第３１卷第８期 企业技术开发 ２０１２年３月 Ｖｏ１．３１ Ｎｏ．８ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬ ＤＥＶＥＬ０ＰＭＥＮＴ ０Ｆ ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ Ｍａｒ．２０１２ 浅析无线传感器网络技术在物联网中的应用 宫红彩，韩庆玉，刘影 （山东财经大学信息管理学院，山东济南２５００１４） 摘要：近几年，物联网成为一个极为热门的研究焦点，引领起第三次信息浪潮，也标志着互联网发展进 入了一个新的历史阶段。物联网应用研究所涉及的关键技术有：传感器技术、射频识别技术、二维码技术、微机 电系统、云计算技术等，其中传感器技术备受关注，也是目前的新兴研究领域，文章概括了传感器网络在物联 网中的应用现状，并分析了传感器技术在物联网中发挥的重要作用。 关键词：无线传感器网络；物联网；传感器节点 中图分类号：ＴＰ３９１．４４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—８９３７（２０１２）０８—００２５—０２ ２００９年在无锡成立“感知中国”中心，并且，目前针 另外，物联网可以理解为通过“泛在网络”实现“泛在 对物联网的《国家物联网“十二五”发展规划》也正在制定 服务”，基于个人和社会的各种需求，通过融合前沿智能 过程中，进一步确定了物联网技术在新兴科技领域中的 技术，实现人与人、人与物、物与物之间所需要的信息采 重要位置。而无线传感器网络作为物联网中的核心产业， 集、传递、存储、加工处理、决策使用等综合服务，是一种 也需要更多的关注与研究，以促进物联网的发展，使得物 更加广泛深远的未来网络应用形态。 联网成为新的全球经济增长点。 物联网最为明显的特征是物物相连，信息可以自动 １无线传感器网络和物联网的简介 化处理，无需人为操作，所以效率极高，降低了人为因素 引发的不稳定性。因此，物联网在各个行业中的应用潜力 １．１无线传感器网络 非常巨大，应用领域也非常广泛，发挥了极大的价值作 无线传感器网络（ＷＳＮ，ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ）是 用，而且物联网将与互联网有效地整合起来，实现人类社 由部署在监测区域内的大量廉价微型传感器节点组成， 会与物理系统的整合。 是采用无线通信的方式形成的一个多跳自组织网络系 统，能够通过集成化的微型传感器，协同地实时监测、感 ２无线传感器网络在物联网领域中的应用 知、采集和处理网络覆盖区域中各种感知对象的信息，并 物联网是由感知层、网络层和应用层构成的层次体 对信息资料进行处理，再通过无线通信方式发送，并以自 系。感知层主要涉及到ＲＦＩＤ、传感器、二维码等机器设 组多跳网络方式传送给信息用户，以此实现数据收集、目 备，然后通过电信网和互联网的融合网络层，及时准确地 标跟踪以及报警监控等各种功能。 传递物体基本信息，在应用平台上，利用各种先进智能技 目前，传感器信息获取技术逐渐向集成化、微型化和 术对信息资料进行分析处理，以便对物体进行智能控制。 网络化方向发展，其智能化的发展将会带来一场信息革 如图１所示，传感器在基础感知层，负责对物体信息的采 命。无线传感器网络技术综合了传感器技术、嵌入式计算 集和抓取，这一功能对于物联网技术的发展和应用，起着 技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等 至关重要的支撑作用。 先进技术，该技术 臣圈匿圈图匦圈圈圈匝 力，给更多ＷＳＮ 一…～……… 、√ 的应用空间和应 用价值提供了可 能性，是物联网当 前研究开发的热 点之一。 １．２物联网 物联网（ＩＯＴ， 图１物联网结构 ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ）顾名思义就是物物相连。目前较为认可 ２．１无线传感器网络在军事领域中的应用 的物联网定义为：物联网是通过射频识别（ＲＦＩＤ）、红外 无线传感器网络的可快速随机部署、可自组织、隐蔽 感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备与互 性强、高容错性等特点，使得传感器节点在恶劣的战场环 联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识 境中发挥极大的作用。 别、定位、跟踪、监控和管理。 在军事领域应用方面，结合无线传感器技术思想，将 作者简介：宫红彩（１９８７一），女，硕士研究生，主要研究方向：无线 大量廉价传感器节点，通过飞机或火炮等发射装置，按照 一传感器网络。 定的密度投放到待监测区域内，对节点周边环境的各 企业技术开发 ２０１２年３月 种参数，如温度、湿度、声音、磁场等信息进行采集，然后 目前，智能家居是物联网发展的一个重要方向。从一 由传感器自组织网络，通过网关、互联网、卫星等通讯方 定意义上讲智能家居就是高科技的家庭自动化系统，融 式，传回信息中心，实时监控敌军兵力与装备，实时监视 合了计算机网络系统、自动化控制系统、综合布线技术及 冲突区，进行目标定位，战场评估，并实现各种攻击的监 网络通讯技术，自动化控制、远程控制家庭中的各种产品 测和搜索等功能，有效地提高的作战决策能力。 设备，实现拟人化的要求，提升家居安全性、便捷性、舒适 ２．２无线传感器网络在工业领域中的应用 性，并实现环保节能。而自动化、远程控制所需的各种信 无线传感器网络在工业领域中的应用比较广泛，比 息，均是由无线传感器节点进行传达的，比如环境检测信 如工业安全、先进制造、交通控制管理、安防系统、仓储物 息、安放系统的有效实施，都需要无线传感器节点提供家 流管理等领域，其中工业安全领域的应用研究已日趋壮 庭煤气含量、温度、湿度等环境信息。所以，在智能家居系 大。在计算机技术、无线通信技术、微电子技术和网络技 统中，每一个家居设备或终端，都会设置对应的传感器节 术发展的推动下，工业通信技术正朝着智能化和网络化 点，通过无线传感器网络节点问的自组织互连，实现家庭 的方向不断发展。目前，随着测控系统规模的不断扩大， 设备互连与信息控制，从而实现家居生活的智能化。 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 Ｔ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。目前，作者所在 的山东省科学院省计算中心部门无线传感器网络团队开 展了煤矿井下定位系统的研究，取得了重要的研究成果。 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 ３传感器技术在物联网中的必要性 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。 ４结语 物联网时代的到来带来了千载难逢的机遇，而无线 传感器技术作为物联网或不可缺的应用技术，它的突破 性研究，必将促进物联网的发展，推动各行业的广泛应 用，促进世界信息化的发展与建设。 参考文献： 【１］Ｎ．Ｇ南ｓｓ．２１ ｉｄｅａｓ ｆ０ｒ ｔｌ１ｅ ２１ｓｔ ｃｅｎｔｕ￣［Ｊ］．Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｗｅｅｋ， １９９９，（８）． 【２】孙亭，杨永田，李立宏．无线传感器网络发展现状【Ｊ】．电子技 术应用，２００７，（６）．
