在信息時代，作為信息獲取最重要和最基本的技術(shù)——傳感器技術(shù)，得到了極大的發(fā)展。傳感器信息獲取技術(shù)已經(jīng)從過去的單一化漸漸向集成化、微型化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，并將會帶來一場信息革命。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 信息革命下開疆拓土中
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)崛起
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由隨機分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的微小節(jié)點通過自組織的方式構(gòu)成，借助于節(jié)點中內(nèi)置的形式多樣的傳感器測量所在周邊環(huán)境中的熱、紅外、聲納、雷達(dá)和地震波信號，從而探測包括溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等眾多我們感興趣的物質(zhì)現(xiàn)象。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，或稱為“微塵傳感器（Mote）”，可以由有源電子標(biāo)簽和傳感單元構(gòu)成：帶有聯(lián)網(wǎng)功能及應(yīng)用軟件的電路板；可檢測溫度、壓力、濕度、光線、聲音或者磁性變化的傳感器界面；以及可以匯報探測情況的無線電收發(fā)裝置。
早在上世紀(jì)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(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)雛形，我們把它歸之為第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)。隨著相關(guān)學(xué)科的的不斷發(fā)展和進步，傳感器網(wǎng)絡(luò)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(luò)，這是第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)。而從上世紀(jì)末開始，現(xiàn)場總線技術(shù)開始應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，人們用其組建智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)，大量多功能傳感器被運用，并使用無線技術(shù)連接，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸形成。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的八大應(yīng)用
工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為系統(tǒng)級應(yīng)用，即包括現(xiàn)場無線傳感器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)和監(jiān)控主機等在內(nèi)的整體解決方案。因具有成本低、范圍大、布設(shè)靈活、移動支持等特點，工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在力學(xué)參數(shù)檢測、工業(yè)監(jiān)控、智能電力、礦山安全、醫(yī)療健康、環(huán)境監(jiān)測等行業(yè)的應(yīng)用一直廣受重視。
（1）軍事領(lǐng)域的應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，由于WSN（無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）具有密集型、隨機分布的特點，使其非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境。利用WSN能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測敵軍區(qū)域內(nèi)的兵力和裝備、實時監(jiān)視戰(zhàn)場狀況、定位目標(biāo)、監(jiān)測核攻擊或者生物化學(xué)攻擊等。
（2）輔助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)WSN特別適用于以下方面的生產(chǎn)和科學(xué)研究。例如，大棚種植室內(nèi)及土壤的溫度、濕度、光照監(jiān)測、珍貴經(jīng)濟作物生長規(guī)律分析與測量、葡萄優(yōu)質(zhì)育種和生產(chǎn)等，可為農(nóng)村發(fā)展與農(nóng)民增收帶來極大的幫助。采用WSN建設(shè)農(nóng)業(yè)環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)，用一套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完成風(fēng)、光、水、電、熱和農(nóng)藥等的數(shù)據(jù)采集和環(huán)境控制，可有效提高農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)程度，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植的科學(xué)性。
（3）生態(tài)監(jiān)測與災(zāi)害預(yù)警WSN可以廣泛地應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、生物種群研究、氣象和地理研究、洪水、火災(zāi)監(jiān)測。環(huán)境監(jiān)測為環(huán)境保護提供科學(xué)的決策依據(jù)，是生態(tài)保護的基礎(chǔ)。在野外地區(qū)或者不宜人工監(jiān)測的區(qū)域布置WSN可以進行長期無人值守的不間斷監(jiān)測，為生態(tài)環(huán)境的保護和研究提供實時的數(shù)據(jù)資料。具體的應(yīng)用包括：通過跟蹤珍稀鳥類等動物的棲息、覓食習(xí)慣進行瀕危種群的研究；在河流沿線區(qū)域布置傳感器節(jié)點，隨時監(jiān)測水位及水資源被污染的情況；在泥石流、滑坡等自然災(zāi)害容易發(fā)生的地區(qū)布置節(jié)點，可提前發(fā)出災(zāi)害預(yù)警，及時采取相應(yīng)抗災(zāi)措施；可在重點保護林區(qū)布置大量節(jié)點隨時監(jiān)控內(nèi)部火險情況，一旦發(fā)現(xiàn)火情，可立刻發(fā)出警報，并給出具體位置及當(dāng)前火勢的大小；可將節(jié)點布置在發(fā)生地震、水災(zāi)等災(zāi)害的地區(qū)、邊遠(yuǎn)山區(qū)或偏僻野外地區(qū)，用于臨時應(yīng)急通信。
（4）基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)WSN技術(shù)對于大型工程的安全施工以及建筑物安全狀況的監(jiān)測有積極的幫助作用。通過布置傳感器節(jié)點，可以及時準(zhǔn)確地觀察大樓、橋梁和其他建筑物的狀況，及時發(fā)現(xiàn)險情，及時進行維修，避免造成嚴(yán)重后果。
（5）工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用在工業(yè)安全方面，傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可用于危險的工作環(huán)境，例如在煤礦、石油鉆井、核電廠和組裝線布置傳感器節(jié)點，可以隨時監(jiān)測工作環(huán)境的安全狀況，為工作人員的安全提供保證。另外，傳感器節(jié)點還可以代替部分工作人員到危險的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)，不僅降低了危險程度，還提高了對險情的反應(yīng)精度和速度。
由于WSN部署方便、組網(wǎng)靈活，其在倉儲物流管理和智能家居方面也逐漸發(fā)揮作用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使傳感器形成局部物聯(lián)網(wǎng)，實時地交換和獲得信息，并最終匯聚到物聯(lián)網(wǎng)，形成物聯(lián)網(wǎng)重要的信息來源和基礎(chǔ)應(yīng)用。
（6）在智能交通中保障安全暢通智能交通系統(tǒng)（ITS）是在傳統(tǒng)交通體系的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型交通系統(tǒng)，它將信息、通信、控制和計算機技術(shù)以及其他現(xiàn)代通信技術(shù)綜合應(yīng)用于交通領(lǐng)域，并將“人—車—路—環(huán)境”有機地結(jié)合在一起。在現(xiàn)有的交通設(shè)施中增加一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將能夠從根本上緩解困擾現(xiàn)代交通的安全、通暢、節(jié)能和環(huán)保等問題，同時還可以提高交通工作效率。因此，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)已經(jīng)成為近幾年的研究熱點。智能交通系統(tǒng)主要包括交通信息的采集、交通信息的傳輸、交通控制和誘導(dǎo)等幾個方面。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以為智能交通系統(tǒng)的信息采集和傳輸提供一種有效手段，用來監(jiān)測路面與路口各個方向的車流量、車速等信息。它主要由信息采集輸入、策略控制、輸出執(zhí)行、各子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸與通信等子系統(tǒng)組成。信息采集子系統(tǒng)主要通過傳感器采集車輛和路面信息，然后由策略控制子系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)，并運用計算方法計算出最佳方案，同時輸出控制信號給執(zhí)行子系統(tǒng)，以引導(dǎo)和控制車輛的通行，從而達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能交通中還可以用于交通信息發(fā)布、電子收費、車速測定、停車管理、綜合信息服務(wù)平臺、智能公交與軌道交通、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)和綜合信息平臺等技術(shù)領(lǐng)域。
（7）在醫(yī)療系統(tǒng)大有作為近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療系統(tǒng)和健康護理方面已有很多應(yīng)用，例如，監(jiān)測人體的各種生理數(shù)據(jù)，跟蹤和監(jiān)控醫(yī)院中醫(yī)生和患者的行動，以及醫(yī)院的藥物管理等。如果在住院病人身上安裝特殊用途的傳感器節(jié)點，例如心率和血壓監(jiān)測設(shè)備，醫(yī)生就可以隨時了解被監(jiān)護病人的病情，在發(fā)現(xiàn)異常情況時能夠迅速搶救。羅切斯特大學(xué)的一項研究表明，這些計算機甚至可以用于醫(yī)療研究。科學(xué)家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個“智能醫(yī)療之家”，即一個5間房的公寓住宅，在這里利用人類研究項目來測試概念和原型產(chǎn)品。“智能醫(yī)療之家”使用微塵來測量居住者的重要特征（血壓、脈搏和呼吸）、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。所搜集的數(shù)據(jù)將被用于開展以后的醫(yī)療研究。通過在鞋、家具和家用電器等設(shè)備中嵌入網(wǎng)絡(luò)傳感器，可以幫助老年人、重病患者以及殘疾人的家庭生活。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)可高效傳遞必要的信息從而方便接受護理，而且可以減輕護理人員的負(fù)擔(dān)，提高護理質(zhì)量。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)長時間收集人的生理數(shù)據(jù)，可以加快研制新藥品的過程，而安裝在被監(jiān)測對象身上的微型傳感器也不會給人的正常生活帶來太多的不便。此外，在藥物管理等諸多方面，它也有新穎而獨特的應(yīng)用。
（8）促進信息家電設(shè)備更加智能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的逐漸普及，促進了信息家電、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，家庭網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備已由單一機向多種家電設(shè)備擴展，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能家居網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點為家庭內(nèi)、外部網(wǎng)絡(luò)的連接及內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之間信息家電和設(shè)備的連接提供了一個基礎(chǔ)平臺。
在家電中嵌入傳感器節(jié)點，通過無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，將為人們提供更加舒適、方便和更人性化的智能家居環(huán)境。利用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)對家電的遠(yuǎn)程遙控，也可以通過圖像傳感設(shè)備隨時監(jiān)控家庭安全情況。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)可以建立智能幼兒園，監(jiān)測兒童的早期教育環(huán)境，以及跟蹤兒童的活動軌跡。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)市場面臨挑戰(zhàn)
隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的展開，工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也面臨著延長節(jié)點工作時間、增加通信距離、小型化、標(biāo)準(zhǔn)化等技術(shù)挑戰(zhàn)和尋找應(yīng)用場景等市場挑戰(zhàn)。
從有線網(wǎng)絡(luò)到無線網(wǎng)絡(luò)的變化將加速無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的成長，透過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可接觸到比有線網(wǎng)路更廣泛、更彈性化和可擴展的多元應(yīng)用。隨著近幾年無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開始投入使用。目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要用于檢測和監(jiān)測兩部分市場。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在檢測市場主要應(yīng)用于國防研究、高校、專業(yè)科研及檢測機構(gòu)和大型裝備制造等領(lǐng)域。國防產(chǎn)品需要進行嚴(yán)格的試驗和測試以確保產(chǎn)品的可靠性，因此對測試國防產(chǎn)品的傳感器提出了高可靠性的要求。近幾年，國家開始實施越來越多的國防重大工程，并致力于自主可控，并且更換頻率較高。因此，對檢測傳感器的需求正在逐步擴大。
我國雖已具有一定規(guī)模的高校數(shù)量和較為完整的人才培養(yǎng)體系，但與國外相比，教學(xué)設(shè)備還存在差距，科研院所實驗設(shè)備也相對落后，未來教育產(chǎn)業(yè)的發(fā)展會使得相關(guān)教學(xué)設(shè)備和實驗設(shè)備的采購需求快速擴大，也會為檢測傳感器市場帶來廣闊的發(fā)展空間。
我國正在加大檢測行業(yè)的發(fā)展力度，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)如公路、鐵路和橋梁等工程的監(jiān)測需求持續(xù)增長，使得專業(yè)的科研和檢測機構(gòu)對檢測傳感器的需求增加;隨著智能制造的發(fā)展，我國對高端大型裝備的需求也越來越多，測試裝置可以有效減少產(chǎn)品研發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本，傳感器已經(jīng)慢慢成為大型裝備制造企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)過程中產(chǎn)品穩(wěn)定性測試不可或缺的環(huán)節(jié)，因此傳感器在大型裝備制造領(lǐng)域的市場規(guī)模也將呈現(xiàn)上升態(tài)勢。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在監(jiān)測市場主要應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境監(jiān)測、智能電網(wǎng)、數(shù)字化油田和智能工業(yè)等領(lǐng)域。工業(yè)環(huán)境的監(jiān)測范圍已經(jīng)覆蓋到整個生態(tài)環(huán)境的各個方面，包括日常環(huán)境監(jiān)測，如大氣、水、電磁輻射和放射性監(jiān)測等。同時還存在一些特殊的區(qū)域環(huán)境監(jiān)測，如沙漠、高山和存在放射源等區(qū)域的監(jiān)測。這些環(huán)境對傳感器產(chǎn)品的靈活性、可靠性和安全性提出了很高的要求。
由于電網(wǎng)設(shè)備長期處于高電壓、大電流等工作狀態(tài)，同時面臨雷雨等極端自然環(huán)境的威脅，對設(shè)備實施智能監(jiān)控顯得尤為重要。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可對電網(wǎng)設(shè)備進行遠(yuǎn)程監(jiān)測，了解設(shè)備工作狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行模瑢υO(shè)備進行統(tǒng)一管理，同時實時監(jiān)測也提高了維護效率;當(dāng)前，油田開發(fā)整體范圍不斷擴大，油田生產(chǎn)、管理與經(jīng)營的智能化趨勢明顯，數(shù)字化油田應(yīng)運而生。
在油田的數(shù)字化過程中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以對油井環(huán)境和井口設(shè)備實現(xiàn)實時監(jiān)測，將工作現(xiàn)場的設(shè)備狀態(tài)，環(huán)境參數(shù)等重要信息傳到控制中心，在必要時即刻發(fā)出警報并安排調(diào)度。
結(jié)語：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為新一代的傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景，其發(fā)展和應(yīng)用，將會給人類的生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域帶來深遠(yuǎn)影響！機遇與挑戰(zhàn)也往往是并存的，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的問題，或許也是無線傳感器網(wǎng)路的發(fā)展機遇。
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