發(fā)。

　　WSN與傳統(tǒng)傳感器和測控系統(tǒng)相比具有明顯的優(yōu)勢。它采用點對點或點對多點的無線連接，大大減少了電纜成本，在傳感器節(jié)點端即合并了模擬信號／數(shù)字信號轉換、數(shù)字信號處理和網(wǎng)絡通信功能，節(jié)點具有自檢功能，系統(tǒng)性能與可靠性明顯提升而成本明顯縮減。

　　無線傳感器網(wǎng)絡具有以下特點：

　　1、硬件資源有限。WSN節(jié)點采用嵌入式處理器和存儲器，計算能力和存儲能力十分有限。所以，需要解決如何在有限計算能力的條件下進行協(xié)作分布式信息處理的難題。