无线传感网络构建城市新生活

2022-10-25 来源：意榕旅游网

四新经济

NEW ECONOMY

无线传感网络构建城市新生活

文/周伟

无线传感网络在诞生之初，主要应用于军事领域。如1980年美国国防部高级研究规划署启动的分布式传感器网络项目，就是早期无线传感网络军事应用的先例。

自20世纪90年代初，该技术开始向民用领域拓展。由于传感器的体积小、成本低，并可通过大规模播撒实现快速组网，因此在农、林、牧、渔等行业具有较好的应用前景。

随着物联网概念的兴起，无线传感网络得到了更广泛应用。于是，将该技术与城市信息化网络和应用更深入地进行结合，成

城市的建设发展，对信息技术和智能监控应用提出了越来越高的要求，同时为无线传感网络在城市建设和管理等领域发挥作用搭建了舞台。在可预见的未来，无线传感网络的触角将深入到智能城市的各个领域，改善人们生活。

为近年来的研究热点。

无线传感网络是传感器技术和无线通信技术结合的产物，是利用在监测区域部署大量传感器，组成的无线多跳自组织网络。通过无线传感网络可以将监测信息采集、处理、汇总、传输到监控平台。

无线传感网络示意图

四新经济

NEW ECONOMY

应用促技术提升

无线传感网络应用领域的迅速拓展，对其关键技术的发展提出了更高要求，以满足各类应用需求。

首先，传感器的制造工艺不断提升。在许多应用环境，都需要传感器在不影响感知的前提下实现更小的尺寸，甚至可以实现布放后不易被发现，这就对传感器的集成度提出了更高要求。同时，后台处理信息时，需要更高的数据精度、采集频次、数据冗余度，因此，在实现高精度、小尺寸的前提下，还需要不断提高传感器的处理能力。

其次，节能是无线传感网络发展中的关键技术要求。在大部分应用中，传感器节点都是自主布放，有些被布放在一些特殊的环境中，从而不能便利地更换电池。因此，低能耗成为传感器节点技术提升的重点。由于无线发射模块的能量需求较大，故而在设计中，往往要求传感器节点将数据缓存或处理后，定期发送信息，以便在数据发送的时间间隔中，传感器节点的无线发射模块可以处于休眠状态，从而达到节能的目的。对于网络规模较大的应用场景，通常采用分簇技术来解决大规模网络管理问题。网络通过分簇算法选举一些节点为簇头，剩余节点加入所在的簇，由簇头负责收集簇内传感器节点的信息，融合汇聚后发送给汇聚节点，经过一定时间后再实施簇头轮换，以实现能耗均衡。

设计合适的能源接续方案也是解决能耗问题的一种手段。除了固定布放的传感器，可以采用固定的电源进行续能，那些随机布放的传感器则需要采用特别的能源供给方式。例如，对于布放在日晒环境下的传感器节点，可以采用太阳能进行能源接续，这是目前一种相对成熟的技术手段。而对于工作在高温环境下的传感器，可以采用热能供电。此外还有风能、感应能等能源补充方案。但由于传感器的尺寸一般都不大，这就要求续能的小型化技术发挥作用，使能源接续设施不能占据过大体积或者支付过高的成本。

再次，无线信号传输设计也极为关键。对于自主组网的传感器而言，由于网络拓扑结构具有不确定性，同时由于部分节点会因自然环境影响或能源耗尽等因素失效，网络拓扑结构还具有不稳定性的缺点。因此，就需要使用专有的组网拓扑生成和路由协议，并按照节能、高效的原则进行设计，使得数据传输能够更顺畅。当一部分传感器节点失效后，无线传感网络可以动态调整拓扑结构和路由，以使通信能够继续。

这些技术的升级，为无线传感网络在民用领域的适用创造了优越条件，为其普遍应用奠定了基础。

技术保应用落实

城市管理应用

国内于2007年前后开始关于无线传感网络的应用研究，目前已有许多城市投入实际应用。

在一些大型城市，车辆的增长速度远远超过道路建设发展的速度，交通警察的配备已经无法从容应对高峰时段的拥堵、事故、交通违法等问题。此时，将传感器布放在需要监测的街道、高速公路，对交通情况、交通流量进行实施监控，并通过无线网络将监控数据传回中央控制中心，成为重要的管理手段之一。

在防汛方面，可以将传感器布放在海岸、河流及城市低洼处，实现水文数据的实时监测，更可以在特定气象情况下按需进行传感器的播撒。通过这一应用，无线传感网络有望在防灾减灾

66上海信息化

NEW ECONOMY

采集和传送数据，可以有效实现特殊场景的监测管理，解决监控难题。

通过无线传感网络，还可以加强安全生产管理。在一些事故易发环节布放传感器，并通过网络完成监测信息与中央控制平台实时传送，可以有效地实现及时性预警。在一些大型生产设备上安放传感器节点，通过对采集的信息综合分析，可以及时发现设备运行中的危险情况，从而有效实现安全管理。

在工业生产应用中，尤其需要根据场景的特殊性对传感器进行保护，防止特殊环境对传感器的过度损伤。由于复杂的工业场景对无线信号的传播会带来较为明显的影响，因此要合理设计网络路由，使得传感器之间可以顺利通信，从而实现在复杂环境中的组网。

日常生活应用

在医疗保健方面，通过随身携带的传感器，可以将病人的体征传回医院监控室，使得病人能够在自由行走的状态中完成医学测量和数据采集汇总。这一技术不仅可以用于医院、养老院，也可以用于日常家居和健康运动。

在家庭中，也可以通过传感器进行水、天然气、电的信息采集和自动传送，避免了上门抄表的烦恼。

智能家居将一些家庭用品通过传感器进行联网，成为无线传感网络应用的典型代表。如智能窗帘、智能灯光控制、智能家电

领域发挥效益。在防汛领域应用的关键点，是传感器的节能技术与需要长期监测之间的平衡。目前在技术上，可以通过睡眠、唤醒机制，使传感器节点在大部分空闲时段处于休眠状态，在需要工作的时候被唤醒；也可以采用准确的同步技术，使全网的传感器都能够在同时工作的状态下互相传送数据。

对于大楼、桥梁、高塔，可以通过放置传感器来实现建筑信息的采集，并通过网络将数据传出。由于建筑物的数据监测是一个长期任务，因此电能接续是重要问题。此外，还需要充分考虑到建筑物混凝土平面对无线电波的阻隔和反射作用，因此在网络组网时需合理设计无线信号的传播路径，避免网络路由阻断。

工业发展应用

在工业生产中，一些场所不适宜人员进入。因此，在高温或低温场所的实时监控、水下监测等活动，无法通过人手持仪器完成，如管道探伤、狭窄环境监测等。通过布放传感器，并利用其

等家居智能化的需求已经被许多家庭广泛采用。

信息技术的接入使用对无线传感网络的安全性提出了很高，以保障人们的生活、身体、信息安全。因此，高等级的防止入侵、防止系统故障崩溃、快速自检自纠等措施成为家庭中使用无线传感网络的必要条件。

在物联网发展的潮流下，无线传感网络会在城市信息化的发展中实现更多便捷的应用。那些看起来自主流淌的河流、冰冷的建筑物、行驶的车辆、川流不息的人群，都可能会隐藏着联网的传感器，通过这些传感器组成的网络，实现更有效的智能监控或智能管理。

未来，随着传感器更小、传输带宽更宽、传感器和专用控制平台之间的联系更加紧密，无线传感网络也将更加贴近人们生活。新一代的智慧城市，也就在这样的环境下孕育、发芽、茁壮成长。

（本文作者系上海市信息网络有限公司高级工程师）

因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容

查看全文

全部栏目

无线传感网络构建城市新生活