傳感器網(wǎng)絡是由本地傳感器、通信媒介以及中央通用數(shù)據(jù)處理設施一起組成的。無線傳感器網(wǎng)絡建立在這個概念之上，只是允許傳感器從所綁定的媒介上解放出來。這樣的做法給傳感器的安裝定位方面提供了很大的自由度和靈活度，并賦予網(wǎng)絡對監(jiān)控功能進行精細調整的能力。無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）是無線技術、微型化以及電池技術進步發(fā)展的必然結果。

這項技術也推動了消費者級別的傳感器和設備的擴散，這些傳感器和設備是通常所說的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的基礎，物聯(lián)網(wǎng)正在捕獲公眾的想象力。本文將重點關注于WSN的基礎知識以及如何使用它們。工程師們已經了解如何通過無線局域網(wǎng)（WLAN）來提高效率和減少時間浪費的。通過利用現(xiàn)有的無線（以及有線）基礎設施來構建廣泛的傳感器網(wǎng)絡，并將其擴展到幾乎所有生活領域，無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）將會進一步擴展這一概念。

節(jié)省耗電

無線傳感器一般都是體積小、獨立的、耗電低、并且具備一定處理能力的單元設備。 這種技術的關鍵概念是無線通訊能力，它可以與中央處理器進行通訊，也可以作為網(wǎng)狀結構的一部分使用其他設備來擴展通訊范圍。無線傳感器在很大程度上依賴節(jié)電算法，借此可以長時間保持工作狀態(tài)。電池技術的進步、電池容量的不斷增大、以及延長休眠時間的能力，這使得電池的工作壽命預期可以達到數(shù)年之久。

諸如藍牙和Zigbee這些技術，大多數(shù)移動設備都已經具備了這些功能，因為節(jié)電算法是所有經過Wi-Fi認證的設備所需要的特性，也包括滿足IEEE 802.15.4-2015標準（IEEE 用于低速率無線個人局域網(wǎng)的無線標準）的設備。其概念很簡單，即如果沒有動作或者需要報告的事件，傳感器就會進入睡眠狀態(tài)。如果有事件發(fā)生或到了預先設定的時間，傳感器會醒來、評估當時的狀況、匯報其狀態(tài)、然后再進入睡眠。這個周期也可以通過輪詢算法來啟動，輪詢算法依次處理每個傳感器。也可以調節(jié)工作周期來對傳感器進行開關操作，有效地將電耗降低一半。關鍵的一點是這些傳感器從設計之初就是要作為低耗電節(jié)點來工作的。

更多小型傳感器

新一代無線傳感器最顯著的特征之一是它們的尺寸小。人們采用可以召喚出獨特形象的名字來稱呼這些傳感器：“智能塵埃”、“現(xiàn)貨商業(yè)微塵”、或者簡單的稱之為“微塵”。它們的尺寸小到納米級，大到肉眼可見。前者指的是生物學傳感器或小的無源傳感器，可以做到嵌入式和非嵌入式；后者指的是更大一些的傳感器，例如征收過路費的標簽、門禁卡、以及類似的傳感器。其想法是部署一套由具備多種不同計算能力的小型的、耗電低的、低速率的分布式傳感器組成的基礎設施，最后形成更大的、分辨率更高的、近乎有機的網(wǎng)絡。

數(shù)據(jù)處理還是通過傳統(tǒng)的固定的中央數(shù)據(jù)處理設施完成，該設施從網(wǎng)絡上接收數(shù)據(jù)，然后進行大規(guī)模的處理工作。網(wǎng)絡內部的數(shù)據(jù)處理本身也在考慮之中，從某種意義上說相當于“分布式處理器”。最終實現(xiàn)的是一個與大量各種各這樣可以自主運行的傳感器通訊的分布式網(wǎng)絡，而這些傳感器之間也互相通訊。要確保無縫的互操作性，這需要一套通用的、開放的通訊以及數(shù)據(jù)標準。

應用無線傳感器技術

很多應用都可以使用無線傳感器。一個常見的應用是安全系統(tǒng)。無線訪問控制及區(qū)域監(jiān)控已經利用無線技術廣泛地實現(xiàn)了。另一個應用是國家電網(wǎng)，或者更為我們熟知的是全國氣象站網(wǎng)絡。這些已經實現(xiàn)的傳感器網(wǎng)絡的一個共同特征是，它們具有與現(xiàn)存的通訊基礎設施進行通訊的能力。然而，許多系統(tǒng)都是高度專業(yè)化的，而且采用了企業(yè)專有的通訊方案，大大地增加了成本和復雜性，因此才有了對標準化方式的需求。

人們設想未來的傳感器網(wǎng)絡會通過大型網(wǎng)狀架構來進行通訊，其中每個節(jié)點都有將來自于其他節(jié)點的數(shù)據(jù)傳播出去的功能，最終到達的目的地是聚合器，不相關的數(shù)據(jù)會在此聚合器內部進行處理。傳感器會以龐大的數(shù)量部署在高密度的網(wǎng)絡上。它們會利用短距離的、耗電低的節(jié)點之間的無線鏈接進行互相聯(lián)網(wǎng)，而現(xiàn)有的通訊基礎設施，特別是WLAN以及互聯(lián)網(wǎng)連接會被用于長距離的通訊。

WSN會使得居家、工廠、處理廠、輪船、飛機等無數(shù)個應用場合在感知和控制方面更加便利。有了無處不在的傳感器網(wǎng)絡，生產的每個方面都能被監(jiān)控到，例如，可以使得一座建筑對其結構上的弱點進行報告，或者在一套處理工藝中定位異常點，而這些異常點會被固定安裝的傳統(tǒng)傳感器忽視掉。

在一套工業(yè)流程中，無線傳感器可以被嵌入到過程介質流當中，從而可以持續(xù)監(jiān)控成千上萬個點。監(jiān)控幾個不同參數(shù)的智能傳感器也可以像一些微型實驗室一樣工作，將數(shù)據(jù)發(fā)送回SCADA系統(tǒng)來執(zhí)行需要的動作。甚至是人體都可以使用這種技術進行感知化，而且可以進一步將此技術用于血液生化或者人體復雜的電活動，將這些數(shù)據(jù)與患者的醫(yī)生進行溝通，并對潛在的有害情況提供警報。使用WSN的應用場合不計其數(shù)。

最后，提醒一句：由于我們目睹了移動設備的爆炸式增長，我們很容易變得依賴它們而喪失了自我思考的能力。WSN并不會取代關鍵的、分析性的思考和行動。（作者：Daniel E. Capano）
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