1.6　无线传感器网络的应用

无线传感器网络是由大量的传感器节点组成的自组多跳网络，传感器网络中的传感器种类众多，能够感知光照、压力、亮度、温度、距离、方向等信息。通过把不同功能的传感器部署到监测区域，就能实现高精度、高容错、大覆盖的数据采集监控。因为无线传感网络有诸多优势，所以它在军事、农业、工业、交通、医疗、智能家居、环境等领域得到了广泛的应用。

1.军事领域

无线传感网络最早应用在军事上，通过传感器把部队、装备的信息汇集传送给指挥所，以确保指挥员可以掌握军队的最新信息，同时在战场上对敌军使用无线传感网络，可以有效了解敌军的兵力部署以及调动。无线传感网络已成为发达国家网络中心作战体系的网络系统C4ISRT（Command Control Communication Computing Intelligence Surveillance Reconnaissance and Targeting）的重要组成部分，是一个集命令、控制、通信、计算、智能、监视、侦察和定位于一体的战场指挥系统，其研发需要投入大量的人力和财力。

2003年8月，俄亥俄州开发的“沙地直线（A Line in the Sand）”系统，就是利用无线传感器网络。该系统能检测出入侵的高金属含量目标，如侦察和定位敌军坦克和其他车辆。这项技术有着广泛的应用可能，它不仅可以感觉到运动的或静止的金属，而且可以感觉到声音、光线、温度、化学物品以及动植物的生理特征。

2005年，美国军方采用了Crossbow公司的节点构建了枪声定位系统，系统能够有效监测突发事件的发生，如枪声、爆炸等突发事件；除此之外，该系统还可用于打击狙击手，枪声产生的声波信号通过传感器网络传输给计算机，计算机定位出狙击手的位置，三维空间的定位精度可达1.5m，定位延迟达2s，甚至能判断出狙击手采用狙击姿势的差异。

“智能微尘（Smart Dust）”系统是一个智能超微型传感器，它由微处理器、无线电收发装置和使它们能够组成一个无线网络的软件共同组成。将一些微尘散放在一定范围内，它们就能够相互定位，收集数据并向基站传递信息。近几年，由于硅片技术和生产工艺的突飞猛进，集成有传感器、计算电路、双向无线通信模块和供电模块的微尘器件的体积已经缩小到了沙粒般大小，但它却包含了从信息收集、信息处理到信息发送所必需的全部部件。未来的智能微尘甚至可以悬浮在空中几个小时，搜集、处理、发射信息，它能够仅依靠微型电池工作多年。智能微尘的远程传感器芯片能够跟踪敌人的军事行动，可以把大量智能微尘装在宣传品、子弹或炮弹中，在目标地点撒落下去，形成严密的监视网络，敌国的军事力量和人员、物资的流动自然一清二楚。

“灵巧传感器网络（Smart Sensor Web，SSW）”是美国陆军提出的针对网络中心战的需求所开发的新型传感器网络，如图1-7所示。其基本思想是在战场上布设大量的传感器以收集和中继信息，并对相关原始数据进行过滤，然后再把重要的信息传送到各数据融合中心，从而将大量的信息集成为一幅战场全景图，当参战人员需要时可分发给他们，使其对战场态势的感知能力大大提高。

2.农业领域

无线传感网络技术在农业生产方面也得到了很好的应用。通过无线传感网络可以有效地节省人力，降低对农田环境的影响和及时收集农田信息（如水分、光照、温度、湿度等）。各类传感器的有效利用和无线传感网络的不断普及，使得农业生产出现从人力的孤立生产模式向信息化、软件智能化发展的趋势。例如，美国雨鸟公司的农业灌溉自动控制系统通过无线传感网络对土壤的水分、二氧化碳浓度、空气的温度、pH值、大气辐射等物理参数进行收集和分析，通过控制台对参数的分析所发出的指令，实现农产自动化。

在农产品加工中，一般的农产品及农副产品都需要分类加工，在这个过程中仍需用各种传感器。例如，粮食、药材和茶叶等的加工就离不开各种湿度传感器、温度传感器、水分传感器等传感器，如图1-8和图1-9所示。

图1-10所示为无线传感器网络在大棚种植中的应用，通过感知节点和无线网络，将大棚养殖所需的各种传感参量传送到主控中心或者移动终端，然后根据采集的结果发布各种执行动作，如加湿除湿、加温降温、进风出风等，使大棚形成一个环境智能调节的良好生态环境。

3.工业领域

无线传感网络应用在工业生产中，不仅可以实时监测生产过程，而且在一些危险的行业中可以提高工作安全保障。例如，无线传感器网络在污水处理和煤矿安全生产中的应用。

目前水处理行业通过物理、化学和生物手段，对水质进行分析、治理、去除或增加水中物质的全过程中都利用了无线传感器网络技术。当污水经过一道道的工序进入相应的处理池中时，首先对各种参数进行采集（包括温度、压力、液位、流量、pH值、电导率、悬浮固体等传感器），如利用Banner T30UX超声波传感器（见图1-11）检测到水位信息，这些前端的传感设备将采集的模拟量数据通过无线电波发送到网关，然后网关将数据传输到主控邦纳SHP一体式控制器或计算机系统，实现对污水处理过程的全程监测和控制。

图1-12所示为以NB-IoT低功耗广域网无线传输为核心提出的集“NB-IoT智能烟感设备+物联网消防监控管理平台+智能预警服务平台”为一体的物联网解决方案示意图，为存在监管难度的场所提供一体化的智能火灾报警物联网管理措施，解决火灾预防问题，实现火灾事故的早发现、早报警、早扑灭。

4.交通领域

传感器网络可以应用在交通运输中对交通进行总局管理，实时监控，可以监控每一辆汽车的运行状况，减少事故发生概率和对事故做出最快的处理，如图1-13所示。传感器网络也可以应用到高速公路系统，与射频识别（RFID）技术结合，用于高速公路收费系统，如图1-14所示。通过对互联网、GPS、RFID以及传感器网络等多项技术的集成可以实现一个庞大的交通信息交互、交通数据处理、交通智能化组织监控的系统。美国最大的工程建筑公司贝克特营建集团已在伦敦地铁系统采用了传感器网络进行监控。

5.医疗领域

无线传感器网络在医疗护理方面有广阔的应用。例如，医生可以给患者安装传感器节点以便实时监测患者的生理指标（血压、心率、呼吸、体温等），发现异常迅速抢救。

图1-15所示为无线传感器网络技术在医院病房巡检的自动化和无人管理方面的应用示意图。无线传感网络系统与各种无线或有线的网络设备（如中心服务器和数据库）以及各种终端设备互连通信，实现病房电子巡检功能。同时，在病房内部布置一定数量的传感器节点，这些节点可以实时监测病房内的温度、光强度等环境信息，同时，在病人身上安装各类传感器，实现对病人的监测。

6.智能家居应用

智能家居中无线传感器网络的应用最多的就是在家电与家具中嵌入传感器节点，将家居各种设备联系起来，通过与互联网连接以实现家居设备智能化，通过远程监控系统，让人们的生活变得更加便捷，更加舒适，如在下班前提前用手机打开家里的空调，如图1-16所示。

7.环境监测

随着科学技术的不断进步，人们也越来越认识到对环境监测的重要，在我国环境保护被提升到了国家战略的高度。例如，利用安装在城市重点观测区域或者森林、保护区等野外观测区的无线传感器网络系统，实时地将与环境有关的各种物理量，如PM2.5、PM10、SO2、CO2、甲醛等物理指标传送到监控中心，为精确调控提供可靠依据。图1-17和图1-18所示为环境监测中用到的各类传感器。

8.其他领域

①无线多媒体传感器网络（Wireless Multimedia Sensor Networks，WMSN）是在传统WSN的基础上引入视频、音频、图像等多媒体信息感知功能的新型传感器网络。图1-19所示为无线多媒体传感器网络在日常生活各个领域的应用。

②在太空探索方面，借助航天器在外星体撒播一些传感器节点，实现对星球表面进行长期监测。

③德国研究机构利用无线传感器网络技术为足球裁判研制了一套辅助系统，以降低足球比赛中越位和进球的误判率，防止足球比赛中的误判现象。

④在浙江温州的奶牛牧场，结合传感器网络和射频识别技术，给奶牛戴上身份标识，防止走失。

无线传感器网络已逐渐走进生活的各个领域，我国在无线传感器网络领域的研究和技术也呈现出蓬勃发展的迅猛势头。