面向物联网的无线传感器网络综述研究

引言

物联网的发展应用为人们的日常生活带来了很大便利， 无疑物联网应用已经成一种发展潜力极大的技术手段。无线传感器网络的“诞生”，一度成为当今信息领域研究的热点之一，更被应用到社会的各个方面，如军事领域、农业领域、工业领域、医疗领域、智能交通与家居等，而无线传感器网络在这些领域新方向的发展中将扮演着“重要角色”。无线传感器作为支持物联网发展的关键技术，对面向物联网的无线传感器进行研究有着很大的意义。

1 物联网与无线传感器网络概述

1.1 物联网概述

物联网（Internet of Things，IoT）是在互联网基础上发展起来的，是互联网技术的延伸与拓展。其主要特点是通过运用其内含有的识别、感知、通信等技术，将物体与物体连接，并实现信息共享，运用其自身连接的特点，将用户自身与互联网或其他控制设备相连，实现新型信息化控制。物联网起初应军事需求而发展，在其应用前景不断被发掘的同时， 伴随着传感器网络技术的迅速发展，物联网相关技术的应用也越来越普遍。

1.2 物联网关键技术

物联网所包含的关键技术分为软件和硬件两部分。软件 技术主要包括信息管理技术、自组织管理技术和安全技术； 硬件技术包括无线传感器网络、射频识别技术、智能嵌入式 技术和纳米技术。

1.3 无线传感器网络的概述

无线传感器（Wireless Sensor Networks，WSNs）是一种通过分布式传感通信网络，用其末梢感知和检查外部世界的传感器。无线传感器通过无线通信方式形成了一种多跳自组织网络，它可以协作感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些有价值的信息和相关领域发送给网络所有者 [1]。无线传感器有多个特点，如大规模、自组织、动态性、可靠性、以数据为中心等，这些特点的核心都在不断适应当今时代发展的需求，应对着信息的飞速发展。

1.4 无线传感器网络结构特点

无线传感器网络的结构一般由传感器节点、网聚节点、服务器终端用户组成。许多传感器节点以自组织形式在环境中随机分布，其监测到的数据信息通过传送，汇聚到网聚节点进行分析与处理，网聚节点再利用 Internet 或者 GPRS 将数据传输到服务器终端，用户便可查看和分析收集到的数据信息。无线传感器网络结构如图 1 所示。

图 1 无线传感器网络结构

2 无线传感器网络关键技术

2.1 网络信息处理技术

在处理信息时，根据不同的信息功能，能够将无线传感器网络划分为多类信息服务，并建立起较为灵活的服务结构， 再将其中的各个功能按类划分，传导相应数据。付俊松 [2] 提到，目前网内信息处理技术主要包括数据聚合、查询、融合、压缩、挖掘、预测以及协同处理等研究内容，已经被广泛应用于无线传感器网络。理论和实验表明，网内信息处理技术对于降低网络数据传送量、减小数据传送时延、提高监测数据质量、延长网络寿命等具有重要作用。

2.2 网络安全技术

在面对物联网无线传感器网络的安全问题上 [3]，由于VPN、硬件防火墙等多种因素的影响使得入侵者破解密码而获得权限，从而对无线传感器的网络安全造成很大威胁。因此如何规避黑客、病毒等因素对网络安全造成的影响，采用有效的安全控制技术尤为重要。目前关于无线传感器的网络安全技术主要包括混沌加密技术、密钥管理以及防火墙技术等，虽然取得了一定成果，但受其自身物理特性和外界因素的制约与影响，还有很多领域需要探索。

2.3 网络使用技术

无线网络传感器具有通信功能，在网络运行过程中，须遵守网络通信协议的规定，关于无线传感器网络的通信功能， 则以 TCP/IP 协议为网络的基础协议，实现无线传感器的信息传输。无线传感器在使用的同时，定位技术也尤为关键， 在人类探索的盲区部署大量传感器节点，并结合现代先进的计算机技术，分布式处理大量采集信息，不仅能够提高监测精确度，系统还能拥有很强的容错性能。

3 面向物联网的无线传感器网络优化

无线传感器网络作为物联网的重要组成，逐渐成为与人们生活、服务息息相关的组成部分，随着技术的发展与科学的进步，面向物联网的无线传感器也应该进一步优化，从而满足人们不同的需求。徐拓 [4] 在文章中所说，无线传感器网络优化需要对网络协议技术进一步完善，首先在满足个体个性化需求的同时，尽量避免对传统无线传感器网络的复杂设置。另一方面，在深入探寻相关数据信息的过程中，能够积极利用 IP 技术优化通信协议，进而使数据信息更加简易有效， 为技术人员在改进技术工作方面提供宝贵经验。在优化的同时，也要求相关技术人员对低能耗技术的研发进一步加强， 尽可能降低无线传感器网络节点的能耗，响应当今时代环保节能的号召。

4 关于面向物联网的无线传感器网络发展新思路

4.1 低耗能无线传感器

对于任何一个能源供应的器械来说，节能低耗无疑非常重要。如今随着物联网的普及，无线传感器逐渐走进家家户户，对于无线传感器系统能耗的要求也越来越高。传感器节点比较小，所储能量十分有限，所以降低耗能就是关键所在。设计者在设计精巧传感器的同时，也要对无线传感器与传统传感器网络加以区分，并根据不同的传感器系统功能来解决耗能问题。

4.2 普通环境下无线传感器研究趋势

在不同的无线传感器应用背景下，要求不同的网络支持策略和服务形式，所以研究者更加关心无线传感器的差异性， 这是在不同应用背景下无线传感器开发所注重的。同时，这也是无线传感器网络区别于传统网络的一个显著特征。曾东在无线传感器网络研究中提到 [5]，用户在不同的时间、地点满足自身需求从而促使物联网产生不需要根据周边环境和时间便可自由获取满足自身需求的条件。物联网应充分利用其技术优势，建立满足多种需求的网络支持策略与服务形式， 拒绝应用带来的无线传感器设计差异复杂性。

4.3 IP数据信息不同情况下的网络发展

在物联网逐渐普及使用的过程中，海量的数据信息随之而来。研究者需要对 IP 技术进行探索和研究，尽可能实现对物联网寻址的统一方法。由于不同的地理信息和网络环境， 使得 IP 数据信息存在或多或少的差异，在数据汇集的时候容易产生偏差，因此，统一的方法尤为重要。

4.4 基于多宿主形式的网络传输

无线传感器作为物联网的重要组成部分，是其获得外部信息的重要手段之一，为提升物联网的有效性与可靠性，多宿主形式能够提高信息获取的便利性。在网络传输过程中， 无线传感器所采集的数据信息则是通过多条链路传输到上层网络，与之类似地通过多条链路进行传输也适用于从上而下的指令。段苏峰 [6]《无线多媒体传感器上的高效的多宿主传输系统》中提到，该形式下的无线传感器网络能够使传输链路更加稳定，传输更加迅速、准确。

5 结 语

伴随着当今信息时代的飞速发展，网络已深入到人们生活的各个方面，给社会带来前所未有的改变。无线传感器网络作为网络的重要感知技术和物联网的重要组成部分，定会给物联网带来多元化的发展。虽然如今面向物联网的无线传感器网络技术相对较高，但也存在很多不足与挑战，仍要对无线传感器网络进行优化与创新，持续增加人们对物联网的认知与应用，努力使其成为物质世界与虚拟世界的重要接口。