無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）發(fā)展現(xiàn)狀及困境

科技發(fā)展的腳步越來(lái)越快，人類(lèi)已經(jīng)置身于信息時(shí)代。而作為信息獲取最重要和最基本的技術(shù)——傳感器技術(shù)，也得到了極大的發(fā)展。傳感器信息獲取技術(shù)已 經(jīng)從過(guò)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(huì)帶來(lái)一場(chǎng)信息革命。具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) （WSN，wirelesssensornetworks）綜合了傳感器技術(shù)、嵌人式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，能夠協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知 和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理，獲得詳盡而準(zhǔn)確的信息，傳送到需要這些信息的用戶。

　　由于WSN的巨大應(yīng)用價(jià)值，它已經(jīng)引起了世界許多國(guó)家的軍事部門(mén)、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，被廣泛地應(yīng)用于軍事，工業(yè)過(guò)程控制、國(guó)家安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。

　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等多種領(lǐng)域，是當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究的熱點(diǎn)。

　　一、發(fā)展概述

　　早在上世紀(jì)70年代，就出現(xiàn)了將傳統(tǒng)傳感器采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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 不斷發(fā)展和進(jìn)步，傳感器網(wǎng)絡(luò)同時(shí)還具有了獲取多種信息信號(hào)的綜合處理能力，并通過(guò)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(kāi)始，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)開(kāi)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(yùn)用，并使用無(wú)線技術(shù)連接，無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸形成。

　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新一代的傳感器網(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(huì)給人類(lèi)的生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)，非 常重視無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，IEE（E正在努力推進(jìn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展，波士頓大學(xué)（BostonUNIversity）還于最近創(chuàng)辦了傳感器中國(guó)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)協(xié)會(huì)（SensorNetworkConsortium），期望能促進(jìn)傳感器聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)。美國(guó)的《技術(shù)評(píng)論》雜志在論述未來(lái)新興十大技術(shù)時(shí)，更是將 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為第一項(xiàng)未來(lái)新興技術(shù)，《商業(yè)周刊》預(yù)測(cè)的未來(lái)四大新技術(shù)中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)也列入其中。可以預(yù)計(jì)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛是一種必然趨 勢(shì)，它的出現(xiàn)將會(huì)給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)極大的變革。

　　二、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定義和特點(diǎn)

　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以看成是由數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分布網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)通過(guò)協(xié)議自組成一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)，再將采集來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)優(yōu)化后經(jīng)無(wú)線電波傳輸給信息處理中心。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(xué)的李建中教授將WSN定義為：WSN是由一組傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織的方式構(gòu)成的有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆 蓋的地理區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)布給觀察者。從硬件上看，WSN節(jié)點(diǎn)主要由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、無(wú)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(diǎn)；從軟件上看，它借助于節(jié)點(diǎn)中內(nèi)置傳感器有效探測(cè)所處區(qū)域的溫度、濕度、光強(qiáng)度、壓力等環(huán)境參數(shù)以及待測(cè)對(duì)象 的電壓、電流等物理參數(shù)，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將探測(cè)信息傳送到數(shù)據(jù)匯聚中心進(jìn)行處理、分析和轉(zhuǎn)發(fā)。

　　WSN與傳統(tǒng)傳感器和測(cè)控系統(tǒng)相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。它采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線連接，大大減少了電纜成本，在傳感器節(jié)點(diǎn)端即合并了模擬信號(hào)／數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)處理和網(wǎng)絡(luò)通信功能，節(jié)點(diǎn)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：

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