王慧瑩

（河南省駐馬店市新蔡縣環(huán)境保護監(jiān)測站，河南 新蔡 463500）

隨著社會經濟的不斷發(fā)展，國民生活水平的大幅度提升，人們對生活居住環(huán)境質量提出了更高的標準和要求，環(huán)保意識越來越強。環(huán)境保護問題是現階段我國人民熱切關注的重點問題，也是實現我國可持續(xù)性發(fā)展必須解決的問題，而改善人民群眾生活、建設美麗中國是我國政府工作努力的重要方向，所以要重視環(huán)境的監(jiān)測工作。如今，無線傳感器網絡技術在環(huán)境監(jiān)測中應用越來越廣泛，通過無線傳感器網絡對各類傳感器進行非常及時的監(jiān)控，并利用嵌入式的方式對獲取的數據進行分析處理，最終將處理完的數據借助信息網絡傳達到遠程環(huán)境監(jiān)測中心，有利于對環(huán)境進行實時監(jiān)測。

1 無線傳感器網絡在環(huán)境監(jiān)測中的應用優(yōu)勢分析

在環(huán)境監(jiān)測中應用無線傳感器網絡主要有如下幾個方面的優(yōu)勢特征。首先，其能夠為網絡組織提供非常迅速的網絡活動，而且網絡的優(yōu)質性能夠通過其快速把握信息的優(yōu)勢，可以在非常短的時間內進行無線傳感的部署及設置，有利于資源的優(yōu)化配置。其次，網絡具備非常強的應用需求。網絡的快速發(fā)展及在各個領域的普遍應用，極大地方便了人們日常生產生活，讓人們的生產生活發(fā)生了翻天覆地的變化，一定程度上也讓人們在生活過程中對網絡產生了極大的依賴，使人們對信息的要求越來越高。另外，信息采集數據通過路由進行傳輸，能夠充分發(fā)揮無線傳感器網絡技術的優(yōu)勢，可以在零損耗的基礎上，將整體結構提升到一個更高的層次。有關人員進行了大量的科學研究發(fā)現，在環(huán)境監(jiān)測中應用無線傳感器網絡非常關鍵，其可以在環(huán)境監(jiān)測過程中獲取更多的有效信息，也能夠有效滿足網絡抵御強有力以及摧毀性特定應用的需求，有利于環(huán)境監(jiān)測的探索及發(fā)展，在環(huán)境監(jiān)測過程中發(fā)揮著至關重要的作用，所以要重視無線傳感器網絡在環(huán)境監(jiān)測中的應用研究。

2 無線傳感器網絡在環(huán)境監(jiān)測中的應用現狀研究

隨著社會經濟的不斷發(fā)展進步，以及無線通信技術的快速發(fā)展，我國環(huán)境監(jiān)測過程中，越來越多地應用無線傳感器網絡這種比較新的方法，這一定程度上轉變了人們對自然世界的認知方式，其架構起計算機網絡和真實物理世界溝通交流的橋梁。20世紀80年代，西方很多國家都建立現代化環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，在環(huán)境監(jiān)測過程中，無線傳感器并不需要固定的網絡進行支持，其能夠非常迅速地鋪設，而且具備一定的抗毀性，在環(huán)境建設過程中應用非常廣泛。無線傳感器能夠有效監(jiān)測環(huán)境，可以及時完成環(huán)境監(jiān)測的任務，并且不需要深入環(huán)境監(jiān)測地段，這非常有利于對環(huán)境的保護。無線傳感器在環(huán)境監(jiān)測過程中的有效應用，盡可能地避免了對環(huán)境的破壞，而且能夠為后續(xù)環(huán)境監(jiān)測提供模型依據，能夠完成傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測不能完成的任務，使用無線傳感器進行環(huán)境監(jiān)測是當今世界的潮流。目前無線傳感器在我國環(huán)境監(jiān)測等有關部門并沒有被大規(guī)模地應用，因為無線傳感器是新興的事物，其發(fā)展及應用需要經歷一段時間。無線傳感器網絡在應用過程中有些關鍵技術并沒有真正解決，國內對無線傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應用仍然處于起步階段，而由于無線傳感器在不同的場合會存在不同的技術問題，所以在無線傳感使用過程中其組網結構以及傳感器節(jié)點等都需要進行不同的設計，要遵循不同設計要求。

3 無線傳感器網絡的架構以及特點分析

3.1 無線傳感器網絡的結構

無線傳感器網絡體系結構主要是無線傳感器網絡協議架構。無線傳感器網絡的物理層，主要負責信號的調制以及收發(fā)，比如紅外線等。數據鏈路層主要是負責數據成幀以及數據成幀的檢測工作。媒體對協議進行訪問能有效保證可靠的點對點以及點對多的通信，而插座控制最重要的目的是節(jié)點收到信息以及確保源節(jié)點完全相同的機制保障，有效保證信息的一致性。網絡層主要是保障無線節(jié)點通信技術與能量的傳遞。無線傳感器網絡節(jié)點傳入信息絕大多數情況下都以多跳的方式完成傳遞，所以網絡層最重要的工作是路由的發(fā)現、路由選擇以及路由的維護等。傳輸層主要是指為有效保障通信服務質量，由傳輸層借助對數據流的有效控制來完成，要保證整個網絡信息的流量能夠在可以控制的范圍之內保持暢通，要讓基站能夠比較順利地收集到無線傳感器網絡中節(jié)點所發(fā)送的信息。應用層中涵蓋各種各樣的應用軟件，其能夠為應用軟件的開發(fā)提供非常有效的開發(fā)條件及開發(fā)工具。另外，無線傳感器網絡體系中還有能量管理平臺、移動管理平臺以及任務管理平臺，三大平臺都發(fā)揮著至關重要的功能及作用。

3.2 無線傳感器網絡的特征分析

3.2.1 硬件資源非常有限

無線傳感器節(jié)點會受制于成本計算能力、存儲空間、體積耗能等，而且其電池容量一般比較小，而無線傳感器在環(huán)境監(jiān)測過程中并不能頻繁地更換電池，有的環(huán)境監(jiān)測點甚至不可能更換電池，這一定程度讓無線傳感器節(jié)點硬件的有限能源成為非常寶貴的資源，經常會出現節(jié)點能量耗盡成為死節(jié)點的問題。另外，由于存儲器的容量不夠大，也是造成無線傳感器硬件資源有限的重要原因。隨著微機電子系統(tǒng)技術的不斷發(fā)展，低耗能、微型、高度集成以及價格比較低的無線傳感器節(jié)點會不斷地出現并涌入市場，這一定程度上為無線傳感器的可持續(xù)性發(fā)展提供了有力支持。

3.2.2 無中心、自組織以及協作式的無線網絡

無線傳感器網絡節(jié)點與傳統(tǒng)的一般意義上的無線網絡有非常大的差異。當無線傳感器節(jié)點被設置在被監(jiān)控區(qū)域內時，其并不會依賴其他的設施設備，節(jié)點開機之后，會通過已存入的節(jié)點中的算法以及協議自動進行自我定位、自我配置以及自我管理，并借助拓撲控制機制以及網絡協議自動組成一個相對獨立的無線傳感器網絡。自動組成的無線傳感器網絡是一個沒有中心的對等網，在這種網絡中節(jié)點之間的關系處于比較平等的狀態(tài)，無線傳感器網絡會通過協作式的方式進行工作，可以對感知對象從多個角度以及不同位置進行感知活動。而借助節(jié)點之間的協作，一定程度上能夠讓信息傳輸更加快速而且非常準確、有效，使能量能夠有效地進行保留。

3.2.3 節(jié)點數量比較密集

大多數情況下，無線傳感器網絡中會有一定數量的節(jié)點，而且會比較均勻地布設在監(jiān)測的區(qū)域內，其具備非常高的精確度。由于節(jié)點與節(jié)點之間的類型存在一定的差異，節(jié)點可以借助合理的休眠來不斷延長網絡生命。一個節(jié)點被損壞，其他節(jié)點并不會受到影響，這一定程度上會讓整個無線傳感器網絡處于安全可靠的狀態(tài)，其具有一定的操作性，有良好的抗毀性，所以對單個節(jié)點的安全可靠性要求并不高。另外，無線傳感器具有一定的動態(tài)性。其節(jié)點由于能量有限會成為死亡節(jié)點或者切換至休眠的狀態(tài)，無線傳感器網絡具備非常好的自我組織能力以及協調能力，其不會影響到網絡信息的有效采集，這是在無線傳感器應用過程中，其他網絡無法比擬的優(yōu)勢。

3.2.4 靈活性比較高

無線傳感器靈活性非常高，絕大多數情況下，傳統(tǒng)的有線網絡需要布設對應的基礎設施設備作為支持，而無線傳感器網絡能夠隨時隨地進行鋪設，隨時可以有效利用，并且不會受到時間及地點的限制。無線傳感器網絡的節(jié)點在不會受到其他任何干預的條件下自組網，無需人工干預的特點讓其能夠更加適應較為惡劣的工作環(huán)境，而且不需要人工進行值守。無線傳感器網絡利用的是無線傳輸技術，其有利于節(jié)省有線鋪設帶來的成本問題，隨著無線傳感技術的不斷發(fā)展進步，其經濟性以及性價比會越來越高，應用會越來越廣泛。

4 無線傳感器網絡在環(huán)境監(jiān)測中的應用分析

4.1 無線傳感器網絡在軍事環(huán)境監(jiān)測中的具體應用分析

由于無線傳感器具備能夠迅速部署、良好隱蔽性以及能夠自主組織的優(yōu)勢特征，其在軍事領域中被廣泛應用；同時，其一定程度上還是軍事指揮與控制、計算與情報、目標采集以及偵測等系統(tǒng)的核心構成部分，通過無線傳感器網絡能夠實現對敵人兵力及裝備設備的有效監(jiān)督及控制，可以對戰(zhàn)場進行實時的監(jiān)測及管理，能夠及時準確地對目標進行定位，可以對戰(zhàn)場情況進行有效的評估。目前國際上很多課題都是以戰(zhàn)爭需求的研究為主，西方很多國家都持續(xù)進行研究計劃，尋求無線傳感器網絡在未來戰(zhàn)爭中的科學應用，而通過在戰(zhàn)場中對不同類型的無線傳感器進行布設，會構成傳感器網絡，這有利于在戰(zhàn)爭進行過程中士兵能夠非常迅速地獲取戰(zhàn)場的實際情況。無線傳感器網絡在應用過程中并不需要依靠其他基礎設施設備，其具備非常強大的自組織以及配置的特征，能夠靈活地適應設備發(fā)展，并且能夠管理無線傳感器進行節(jié)點的移動，可以對任務以及網絡需求進行非常靈活且有效地反應，所以無線傳感器網絡會變成未來戰(zhàn)場中的電子眼，要注重無線傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的具體應用研究。

4.2 無線傳感器網絡在礦井環(huán)境監(jiān)測中的具體應用分析

我國煤礦生產安全事故時有發(fā)生，加強礦井下的安全監(jiān)測至關重要。隨著社會經濟的不斷發(fā)展，人們日常生產生活過程中對煤炭需求量日益旺盛，煤礦生產行業(yè)發(fā)展十分迅速。目前，煤炭礦井結構呈復雜化發(fā)展，在礦井下進行安全監(jiān)測難度變大。較之傳統(tǒng)的有線安全監(jiān)測方式，無線傳感器網絡更容易在礦井下部署。由于無線傳感器網絡的功耗比較低，而且傳輸快速，成本較低，非常容易構建無線傳感器網絡。在無線傳感器網絡基礎上進行礦井安全生產的監(jiān)測設計，有利于實現功放傳感，而且其具備定位及安全警告燈的功能，有利于保證礦井的安全生產，所以要重視無線傳感器網絡在礦井環(huán)境監(jiān)測中的具體應用研究。

4.3 無線傳感器網絡在自然環(huán)境監(jiān)測中的具體應用分析

無線傳感器網絡在自然環(huán)境監(jiān)測中的具體應用，有利于實現對自然環(huán)境進行監(jiān)測，比如無線傳感器網絡在大氣監(jiān)測系統(tǒng)中的有效應用，能夠實現對大氣環(huán)境的實時監(jiān)測?，F階段應用的氣體成本監(jiān)測系統(tǒng)存在很多的不足，比如系統(tǒng)比較大，安裝困難，監(jiān)測的終端并不能通過通信基礎設施進行無線通信，監(jiān)控終端和主控終端需要通過有線進行通信，必須要在監(jiān)測區(qū)域進行布線等。而利用無線傳感器網絡對大氣進行實時的監(jiān)測，可以充分發(fā)揮無線傳感器的優(yōu)勢。不同的傳感器發(fā)揮探頭優(yōu)勢，能夠非常及時地檢測到大氣中有關氣體的含量。根據各個數據節(jié)點收集到的風向以及氣體濃度等參數進行研究分析，能夠在第一時間內了解大氣中的有毒氣體泄漏的情況。無線傳感器網絡既可以在多溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)結構中進行應用，也能夠在單個溫室環(huán)境監(jiān)測軟件中進行應用。

無線傳感器網絡在水環(huán)境監(jiān)測過程中的具體應用，同樣具備非常大的應用優(yōu)勢。由于無線傳感器包含傳感器、計算機單元以及通信模塊的節(jié)點，而且能夠通過自主形式組成網絡，并且借助節(jié)點里面內設的各種傳感器監(jiān)測四周環(huán)境的熱、紅外光、有毒物質含量等數據信息，而且架設非常簡單方便，其不需要電纜等基礎設施設備的支持。另外，無線傳感器節(jié)點的價格比較低，能夠科學合理地在水域環(huán)境中進行部署，可以通過節(jié)點采集信息空間的信息，能夠獲取比較精準的環(huán)境信息，其在水質環(huán)境監(jiān)測過程中應用越來越廣泛。

5 結束語

總之，隨著無線傳感器網絡的不斷發(fā)展完善，其在環(huán)境監(jiān)測過程中應用越來越廣泛。而且人們越來越關注環(huán)境問題，需要采集的環(huán)境信息數據越來越多，無線傳感器網絡在環(huán)境監(jiān)測中的應用有利于信息數據的獲取，能夠提升環(huán)境監(jiān)測效率，所以要重視無線傳感器網絡在環(huán)境監(jiān)測中的應用研究，不斷提升無線傳感器網絡的應用水平。