浅谈无线传感器网络在环境监测中的应用

王学军

（烟台市龙口环境监控中心，山东 烟台 265700）

由于当前经济发展与社会的和谐进步，人民群众的生活水平得到了有效提升，大家对生活质量和生活环境的标准和要求也有了显著提高。随着人们环保意识的不断增强，环境保护也成为了人们关心的焦点问题。环境问题是促进我国可持续发展进程当中需要解决的一个关键问题，改善民生、建设美好环境是我们共同的愿望，因此对于环境监测工作一定要给予更多的关注和重视。无线传感器网络技术在环境监测当中的应用已经取得了一定的效果，并且应用范围也在不断拓展，通过这些设备可以及时监控环境状况，对采集到的数据进行有效的分析和嵌入式的科学处理，最终借助这些得到的数据结果达到实施环境监测的目标[1]。

1 环境监测中无线传感器网络的技术研究

无线传感器网络在环境监测过程中的应用主要有以下优点，首先，它可以为网络组织提供更快、更全面、更有效的网络环境，网络本身的高质量性能可以详细地揭示信息的出处。在较短的时间内，无线传感器网络的设置是便捷而全面的，对于资源的分配非常合理，也就是说能够优化资源配置；其次，其可以利用网络优势来更好地开展环境监测工作。现阶段，网络信息技术快速发展，而无线传感器可以借助网络的优势来提高信息传递的效率，为环境监测人员节省大量的工作时间，并且还可以实现监测设备的自动化管理，从而保证环境监测数据的准确性。另外，信息数据的采集是通过路由器来进行传播的，可以展现出无线传感器网络技术本身所具备的优势以及更多的特点，可以在环境监测中获得大量的信息数据，这些信息数据对于后续工作的展开具有关键意义。在进行环境监测工作时，相关工作人员要更加深入地开展无线传感器网络的技术研究，只有这样才能提升工作效果，促进各项工作更加稳定、顺利地开展。

2 无线传感器网络在环境监测中的应用现状研究

现如今，我国对于环境保护越来越重视，而环境监测对于整个环境保护工作有着极为重要的作用，因此随着科技水平的不断发展与进步，已经开始将无线传感器运用到环境监测中。20世纪80年代，部分发达国家已经建立了相应的环境监测站，并且借助一些无线传感设备来实现对环境状况的实时监控[2]。无线传感器能够非常迅速地进行铺设，相对来说是较为方便，而且无线传感器网络具有较强的抗毁性，因此应用较为广泛，很大程度上促进了我国环境保护工作的开展。具体来说，通过对无线电、网络，以及光学、电学等相关专业的知识的运用，研发出远程监控技术，使人们在距离较远的地方就能对该地区的某些环境状况进行远程监控和管理，以更好地开展环境保护工作。但是目前无线传感器在我国环境监测等多个部门的运用并不是非常广泛，因为无线传感器是一种新兴的事物，它的发展以及应用还是需要一段时间的，无线传感器网络在应用的过程当中还有一些技术方面的问题没有解决，这些技术方面的问题是非常关键的。国内对于无线传感器的应用可以说还处在起步阶段，在环境监测当中的使用经验不足。而由于无线传感器在不同的场合有不同的应用方法，所使用到的技术手段也不一样，因此在对无线传感器进行应用时要符合相关技术要求。除传统监测技术外，还可与新技术相结合，以显著提高数据准确性，降低人工和材料成本。

3 无线传感器网络的架构以及特点分析

3.1 无线传感器网络的结构

无线传感器网络体系结构由无线传感器网络协议组成，主要负责信号调制和信号的有效传输和接收，比如说红外线、数据链路层，数据链路层是对数据成帧以及数据成帧的检测工作进行负责，展开媒体对于协议进行严格的访问，它还可以在没有套接控制的情况下实现点对点和点对多点的通信目标[3]。其最为重要的目的是提高信息的一致性，因为一个节点收到信息后，一定的机制可以保证源节点是完全匹配的。无线传感器网络保证了无线节点的通信技术和能量传递，对于传输信息的无线传感器网络节点，在大多数情况下，这种传输操作是以多跳的形式完成的，所以路由选择、有效路由维护等传输机制是对通信服务质量有效而严格的保证，因为传输层完成了对数据流的有效控制，保证了整个网络的信息流在可管理的范围内。机制线传感器包含很多应用软件，可以保证互联网节点发送的信息的各个方面都在应用层，为应用软件的进一步开发提供更充分的条件。开发工具也是合理的，无线传感器网络系统还包括能源监管平台、移动平台和工作平台。

3.2 无线传感器网络的特征分析

无线传感器网络具有明显的特征。首先，无线传感网络的硬件资源有限，无线传感器节点肯定会受到体机能耗以及存储空间等多方面的影响，并且在环境监测过程中，对于相关设备的电能消耗较大，如果无线传感器资源有限，不能够及时进行电池的更换，便会影响环境监测的整体效果[4]。具体来说，我国无线传感器并不能根据使用情况提供相应的资源，很大程度上会影响工作质量。并且由于传感器硬件资源有限，导致存储器的容量不足。但是从目前实际情况来看，我国相关的技术在快速发展，更多能耗较低，高度集成以及价格低廉的无线传感器节点逐渐涌入了市场。

无中心自组织以及协作式的无线网络，同样也是它的一个特点。无线传感器网络节点和传统的无线网络之间具备明显差异[5]。无线传感器节点通常设置在监控区域内，不依赖其他设置设施，在节点上电之前，通过存储在节点中的算法和协议进行自我定位、自我配置和自我效能管理。借助拓扑控制机制和网络协议，自动形成一个独立的无线传感器网络，是一个无中心的对等网络，这些节点之间的关系是比较一致的，不同节点之间的协作可以在一定程度上加快信息传输，更加便捷。

节点数量的密集程度也是非常重要的，在大部分情况下，无线传感器网络当中的节点分布非常均匀，在传感器工作的过程中，这些节点可以通过休眠来延长网络生命，从而使得传感器工作效率提高。并且不同节点之间既相互关联又相互独立，如果一个节点被损坏那么其他节点并不会受到这个节点损坏的影响，这在一定程度上能够使无线传感器网络更加安全可靠，具有的操作性更强，防破坏的能力也得到了提升。因此对单个节点的可靠性要求相对较低。而且无线传感器具有一定的动态特性，由于节点能量有限，会成为死节点或直接进入休眠状态[6]。无线传感器网络具有较强的自配置能力和较高的协调能力，不会影响或攻击网络信息采集。

灵活性比较高也是无线传感器的一个显著特征。在大多数情况下，传统的有线网络需要基础设施设备的支持，但无线传感器网络可以随时随地部署。无线传感器网络中的节点在不同的干预条件下不会发生故障，不需要人工干预，更适合恶劣的工作环境。无线传感器网络采用无线传输技术，可以降低安装成本。随着无线传感技术的有效发展，它的性价比会不断提高，在未来的应用范围也会逐渐扩大。

4 无线传感器网络在环境监测中的应用分析

4.1 无线传感器网络在军事环境监测中的应用分析

由于无线传感器设备可以快速部署，并且具有较高的隐藏性，在自治组织中也具有一定的优势，因此在军事指挥和控制领域得到了广泛应用。通过目标获取等多系统建设的无线传感器网络，真正实现了对敌军及装备设施的详细实时监控，及时监控和管理战场态势，科学地评估战场上的情况[7]。目前，战争的必要性是世界许多学术领域的主要研究目标，西方国家也在开展该领域的研究，未来我们计划探索无线传感器网络在战争中的作用和应用，通过在战场上科学部署各种无线传感器快速地洞察战事情况。无线传感器网络的应用消除了依赖于其他基础设施和设备的自配置功能的需要，其配置特征是非常明显的，可以更加有利于适应设备的变化和发展，并且还可以展开节点的移动，灵活地反映任务和网络的各种需求。

4.2 无线传感器网络在工业环境监测中的具体应用分析

由于工业生产过程中意外事故多发，可见对于工厂的安全监管监测是十分必要的。随着工业生产的发展不断加快，当前产业结构的发展也非常复杂，在当下展开监测工作的难度也会随之不断增大。和传统的有线型对比，无线传感器网络在工业生产过程中的部署是非常有效的[8]。因为无线传感器网络的功耗相对比较低，而且传输速度不断加快，构建无线传感器网络非常便捷。在构建无线传感器网络的基础之上展开工业安全生产监测，还可以实现定位以及安全警告等多方面的功能，使工业企业的生产安全性得到了进一步保证。因此在当下，应对于无线传感器网络所起到的作用以及具体应用情况进行更加深入的研究，只有这样才能够获得更好的效果[9]。

4.3 扩展无线传感器网络的环境监测领域

无线传感器网络的应用范围不应受到限制。我们必须最大限度地利用无线传感器网络。例如，我们可以将无线传感器网络应用于农业信息监测，监测不同地区的土壤水分、pH值和光照条件，也可以应用于监测水产养殖和林地利用情况[10]。

4.4 坚持“尊重自然”的原则

在使用无线传感器网络的过程中，要尽可能减少人类活动对周围自然环境的不利影响，尤其是在生物多样性非常丰富的云南省，很多生物种群对外界环境非常敏感，无线传感器网络的适应性也很差，所以在使用无线传感器网络进行环境监测时，一定要注意保护自然环境的完整性[11]。

4.5 重视信息安全

各种传感器监测的数据和信息非常有价值，这些数据可以为制定更科学、更完善的环境管理计划提供技术支持。但事实上，无线传感器中的大量监测节点仍存在较大的安全漏洞，犯罪分子可以利用这些漏洞对传感器网络中传输的信息进行监控。针对这个问题，我们首先要做的就是不断改进和更新技术，尤其是要设计一个更灵活、更强大的密钥管理方案。密钥管理方案还必须高度适应无线传感器的有限资源。节点可以保证当部分节点受到攻击时，只有少数相邻节点会受到影响，网络的整体安全不会受到威胁[12]。

5 结语

总体来看，由于环境监测中无线传感器技术的协调发展与进步，促进了其在环境监测过程中的应用格外广泛，应用范围的不断拓展，使得更多的人关注到了这些设备。无线传感器网络技术的不断发展，为我们实现更高效的环境监测创造了有利条件。许多环境监测领域的公司和机构也发现了无线传感器网络技术的巨大优势，并致力于将这种先进技术应用于环境监测工作中。其优势主要体现在三个方面：可以快速地在区域内进行监控网络的建设；可对大量监测数据进行快速采集、管理和分析，系统稳定性高。无线传感器网络在环境监测当中的有效使用也能够保证环保工作信息数据的获取更加准确，更加全面，使环境监测的效率水平得到进一步提升。因此在当前一定要关注无线传感器网络在环境监测当中的实际应用状况，有效提高无线传感器网络应用水平[13]。