WSN文献综述.docx

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1WSN定义和特点

WSN是wirelesssensornetwork的简称，即无线传感器网络。

无线传感器网络就是部署在监测区域内大量的静止或移动的传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个大规模、多跳、未分割、自组织网络的网络系统，其目的是协作感知、采集、传输和处理网络覆盖地理区域中感知对象的监测信息，并发送给观察者[1]。

无线传感器网络技术中的三种主要功能是，数据的采集、处理和传输。

与之对应的是三种现代核心信息技术，即传感器技术、计算机技术和通信技术。

对应无线传感器网络的结构，其优点和局限性可以总结如下：

（1）节点多，规模大；

（2）节点体积小；（3）成本低；（4）部署容易；（5）通常环境较为恶劣；（6）功耗小，同事电源能量有限；（7）计算和存储能力有限；（8）通信能力有限；（9）网络的动态性；（10）网络有自组织性。

2WSN的研究和发展

2.1WSN的起源

无线传感器网络的研究起步于20世纪90年代，由美国军方提出的美国国防部高级研究所计划署（DARPA）于1978年开始资助分布式传感器网络的研究，即是无线传感器网络的雏形。

从此，引起了学术界、军事和工业界的极大关注，美国和欧洲相继启动了许多关于无线传感器的研究计划[4]，如UCBerkeley的SmartDust项目，UCLA的WINS项目，以及多所机构联合公关的Sensit计划等。

其应用也从军用向民用转变。

2.2WSN的发展

国际上比较有代表性和影响力的无线传感网络实用和研发项目有遥控战场传感器系统（RemoteBattlefieldSensorSystem）、网络中心战（NCW）、及灵巧传感器网络（SSW）、智能尘（smartdust）、Intel®:

Mote、Smart——its、Sensit、SeaWeb、行为习性监控项目、英国国家网格等

美军狼群地面无线传感器网络标志着电子战领域技战术的最新突破。

俄亥俄州正在开发“沙地直线”无线传感器网络系统。

[3]

英特尔与加利福尼亚州大学伯克利分校正领导着微尘技术。

该公司开发出了用于家庭护理的无线传感器网络系统。

[4]

日立制作2004年11月24日开发出了全球体积最小的传感器网络终端应用于大楼与家庭的无线传感器以及安全管理。

[5]

旧金山,200个联网微尘用于确定大桥从一边到另一边的摆动距离，将把该信息通过微型计算机网络传递出去，预示着大桥存在隐患。

[6]

随着国外专家学者对无线传感器网络研究的迅速发展，国内一些研究单位也逐步对无线传感器网络的相关技术进行了较为深入和系统的研究，取得不少有意义的成果，为我国无线传感器网络的发展做出了很大贡献。

2004年12月23－24日，863计划信息获取与处理技术主题，在京召开了“863计划信息获取与处理技术主题2004年年会”，与会专家普遍认为“传感器网络已成为信息获取领域的发展重点”。

[6]

“基于无线传感器网络的分布自治系统及协调控制”位列信息科学部2004年拟资助的26个重点项目之中。

[7]

2006年2月发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006~2020年）》中在突出位置体现了对传感器网络的密切关注。

[8]

中科院上海微系统与信息技术研究所发挥传感器研究方面的成果，成立了无线传感器网络实验室[9]。

哈尔滨工业大学和黑龙江大学提出了以数据为中心的传感器网络的数据模型、一系列的能源有效的感知数据操作算法和感知数据查询处理技术，并研制了一个传感器网络数据管理系统[10]。

由上海交通大学，浙江大学，南京大学，哈尔滨工业大学，中国科技大学，中国科学研究院软件研究所等单位共同承担的973计划之无线传感器网络课题[11]。

3WSN的应用

无线传感器网络所具有的众多类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中多种多样的现象。

传感网络有着传统网络无法比拟的许多优势，被广泛应用于生物栖息地监控、森林防火、智能农业、环境和污染监测、智能交通、智能建筑、灾难拯救、交互式博物馆、交互式玩具、工业控制和监视、个人健康监测和智能家居、军事和安保等领域。

随着无线传感器网络的深入研究和广泛应用，无线传感器网络将逐渐深入到人类生活的各个领域[16]-[25]。

3.1WSN在交通领域的应用

结合WSN的上述特点和常用采集模型，将其应用于交通领域。

为实际应用中交通信息获取提供了一种新的、便捷的、经济的有效方法。

目前，随着基于WSN的交通信息获取的相关技术不断深入研究，将WSN应用在交通领域主要集中在以下几个方面：

（1）智能停车场

利用数据获取相关技术，将WSN节点安置在停车场内各个停车位上，对该停车位的位置、使用情况等信息实时获取，由监控中心对各个车位进行管理，并将各车位的应用状况发布给用户。

这样方便用户查找最近、最便捷的停车位置，同时可以利用停车数据对车辆停车的分布进行研究和跟踪。

相关研究中,LiuJ.等人[26]利用5个红外传感器阵列的检测模型对车位的使用状况、车辆类型、行驶速度进行实时检测。

相似工作，chinrungruengJ.等人[27]提出了利用2个光学传感器的检测模型，可以准确的区别车辆与人,并且根据车辆的长度还可以区别车辆的类型和行驶速度。

（2）车辆行驶轨迹跟踪

利用WSN对行驶车辆的位置定位，并且对行驶轨迹信息进行实时获取。

该方面的研究主要应用在军事战场等野外检测需求，被测环境可以是基于道路交通也可以是不规则的户外随机环境[27-28]

PrabalD.等人[29]针对野外大范围检测区域内车辆行驶轨迹检测，设计了一个WSN平台（eXtremeScaleMote），利用该平台对被测范围内的机动车辆进行实时检测以及记录其行驶轨迹，其中在节点的工作方式上采用duty-cycling的工作策略，以降低各节点的平均工作能耗。

JaehoonJ.等人[29]通过在行车路面等被检测区域内安装大量WSN节点，并提出相应的APL算法（AutonomousPassiveLocalization）对行驶的车辆进行定位，同时将车辆所经过的节点记录下来，实现对车辆在WSN检测范围内的轨迹跟踪。

（3）行驶安全检测

利用WSN对当前路面车辆行驶的方向，车速等信息进行实时获取，实现对其行驶实时监控。

当车辆在通过该检测范围时存在潜在行驶危险时提供及时的提示信息，保证车辆安全行驶。

KaroinskiM.等人[30]提出智能路“SmartRoads”的概念，即在路面上安装WSN节点，利用各节点的磁敏传感器对各检测范围内车辆行驶方向。

车速等数据进行实时检测，并将数据发送到路边接入节点，进而根据车辆的行驶状态为车辆提供正确的安全提示信息。

例如，当车辆在行驶过程中试图超过前面的车，而对面或周围存在其它车辆，WSN节点就会根据实际情况为该范围内车辆及时提示避让信息，避免发生车辆碰撞。

HemaniK.等人[31]提出智能路口“IntelligentIntersections”，为行驶在不同方向，特别是不在视野范围内的方向上行驶的车辆，提供必要的信息提示，避免车辆碰撞。

该方法是在行车的转弯处安置WSN，其各节点检测该范围内是否有车通过，并将检测信息发送到路边接收节点，当不同方向有车辆通过，接收节点将车辆的行驶信息发送给各个车辆，便于驾驶人员提前避让。

3.2WSN在其他领域的应用

（1）军事应用

传感器网络具有可快速部署，可自组织，隐蔽性强和高容错等特点，因此非常适合在军事上应用。

利用传感器网络能够实现对敌军兵力和装备的监控，战场的实时监视，目标的定位，战场评估，核攻击和生物化学攻击的监测和搜索等功能。

通过飞机或者炮弹直接将传感器节点播撒到敌方阵地内部，或者在公共隔离带部署传感器网络，就能够非常隐蔽而且近距离准确地收集战场信息，迅速获取有利于作战的信息。

传感器网络是由大量随机分布的节点组成，即使一部分传感器网络节点被敌方破坏，剩下的节点依然能够自组织地形成网络。

传感器网络可以通过分析采集到的数据，得到十分准确的目标定位，从而为火控和制导系统提供准确的制导。

利用生物和化学传感器，可以准确地探测到生化武器的成分，及时提供情报信息，有助于正确防范和实施有效的反击。

（2）环境科学

传感器网络为野外随机性的研究数据获取提供了方便，比如，跟踪候鸟和昆虫的迁移，研究环境变化对农作物的影响，监测海洋、大气和土壤的成分等。

ALERT系统中就有数种传感器来监测降雨量、河水水位和土壤水分，并依此预测爆发山洪的可能性。

类似地，传感器网络对森林火灾准确、及时地预报也应该是有帮助的。

此外，传感器网络也可以应用在精细农业中，以监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。

传感器网络还有一个重要应用就是生态多样性的描述，能够进行动物栖息的生态监控。

（3）智能家居

无线传感器网络还能够应用在家居系统中。

2004年3月英特尔公司演示了家庭护理的无线传感器网络系统。

该系统通过在鞋、家具以家用电器等家中道具和设备中嵌入半导体传感器，帮助老龄人士、以及残障人士的家庭生活，利用无线通信将各传感器联网可高效传递必要的信息从而方便接受护理。

（3）医疗健康

如果在住院病人身上安装特殊用途的传感器节点，如心率和血压监测设备，利用传感器网络，医生就可以随时了解被监护病人的病情，进行及时处理。

还可以利用传感器网络长时间地收集人的生理数据，这些数据在研制新药品的过程中是非常有用的，而安装在被监测对象身上的微型传感器也不会给人的正常生活带来太多的不便。

此外，在药物管理等诸多方面，它也有新颖而独特的应用。

总之，传感器网络为未来的远程医疗提供了更加方便、快捷的技术实现手段。

（4）空间探索

探索外部星球一直是人类梦寐以求的理想，借助于航天器布撒的传感器网络节点实现对星球表面长时间的监测，应该是一种经济可行的方案。

NASA的JPL（JetPropulsionLaboratory）实验室研制的SensorWebs就是为将来的火星探测进行技术准备的，已在佛罗里达宇航中心周围的环境监测项目中进行测试和完善。

（5）其他商业应用

自组织、微型化和对外部世界的感知能力是传感器网络的三大特点，这些特点决定了传感器网络在商业领域应该也会有不少的机会。

比如，嵌入家具和家电中的传感器与执行机构组成的无线网络与Internet连接在一起将会为我们提供更加舒适、方便和具有人性化的智能家居环境；城市车辆监测和跟踪系统中成功地应用了传感器网络；美国某研究机构正在利用传感器网络技术为足球裁判研制一套辅助系统，以减小足球比赛中越位和进球的误判率，这套设备现在已经研制成功，准备在下一界世界青年足球锦标赛上使用。

此外，在灾难拯救、仓库管理、交互式博物馆、交互式玩具、工厂自动化生产线等众多领域，无线传感器网络都将会孕育出全新的设计和应用模式。

4WSN的展望

由于人们的社会生活和工业生产的要求逐步提高，发展的信息化、产业化推荐了世界互联网的发展，无线传感器网络技术与通信技术领域的快速发展应运而生。

无线传感网络虽然已经取得很大的成果，但是在现有的系统中还存在不少问题，有的理论也还很不成熟完善，没有完全解决。

无线传感器网络属于新兴的研究领域，许多问题仍需深入讨论，以适应更广泛的应用需求。

参考文献

[1]李晓维主编，无线传感器网络技术，北京理工大学出版社，2007年8月

[2]AndyWard.Sensor-drivenComputing.PhDthesis,UniversityofCambridge,1998.

[3]RobertJOrr,GregoryDAbowd.TheSmartFloor:

AMechanismforNaturalUserIdentificationandTracking.Proceedingsofthe2000Confe