第十一章 无线传感器网络的典型应用【无线传感网络】
无线传感器网络应用
无线传感器网络应用无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布式无线传感器节点组成的网络，用于感知、采集和传输环境中的各种信息。
无线传感器网络应用已经在许多领域展现了潜力和优势，为各种应用场景提供了新的解决方案。
本文将就无线传感器网络应用于环境监测、智能农业和智慧城市领域进行探讨。
一、环境监测无线传感器网络在环境监测上具有广泛的应用前景。
通过节点分布在环境中，可以实时地感知和监测各种环境参数，如温度、湿度、气压等。
这些数据可以被用来监测自然环境的变化、气候变化的趋势以及环境污染的情况。
在野生动物保护方面，无线传感器网络可以用于动物追踪和行为模式分析。
通过在动物身上植入传感器节点，可以实时地记录动物的位置和运动轨迹，帮助保护人员更好地了解动物的迁徙规律和栖息地的选择。
二、智能农业无线传感器网络在农业领域的应用，为现代农业带来了巨大的变革。
通过部署在田间地头的传感器节点，可以实时监测土壤水分、温度、光照等环境参数，帮助农民合理安排灌溉和施肥，提高农作物的产量和质量。
另外，无线传感器网络还可以应用于农业机械的智能化管理。
通过在农业机械上安装传感器节点，可以实时监测机器的工作状态和性能，为农民提供故障诊断和维护指导，减少机械故障和停机时间。
三、智慧城市无线传感器网络在智慧城市建设中有着广泛的应用前景。
通过在城市各个区域部署传感器节点，可以实时感知和监测城市中的交通流量、空气质量、噪音水平等参数，为城市管理者提供决策支持和优化城市规划。
此外，无线传感器网络还可以应用于智能停车管理。
通过在停车场内部署传感器节点，可以实时监测车位的占用情况，通过智能导航系统引导车辆快速找到可用停车位，提高停车效率和交通流畅度。
总结：无线传感器网络应用于环境监测、智能农业和智慧城市等领域，为各种应用场景提供了新的解决方案。
通过节点分布和数据采集，无线传感器网络可以实现对环境参数的实时监测和采集，为环境保护、农业生产和城市管理提供了有力的支持和便利。
无线传感器网络的应用
无线传感器网络的应用无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种由多个分布式无线传感器节点组成的网络系统。
这些节点可以通过无线通信传输信息，并且能够感知环境中的各种物理量。
WSN的应用领域非常广泛，本文将从农业、医疗、环境监测和智能交通等方面介绍WSN的应用。
一、农业应用WSN在农业领域的应用广泛而深入。
例如，农民可以在农田中布置传感器节点，实时监测土壤湿度、温度和光照强度等环境参数。
这些数据可以帮助农民确定农田的灌溉和施肥时间，从而提高农作物的产量和质量。
此外，WSN还可以用于农业机械的远程监控和智能化管理，提高农业生产效益。
二、医疗应用在医疗领域，WSN的应用主要集中在健康监测和疾病预防上。
患者可以佩戴身体感应器，监测心率、血压和体温等生理参数。
这些数据可以通过WSN传输到医疗中心，医生可以实时监控患者的健康状况并做出相应的治疗措施。
此外，WSN还可以在疫情爆发时快速搭建临时医疗网络，实现疫情监测和信息共享。
三、环境监测应用由于WSN能够实时感知环境参数，因此在环境监测领域有着广泛的应用前景。
例如，可以利用WSN监测大气污染物的浓度，帮助环保部门及时采取减排和治理措施。
同时，WSN还可以监测水源、森林和动物迁徙等生态系统的变化情况，为生态保护与环境管理提供科学依据。
四、智能交通应用WSN在智能交通领域的应用主要体现在车辆安全和交通管理方面。
通过在交通信号灯、路灯和道路上布置传感器节点，可以实时监测道路交通状况和车辆行驶信息。
这些数据可以用于交通信号的优化调度，提高道路的通行效率和交通安全性。
此外，WSN还可以用于车辆定位和导航系统，提供实时的导航和交通信息，提升驾驶体验和道路交通安全。
综上所述，无线传感器网络在农业、医疗、环境监测和智能交通等领域的应用前景非常广阔。
随着科技的不断进步，WSN将会在更多领域发挥其独特的作用，为人们的生活和工作带来更多的便利和效益。
无线传感器网络的原理与应用
无线传感器网络的原理与应用无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量分布式传感器节点组成的网络系统。
每个传感器节点都可以进行感知、处理和通信，并且能够自组织成网络。
无线传感器网络可以用于各种应用领域，如环境监测、智能交通、军事侦察等。
本文将介绍无线传感器网络的原理和应用。
无线传感器网络由若干个传感器节点组成，每个节点都具备感知、处理和通信的能力。
节点之间通过无线传输技术进行通信，并且通过自组织的方式构建网络结构。
节点可以将感知到的数据发送给周围的节点，最终传输到网络的中心节点或远程服务器进行处理和分析。
1.传感器节点：每个传感器节点都包含传感器、处理器、无线模块和电源。
传感器用于感知环境信息，处理器用于处理数据，无线模块用于通信，电源用于供电。
2. 网络通信：传感器节点之间通过无线通信方式进行信息交换，可以使用WiFi、蓝牙、ZigBee等无线通信技术。
3.网络拓扑：无线传感器网络可以形成多种网络拓扑结构，如星形、树形、网状等。
不同的拓扑结构适用于不同的应用场景。
4.数据处理：传感器节点可以对收集到的数据进行本地处理和分析，也可以将数据发送到网络中心节点或远程服务器进行更复杂的处理和分析。
1.环境监测：无线传感器网络可以用于环境监测，如温度、湿度、气体浓度等。
通过大量的传感器节点分布在不同的地点，可以实时监测环境变化并及时采取相应的措施。
2.智能交通：无线传感器网络可以用于智能交通系统，实时监测交通流量、车速等信息，优化交通路线，减少交通拥堵和事故发生。
3.农业监测：无线传感器网络可以用于农业监测，如土壤湿度、光照强度、气候条件等。
通过监测农田条件，可以进行精细化管理，提高农作物产量和质量。
4.物流管理：无线传感器网络可以用于物流管理，实时监测货物的位置、温度、湿度等信息，确保货物的安全和质量。
5.智能家居：无线传感器网络可以用于智能家居系统，实现对家庭设备和环境的智能化控制和管理。
无线传感器网络技术的原理与应用场景
无线传感器网络技术的原理与应用场景无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是一种基于无线通信技术和传感器技术相结合的网络系统。
它由大量分布在被监测区域内的节点组成，这些节点能够感知环境中的各种参数，并通过无线通信相互交流。
本文将介绍无线传感器网络技术的基本原理以及其在各种应用场景中的具体应用。
一、无线传感器网络技术的原理1. 无线传感器节点无线传感器节点是无线传感器网络的基本组成单元，它由感知器、处理器、无线通信模块和能源供应组成。
感知器用于感知环境中的参数，如温度、湿度、压力等。
处理器用于处理收集到的数据，并根据需要做出相应的响应。
无线通信模块则实现了节点之间的通信功能。
能源供应通常采用电池等，因此节点的能耗是无线传感器网络中需要考虑的重要问题之一。
2. 网络拓扑结构无线传感器网络中常见的网络拓扑结构包括星形网络、网状网络和混合网络。
星形网络中，所有的节点都与一个中心节点相连接；网状网络中，各个节点之间可以相互连接；混合网络则是以上两种拓扑结构的结合。
不同的拓扑结构适用于不同的应用场景，选择合适的拓扑结构能够提高整个网络的性能。
3. 无线传感器网络通信协议无线传感器网络的通信协议对于整个网络的性能起着至关重要的作用。
常用的无线传感器网络协议包括数据链路层协议、网络层协议和传输层协议。
数据链路层协议负责节点之间的数据传输，如低功耗无线个人局域网（Low power Wireless Personal Area Network，LW-PAN）；网络层协议负责路由选择和数据转发，如自组网协议（Ad hoc Networking Protocol，ANP）；传输层协议则负责数据的可靠传输，如传感器传输控制协议（Sensor Transmission Control Protocol，STCP）。
二、无线传感器网络的应用场景无线传感器网络技术在各个领域中都有广泛的应用场景。
无线传感器网络的基本原理与应用介绍
无线传感器网络的基本原理与应用介绍无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布式无线传感器节点组成的网络系统，用于收集、处理和传输环境中的信息。
它是物联网的关键组成部分，具有广泛的应用前景。
本文将介绍无线传感器网络的基本原理和一些典型的应用场景。
一、无线传感器网络的基本原理无线传感器网络由大量的无线传感器节点组成，每个节点都具有感知、通信和计算能力。
这些节点可以感知环境中的各种参数，如温度、湿度、光照强度等，并将这些信息通过无线通信传输给其他节点或基站。
无线传感器网络的基本原理包括以下几个方面：1. 节点通信：无线传感器节点之间通过无线信号进行通信，可以采用无线电波、红外线等不同的通信方式。
节点之间可以进行直接通信，也可以通过中继节点进行中转。
2. 路由协议：无线传感器网络中的节点通常是分布在广阔的区域内，节点之间的通信需要经过多跳传输。
为了有效地传输数据，需要设计合适的路由协议，使数据能够通过最优的路径传输到目的节点。
3. 能量管理：无线传感器节点通常由电池供电，能源是限制无线传感器网络寿命的重要因素。
因此，节点需要采取一系列的能量管理策略，如休眠、功率控制等，以延长网络的寿命。
二、无线传感器网络的应用场景无线传感器网络具有广泛的应用场景，下面介绍几个典型的应用场景。
1. 环境监测：无线传感器网络可以用于环境监测，如空气质量监测、水质监测等。
通过部署大量的传感器节点，可以实时监测环境中的各种参数，并及时采取相应的措施。
2. 物流管理：无线传感器网络可以用于物流管理，如货物追踪、温湿度监测等。
通过在货物上部署传感器节点，可以实时监测货物的位置和状态，提高物流的效率和安全性。
3. 农业监测：无线传感器网络可以用于农业监测，如土壤湿度监测、气象监测等。
通过在农田中部署传感器节点，可以实时监测农作物的生长环境，为农民提供科学的种植指导。
4. 健康监护：无线传感器网络可以用于健康监护，如老人健康监测、病人生命体征监测等。
无线传感网络的应用
无线传感网络的应用无线传感网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由无线传感器节点组成的自组织网络，能够感知和收集环境信息并将信息传输到目的地，是当今信息技术领域的一个研究热点。
WSN的应用范围极广，从农业、工业到城市管理，都有着广泛的应用前景。
一、农业领域农业是WSN应用领域之一。
利用WSN进行农业数据采集，可以实现精确的农业生产管理。
在农业领域，WSN可以实现对土壤、气象、植物的监测，通过数据指导农民制定针对性的农业生产方案，达到节约资源、提高生产效率、减少对环境污染等效果。
以土壤监测为例，WSN可以解决传统的人工采样测土质量的劳动强度大、测量数据难以全面准确等问题。
在土壤监测中，可以使用无线传感节点采集土壤温度、pH值、湿度等数据，建立一张土壤地图并分析不同区域土壤质量，从而针对性调整农药、化肥使用，并实现农作物的科学种植。
二、工业领域WSN在工业领域的应用，可以优化生产工艺、增强生产线的安全性和稳定性。
利用WSN进行工业智能化监控，可以实现对车间温度、湿度、机器运行状态、进度等情况的实时监测和控制，可最大程度地提高生产效率和质量。
在制造业中，WSN可以实现制造预警与管理，通过无线传感器实现对机器的监测和运转状态的实时记录，若有异常出现，立即发出警报。
这样可以使工厂在错误发生前及时介入，解决问题而不会影响生产进度。
三、城市管理领域WSN在城市管理领域的应用，有着更广泛的应用前景。
智能城市的构建需要对城市环境、基础设施、人口流通情况等进行大量数据采集和实时处理，WSN可以为此提供关键技术支持。
例如，WSN可以监测城市环境，对噪音、气体浓度、温度、湿度等数据进行采集和处理，实现对城市公共环境状态的实时监测和优化调整。
同时，WSN也可以对交通状况进行监测，针对出现的堵车情况，及时调整交通信号控制，减少堵车现象，实现城市交通的智能化管理。
总之，WSN已经成为一种重要而必要的技术手段，广泛应用于生产、农业、交通、医疗等领域。
无线传感器网络的技术应用
无线传感器网络的技术应用随着物联网技术的发展，无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）逐渐成为物联网技术的重要组成部分，被广泛应用于智能家居、工业自动化、环境监测、农业生产等领域，显示出巨大的应用潜力和发展空间。
一、无线传感器网络技术简介无线传感器网络是由若干个传感器节点组成的集合体，每个节点都包括感知器、微处理器、通信器等基本组件。
这些节点之间通过无线通信方式进行数据交互，形成一个分布式网络系统。
通过该网络可以完成对环境中各种信息的采集、处理和传输。
无线传感器网络具有无线、自组织、分布式、低功耗等特点，其应用领域十分广泛，可用于环境监测、地震预警、医疗监测等领域。
二、无线传感器网络的应用和发展现代人们重视环境保护的意识不断增强，对环境监测设备求甚苛刻。
这时候，无线传感器网络技术的出现对环境监测设备的应用提供了崭新的解决方案。
无线传感器网络可以实现对空气质量、水质量、土壤含水量等环境参数的实时检测，从而提高环境质量，保障人们的生活安全和健康。
此外，无线传感器网络还广泛应用于监控系统，如智能家居、工业自动化等领域，可以远程实时监测各种待检测参数，包括人员、物品及环境信息，从而提供智能化的管理和控制系统。
在农业生产方面，无线传感器网络可以应用于农田监测、气象预报、农作物生长情况等方面，帮助农民实现高质量、高效率、低成本的农业生产应用。
三、无线传感器网络的关键技术无线传感器网络技术同时也存在一些挑战，如低功耗、安全性、传输距离等问题。
因此，在无线传感器网络的应用和发展过程中，需要注重开发创新性的关键技术。
一方面，需要提高无线传感器网络的能耗效率，研究低功耗的传感器节点、能量收集技术和自适应能量管理系统等关键技术，实现长期稳定的供电。
另一方面，需要加强传输安全性，研究传输协议、数据加密、节点认证等技术，保障无线传感器网络传输过程中的安全性和可靠性。
最后，还需要优化传输距离和信号质量，提高数据传输效率和精度，以适应不同场景和环境的需求。
无线传感器网络原理及应用
无线传感器网络原理及应用
无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称WSN）是由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的一种自组织、自适应的网络系统。
每个节点都具备感知环境、处理数据和通信的能力。
无线传感器网络凭借其低成本、低功耗、灵活部署等优势，被广泛应用于各个领域。
无线传感器网络的工作原理如下：首先，各个节点通过无线通信互相连接，形成一个多层次的网络结构。
每个节点负责采集周围环境的信息，如温度、湿度、压力等，借助内置的处理器对数据进行处理和分析。
然后，节点将处理后的数据通过无线传输协议发送给周围的节点，通过多跳路由的方式最终传输到目标节点中。
目标节点接收到数据后，可以进行进一步的处理或者发送给其他外部系统进行分析和应用。
无线传感器网络有着广泛的应用。
在环境监测方面，可以用于气象预报、水质检测、大气污染监测等。
在农业领域，可以用于土壤监测、作物生长状况监测、灌溉控制等。
在智能交通领域，可以用于交通流量监测、智能交通信号控制等。
此外，无线传感器网络还应用于工业自动化、健康监测、安全监控等多个领域，为各个行业提供了大量的实时数据，帮助我们更好地了解和管理环境。
总之，无线传感器网络通过节点互相通信、数据采集和处理，构建了一个分布式的网络系统，具备广泛的应用前景。
通过无线传感器网络，我们可以实时获取环境信息，提高生产效率，
改善资源利用效率，为各个行业的发展和可持续发展贡献一份力量。
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军事应用：沙地直线系统
• 该项目的主要功能：目标探测、分类和跟踪。 • 沙地直线项目研制的无线传感器网络节点，被命名为
“超大规模微尘节点”(eXtreme Scale Mote, 简称XSM)。
(a)正面
(b)反面
军事应用
• 下表总结了沙地直线项目要。C、P、S和V是简记写法。
长（英尺）
宽（英尺）
矿井环境监测
1．无线传感器网络的框架结构，通常包括传感器节点、 汇聚节点和管理节点。
网络系统结构
矿井环境监测
拓扑结构
矿井环境监测
2．节点的软/硬件结构 1）硬件结构
节点硬件结构
矿井环境监测
2）软件结构
矿井环境监测
3．网络协议 1）多径路由机制和SPEED路由协议，可靠的路由 协议主要从以下两个方面考虑： 利用节点的冗余性提供多条路径以保证通信的可靠 性； 建立对传输可靠性的估计机制，从而保证每跳传输 的可靠性。
感器。 • 被动红外传感器：采用Kube Electronics的 C172型传感器。
军事应用--项目系统试验
如图所示为沙地直线项目研制的传感器节点XSM的封装剖视图。
军事应用--项目系统试验
① 密封罩：表面光滑，具有自动调整 自身位置的能力，可以在节点位置或 姿态变化时，仍然可以完成可靠的探 测和无线通信功能。这种罩体能使光 线照到里面的太阳能电池板上。
徒手人员 士兵 车辆
徒手人员 PCP,P 90% PCS,P 1% PCV ,p 0%
士兵 PCP,S 9% PCS,S 95% PCV ,S 1%
车辆 PCP,V 1% PCS,V 4% PCV ,V 99%
军事应用
• (1) 徒手人员：徒手人员类型可以从热量、地震动、声音、 电场、化学、视觉等方面扰动周围环境。
山体滑坡案例
3）IT系统设计
山体滑坡案例
5．项目总结 美国MEMSIC科技公司的无线传感器网络技术大大提高了 山体滑坡监测工作的效率，无线传感器网络技术不仅使每 个节点便于安装部署，免去了有线接入的繁琐过程，降低 了成本，并且基于Xmesh的网络能够长期稳定、可靠地连 续的工作，保证数据的存储并及时更新。整个系统的工作 模式也可以通过网络随时改变，以灵活适应不同的环境状 态。
• (2) 武装人员：持械士兵或武装人员，具有一些徒手人员 所不具备的信号特征。
• (3) 车辆：车辆类型的目标可以从热量、地震 动、声音、 电场、磁场、化学、视觉等方面扰动周围环境.。
军事应用
• 下面结合具体的传感器类型介绍目标信号的检测技术： • 声音传感器：这里采用JL1型电子F6027AP麦克风声音传
山体滑坡案例
火山监测系统
火山监测需要解决以下问题： 动态的震级大小和多变的地震源位置必须由算法进 行正确的处理 低成本的无线传感器的感知能力受限，传感器节点 间必须高效协作，相互配合进行信号处理 降低计算和节点间通讯的开销必须，以保证系统响 应的实时性和维持正常的生命周期
火山监测系统
火山监测结构和方法
指标
PD
PFA
TD
PCi, j|i j
PCi, j|i j
x,
y
量值 0.95 0.10 15 见表2 见表2
x, y 2.5,2.5
指标含义 探测概率 错误告警率 探测持续时间（秒） 正确分类率
错误分类率 位置估计误差（米）
军事应用
• 下表所示为目标分类要求的详细技术指标，其中垂直栏 表示实际种类，水平栏表示要求的分类指标。
信号幅度
地震波
快速傅立叶变换
监测质量要求
能量尺度 选择
传感器选择
多尺度贝叶斯 侦测器
本地决策
系统决策（每秒）
决策融合
地震开始时间估计
地震开始时间 （精确到毫秒）
相应模块位 于基站上
相应模块位 于节点上
控制流
数据流
火山监测系统
火山监测关键技术 传感器节点必须在短时间内执行感知、侦测。必须设计
高效的采样方案。 为了使各个节点能达到最优的本地侦测性能，研究者设 计了一个多尺度贝叶斯模型来进行地震信号能量和频谱 的联合处理以便解决地震的动态性和定位问题。 系统的决策融合模型采用等增益合并模型（equal gain co mbining，EGC）
军事应用--项目系统试验
② 曲棍球冲压罩： 如图所示为曲棍球 冲压罩的剖视图， 它由顶盖、罩身和 底基组成。
军事应用--项目系统试验
③ 锥形罩：锥形罩的结构具有自 动调整姿态和位置的功能
军事应用--项目系统试验
2、试验部署 与实施 沙地直线项目 的研究人员分 别在俄亥俄州 和佛罗里达州 等不同地方进 行了试验。
火山监测系统
火山监测实验结果
能耗比较
火山监测系统
火山监测实验结果
(a)收包率
(b)误报率
(c)误报率与传感器 选择的关系
住宅能耗监测
Supero包括了智能电表和声/光传感器。 整个系统可分为两层：
第一层，声/光传感器感知信号，侦测可能由用电器 开关引发的事件。传感器对事件的特征进行抽象并 向基站发送事件的信息。 第二层，多模式数据关联，无人值守式事件聚簇， 事件-用电器关联；
无线传感器网络
Wireless Sensor Networks
第十一章 无线传感器网络的典型应用
2020/8/21
1
概述
• 根据应用场景的不同，无线传感器网络的侧重点也不同。
军事领域，系统更侧重安全性和保密性；
环境监测领域，系统更注重延长网络生存时间； 公共安全领域，更注重可靠性，尽量减少误报率和漏报率； 医疗卫生领域，更注重低功耗节点和患者的隐私保护； 工业控制领域，系统更注重数据的可靠性和实时性。
矿井环境监测
3．网络协议 2）基于分簇的TDMA机制MAC协议 由于该传感器网络采用骨干节点、非骨干节点的拓扑 结构，即分簇的拓扑结构，其底层的MAC层协议也 是基于这种分簇的结构设计。
4．定位机制 当井下发生瓦斯泄漏事件时，必须尽快找到瓦斯泄漏 点进行抢修。此时探测到瓦斯浓度最高的节点必然 是距离瓦斯泄漏点最近的节点，该节点要发送位置 信息给管理节点。
山体滑坡案例
理论原理 液位传感器:观测地下水深度。倾角传感器：监测山 体的运动状况
山体滑坡案例
理论原理
山体滑坡案例
部署实现
山体滑坡案例
1）传感器节点 2）中继Mote 3）基站 4）MoteWeb:MoteWeb
山体滑坡案例
4．问题与解决方案 1）通信距离
山体滑坡案例
2）能源消耗