发布时间 : 星期四 文章无线传感网络在物联网技术中的意义与应用更新完毕开始阅读099e64e2be1e650e53ea993b
图三无线通信协议相关的TEDS
二、无线传感器网络在物联网领域中的应用
物联网是由感知层、网络层和应用层构成的层次体系。感知层主要涉及到RFID、传感器、二维码等机器设备，然后通过电信网和互联网的融合网络层，及时准确地传递物体基本信息，在应用平台上，利用各种先进智能技术对信息资料进行分析处理，以便对物体进行智能控制。如图1所示，传感器在基础感知层，负责对物体信息的采集和抓取，这一功能对于物联网技术的发展和应用，起着至关重要的支撑作用。
2.1 无线传感器网络在军事领域中的应用
无线传感器网络的可快速随机部署、可自组织、隐蔽性强、高容错性等特点，使得传感器节点在恶劣的战场环境中发挥极大的作用。在军事领域应用方面，结合无线传感器技术思想，将大量廉价传感器节点，通过飞机或火炮等发射装置，按照一定的密度投放到待监测区域内，对节点周边环境的各种参数，如温度、湿度、声音、磁场等信息进行采集，然后由传感器自组织网络，通过网关、互联网、卫星等通讯方式，传回信息中心，实时监控敌军兵力与装备，实时监视冲突区，进行目标定位，战场评估，并实现各种攻击的监测和搜索等功能，有效地提高军队的作战决策能力。
2.2 无线传感器网络在工业领域中的应用
无线传感器网络在工业领域中的应用比较广泛，比如工业安全、先进制造、交通控制管理、安防系统、仓储物流管理等领域，其中工业安全领域的应用研究已日趋壮大。在计算机技术、无线通信技术、微电子技术和网络技术发展的推动下，工业通信技术正朝着智能化和网络化的方向不断发展。目前，随着测控系统规模的不断扩大，煤矿、石化、核电等行业对工作人员安全及易燃、易爆、有毒
物质的监测成本非常昂贵。其中，煤炭行业对先进的井下安全生产保障系统的需求日渐巨大。因此，降低投资和使用成本成为工业通信技术发展新阶段的迫切要求。而无线传感器网络的成本低廉、方便简捷、泛在感知等特点可以满足工业通信领域的多个要求。对传感器节点经防爆处理和技术优化后，用于危险的工作环境，实时全面地监控员工安全及工业全流程，及时获取险恶工作环境下工作现场的员工基本情况、工作环境状况以及其它无法在线监测的重要工业过程参数，并在此基础上，优化控制工业流程，提高产品质量，降低工业生产过程中的各种安全事故，达到国家指定的安全生产目标。
2.3 无线传感器网络在农业领域中的应用
农业作为中国发展经济的一大基础，促进其优质高产将产生重大的意义。无线传感器网络的通信简便、部署简捷、可密集分布等优势，可以充分地发挥在农业生产领域中，用以监测土壤环境状况、农作物灌溉及生长情况、牲畜和家禽的环境状况以及大面积的地表特征检测。再结合目前成熟的互联网技术、GPS技术，可以构建能动态实时管理的系统平台。例如英特尔公司在俄勒冈建立的世界上第一个无线葡萄园，通过无线传感器监测葡萄生长环境中得各种因素，并分析葡萄质量与各种影响因素之间的关系，是典型的精准农业、智能耕种的实例。
在国内，在“九五”计划中，“工厂高效农业工程”把智能传感器和传感器网络化的研制列为国家重点项目，可以看出无线传感器网络在农业领域中的重要作用和意义。
2.4 无线传感器网络在医疗护理领域中的应用
目前，随着国家人口老龄化日趋明显，在医疗护理方面的问题也愈加增多起来，对于病患者的病情实时关注成为亟待解决的问题。无线传感器网络在此方面发挥了重要作用，在患者身上可以安放各种传感器，用以检测采集各种生理信息，比如体温、呼吸、血压等生理数据，一方面可以随时关注患者的病情发展情况，另一方面，可以将收集的生理数据作为研制新药品的参考资料。另外，也可以在患者居住的环境里安放多个传感器节点，有效监测病人的活动状况，进行远程的人体行为监测。现在，美国已经开展了一个无线传感器网络系统项目，可以实现家庭护理，方便老年人独居时给予及时的帮助。
2.5 无线传感器网络在智能家居领域中的应用
目前，智能家居是物联网发展的一个重要方向。从一定意义上讲智能家居就是高科技的家庭自动化系统，融合了计算机网络系统、
自动化控制系统、综合布线技术及网络通讯技术，自动化控制、远程控制家庭中的各种产品设备，实现拟人化的要求，提升家居安全性、便捷性、舒适性，并实现环保节能。而自动化、远程控制所需的各种信息，均是由无线传感器节点进行传达的，比如环境检测信息、安放系统的有效实施，都需要无线传感器节点提供家庭煤气含量、温度、湿度等环境信息。所以，在智能家居系统中，每一个家居设备或终端，都会设置对应的传感器节点，通过无线传感器网络节点间的自组织互连，实现家庭设备互连与信息控制，从而实现家居生活的智能化。
三、传感器技术在物联网中的意义
据分析机构预测，未来物联网的发展将经历四个阶段，2010 年之前广泛应用于物流、零售和制药领域，2010～2015 年物体互联，2015～2020 年物体进入半智能化，2020 年之后物件全智能化。经初步估计，中国物联网产业链的发展和应用将有可能创造1000 亿元左右的产值。而且，已有部分省市的关于十二五期间物联网发展规划，已加快形成物联网产业基本框架等一系列的“智慧”行动，表明了大力发展物联网的决心。而传感器作为物联网关键物件之一，在物联网的发展与应用过程中，传感器网络技术的提高与发展势必会产生巨大的推动作用。
物联网包含感知层、网络层和应用层三个层面，叶云认为，目前中国最缺乏的是感知层的产品和技术，是信息的抓取和聚合。在感知层中，由于传感器技术的技术成熟度和成本问题，阻碍了无线传感器网络及物联网的大规模发展及应用。 余建美指出，四个方面的因素将最终将决定物联网的普及程度，一是无线传感器的进一步低功耗化，二是发展无线供电或采电技术，三是能源的超微型化，四就是无线传感器自身的微型化。除此之外，传感器的集成制造技术、信号检测的智能化发展，也是无线传感器需要考虑改善的重要方面。因此，目前的传感器技术的主要研究工作就要注重以上四个方面的因素，突破这些研究热点，物联网的发展水平势必会突飞猛进，应用也将会广泛普及，市场规模进一步扩大，物联网就可以真正实现物物相联，成为会“说话”、会“思考”、会“行动”的物物信息交流网络。
四、目前研究重点及研究现状
在物联网传感器网络体系结构的这三大部分中，目前的发展主要集中在几个方面，在协议通信层主要研究重点是数据链路层MAC协议及网络层路由协议的研究；在网络管理技术层，主要研究方向是收集数据的管理、节能问题的解决以及网络通信安全的实现；在网络支撑技术层，主要研究点是节点定位问题的解决、时间同步技术的实现以及用户应用接口的实现，这其中，协议的研究与节能的实现又是相辅相成的。
4.1数据处理问题的解决
基于传感器网络的任何应用系统都离不开感知数据的管理和处理技术。不言而喻，感知网数据管理和处理技术是确定感知网可用性和有效性的关键技术。对于观察者来说，传感器网络的核心是感知数据，而不是网络硬件。观察者感兴趣的是传感器产生的数据，而不是传感器本身。观察者不会提出这样的查询：“从A节点到B节点的连接是如何实现的?”，他们经常会提出如下的查询：“网络覆盖区域中哪些地区出现毒气?”。在传感器网络中，传感器节点不需要地址之类的标识。观察者不会提出查询：“地址为27的传感器的温度是多少?”，他们感兴趣的查询是，“某个地理位置的温度是多少?”。综上所述，传感器网络是一种以数据为中心的网络。显然，感知数据管理和处理技术的研究是一项实现高效率传感器网络的重要和关键的任务。遗憾的是，到目前为止，感知数据管理和
处理技术的研究还不多，还有大量的问题需要解决。感知数据管理与处理技术的研究是数据库界面临的新任务和新挑战，也为数据库界提供了新机遇。
4.2节能问题的实现
能量是节点工作的基础，节能问题，几乎贯穿无线传感器网络发展的各个方面。协议的建立需要考虑节能问题，以上面的MAC协议的研究和路由协议的实现都可以看出；网络中的数据处理需要考虑节能问题，没有能量，数据无法处理；节点定位、时间同步都需要考虑节能问题，节能问题的解决，跟随在每个环节的实现上。当然，纯粹的节能方式也有很多，比如让节点定期“休眠”等。但是，大部分的节能还是包含在了具体实现细节当中，如文献[1]采用一种带有能量控制的有效路由方式，通过调整每个节点发送数据时的数据传输范围进而调整消耗的能量，以节省资源，从而延长网络寿命。
4.3网络安全问题
传感器网络多用于军事、商业领域，安全性是其重要的研究内容。由于传感器网络中节点随机部署、网络拓扑的动态性以及信道的不稳定性，使传统的安全机制无法适用。因此需要设计新型的网络安全机制。可借鉴扩频通信、接入认证／鉴权、数据水印、数据加密等技术。目前，保证网络安全性的方法也不少。
其中一种是借助特殊的无线传感器终端。如文献[2]中，采用PTD?Personal Trust Device?作为传感器网络的终端，由于价格高及有特殊环境要求
等因素，不能为每个节点在网络中设立认证服务器来提供传感器需要的服务，而在PTD和服务器之间建立认证和加密体系，只有在服务器注册过的PTD终端才能获得服务，未注册的则不能，从而保证系统安全。通常，这种系统用在家庭环境中。
一种是采用安全罩?Secure Oveday?。例如文献[3]中，采用一种称为SCANv2(Secure Conten AddressableNetwork Version2)安全内容网络寻址的安全罩，来实
现无线传感器网络的安全。SCANv2其实是在盖在实际网络层上的一个虚拟结构，通过采用Hash函数，把实际网络中的节点映射到这个罩空间上，某一区域或某种功能的节点在罩空间的某一个共同的特定位置。用户在从网络中获取服务时，需要通过相应的安全认证进入罩空间，再进一步通过加密解密过程从这个映射空间进入实际网络中获得所需服务。
此外，网络安全中的加密后密钥管理也是个问题。复杂的非对称加密方式不适合完全应用于能量有限的传感器网络，而相对简单的对称加密方式又使得网络容易受到攻击。在文献[4]中，提到了一种新的加密方式，综合采用了对称和非对称的两种加密方式中的某些特点。在假定基站能量不受限制及节点不移动的前提下，基站首先发出特定信息，建立网络的分层拓扑结构。外围分布的节点又有子节点和父节点之分，父节点保有子节点的密钥，确保子节点发送上来的信息是