刍议无线传感器网络在智慧校园中的应用

王世运+魏月莲

摘要：本文探讨了无线传感器网络的技术特点和应用现状，重点分析无线传感器网络在智慧校园网中的应用，以及對教学的支撑、对科研环境的保障以及校园师生管理。

关键词：无线传感器网络；智慧校园；应用现状

中图分类号：TP212.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）09-0224-01

智慧校园是指以物联网技术为基础的智能化、智慧化的校园教学、科研、学习和生活一体化环境，这一体化环境将科研、教学、校园生活和管理等进行充分融合，它的特点一是为广大师生提供一个全面的综合信息服务门户和智能感知环境系统，实现提供基于个性化定制服务；二是将整合学校的各个应用与服务领域，实现数据共享和协同协作；三是通过综合信息服务门户和智能感知环境系统，为学校与外部世界提供一个相互交流和相互感知的接口。

无线传感器网络，简称WSN，是一种分布式的无线传感网络，是由现代计算机技术、网络技术、传感器技术和通信技术组成的，它的末梢是由大量可以采集、感知或检测外部环境的传感器组成。因无线传感器网络中各个传感器均通过无线方式进行通信，还具有实时处理信息、存储信息和对感知到的信息进行响应，故它的网络设置灵活多样，完全可以依照使用环境的需求来设置，并且可以随时重新配置网络，本文就该无线传感器网络在智慧校园中的应用领域做个简单分析。

1 基于智慧校园的无线传感器网络的特点

一般来说，无线传感器网络是为弥补有线网络或无线网络在网络部署上的不足，比如因环境恶劣，无法部署有线网络或无线网络。它主要是为了完成对监测目标的数据采集或监测任务，是以数据存储、转发、处理为中心的网络。它的网络则可能包括成千上万个节点，且节点的分别更为密集[1]。

1.1 有限的工作模式

采用电池供电的传感器节点容易受节点的体积和电池容量影响，采用电池供电的传感器节点往往可能部署在恶劣的环境里，有些环境具有极高的危险性，造成维护人员不能现场维护，出现损坏只能丢失或重新部署，这样使得传感器网络的日常维护中需要损耗大量的资源。

1.2 异构的网络

无线传感器网络的一个特性是异构性，它基本可以分为两大类：网络间的异构性、网络内的异构性。产生网络内的异构性的原因是一般是一个网络内包含多种类型的传感器节点，每种传感器节点根据应用的需求具有不同的硬件配置和执行器节点。产生网络间的异构性一般是不同传感器网络之间的异构性或传感器网络与其他类型网络之间的异构性。网络间的异构性表现在通信协议、数据管理、节点系统等方面的差异。

1.3 与应用软件密切相关

无线传感器网络被用来监测或采集多种目标的数据，应用前景广阔，但就目前来说，无线传感器网络还没有统一的通信协议平台，这对把无线传感器网络作为运行环境的各种应用软件来说，就需要根据不同的无线传感器网络调整相关应用软件的通信协议，这增加了大量的成本，阻碍了无线传感器网络的大规模使用[2]。

2 无线传感器网络对教学的支撑

无线传感器网络的感知能力在对智慧校园的教学支撑方面是多样的。它可以是带有执行器和各种传感器的智能化系统，用于对教学楼内的照明、电力、电梯空调和给排水等设施进行集中感知与检测，实现分散操作控制、管理，从而达到节能、经济、安全管理目标。比如，在教室里，它能感知教学环境的温度、湿度，从而智能调整教室的空调、风扇等，并且可以感知教室的在用情况，以实现人走后教室各种设备，包括电脑、投影仪、空调、电扇等自动关闭，以达到节能的要求。在实验室里，可以实现人脸识别的门禁功能，自动记录实验室的使用情况，监测实验室用水用电情况等[3]。

在学生学习方面，提供了丰富的、有针对性的网络学习环境，同时能自动匹配学生的学习行为。如在微格教室里，当学员登上讲台，做固定的教学动作（喊起立），微格教室里的讲台灯光、摄像机等自动开启，录制下整个教学演示过程，结束后可自动放映给学生观摩。在考勤方面，自动感知在一个教室内的上课人数，以供教学管理和教学督察使用。另外，在理论课教学上，还可以自动识别课堂上的声音是学生讨论问题的声音，还是噪音，若是噪音，代表授课教师在课堂教学过程中存在教学要求不严格等。

3 无线传感器网络对科研环境的保障

通过对科研环境的智能感知，可以提高实验室管理人员和科研工作人员对实验环境的管理。如，农业的科研场所一般是在宽阔的田野，这样，无线传感器网络可以在环境监测方面发挥巨大的作用，比如可以监视农作物的灌溉，当降雨量达到指定的最高值时，可以降低或不灌溉等；可以检测土壤PH值，预警可能的PH值提高或降低。在预报方面，可以通过无线传感器网络的系统分析功能，对监测到的降雨量、土壤水分、农药残留等进行记录与分析，并提供相关的预警[4]。

4 无线传感器网络对师生管理

在学生管理方面，一般的高校均有校园一卡通，通过一卡通可以监控学生进出各个教室、实验室的情况，通过集成在一卡通上的芯片，还可以实现学生在教室自动点名功能；在夜晚可以智能感知人活动，让校道中的路灯自动关闭，以达到节能目标。在图书馆使用上，无线传感器网络除了能根据学生在馆人数智能调整空调温度外，还能统计入馆每日人数或入馆高峰和低峰时刻，以方便学生根据自己的需求选择合适的入馆时间。特别重要的是，可以将几百个传感器散布于校园人群较为密集地中，能够为火灾地点的判定提供最快的信息；同时也能为可能的大规模人群聚焦提供预警，以防出现踩踏等事故。

5 结语

无线传感器网络在物联网时代的应用前景非常广阔，它被认为是影响人类社会未来发展的重要技术，它提供的一种全新、全面的信息获取、信息处理的途径，将会促进互联网向物联网转变的巨大革命。由于无线传感器网络对国家和社会未来的发展意义重大，国内外对于无线传感器网络的研究较多，都希望能够将无线传感器网络引入到日常的管理和监测中，实现各项管理工作的智能化、智慧化。因此无线传感器网络作为可以长期无人值守的工作状态下工作，它将在国防军事、农业科学、医疗、城市管理、景区管理、环境监测等较多领域具有巨大的使用价值和广阔的市场前景。

参考文献

[1]昂志敏，金海红，范之国，段勇.基于ZigBee的无线传感器网络节点的设计与通信实现[J]，现代电子技术，2007，（10）：47-49.

[2]李春杰，刘瑞霞，王继志.基于无线传感器网络的监控平台设计[J].传感技术学报，2006，（1）：13-15.

[3]刘刚.传感器网络组织结构与管理技术研究[D].西北工业大学，2005.

[4]邓莹.基于无线传感器网络的智能大厦安防系统研究[D].武汉理工大学，2007.endprint