摘 要：介紹了在環境監測系統中應用無線傳感器網絡技術的幾點優勢，分析了基于無線傳感器網絡技術的環境監測系統的體系結構，給出了三個典型應用領域中該系統的創新性構建方案，并對該類系統中的幾種關鍵技術進行了研究，最后對無線傳感器網絡技術的應用前景進行了展望。
　　關鍵詞：無線傳感器網絡;節點;能源管理;數據融合

　　1 引言

　　近年來，隨著無線傳感器網絡技術的迅猛發展，以及人們對于環境保護和環境監督提出的更高要求，越來越多的企業和機構都致力于在環境監測系統中應用無線傳感器網絡技術的研究。通過在監測區域內布署大量的廉價微型傳感器節點，經由無線通信方式形成一個多跳的網絡系統，從而實現網絡覆蓋區域內感知對象的信息的采集量化、處理融合和傳輸應用。與傳統的環境監測手段相比，使用傳感器網絡進行環境監測有三個顯著的優勢：一是網絡的自組性提供了廉價而且快速部署網絡的可能;二是現場采集的數據可通過中間節點進行（路由）傳送，在不增加功耗和成本的前提下，可將系統性能提高一個數量級;三是網絡的健壯性、抗毀性滿足了某些特定應用的需求。無線傳感器網絡技術是應用性非常強的技術，它在當前我國環境監測系統中的應用潛力是巨大的。

　　2 系統概述

　　環境監測應用中無線傳感器網絡屬于層次型的異構網絡結構，最底層為部署在實際監測環境中的傳感器節點。向上層依次為傳輸網絡，基站，最終連接到Internet。傳感器節點由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應模塊組成，傳感器節點的體系結構如圖1所示。為獲得準確的數據，傳感器節點的部署密度往往很大，并且可能部署在若干個不相鄰的監控區域內，從而形成多個傳感器網絡。傳感器節點將感應到的數據傳送到一個網關節點，網關節點負責將傳感器節點傳來的數據經由一個傳輸網絡發送到基站上。傳輸網絡是負責協同各個傳感器網絡網關節點、綜合網關節點信息的局部網絡。基站是能夠和Internet相連的一臺計算機（或衛星通信站），它將傳感數據通過Internet發送到數據處理中心，同時它還具有一個本地數據庫副本以緩存最新的傳感數據。監護人員（或用戶）可以通過任意一臺連入Internet的終端訪問數據中心，或者向基站發出命令。基于無線傳感器網絡的環境監測系統適合于在煤礦、油田安全監測，溫室環境監測、環保部門的大氣監測、突發性環境事故的預測及分析、特殊污染企業的監測，生物群種的生態環境監測以及家庭、辦公室及商場空氣質量監測等領域應用。

　　圖1 傳感器節點體系結構

　　3 系統應用特點及架構

　　3.1 系統特點
　　利用無線傳感器網絡實現環境監測的應用領域一般具有以下特點：
　　（1）無人環境、環境惡劣或超遠距離情況下信息的采集和傳送，保證系統工業級品質安全可靠。
　　（2）生物群種對于外來因素非常敏感，人類直接進行的生態環境監控可能反而會破壞環境的完整性，包括影響生態環境中種群的習性和分布等。
　　（3）需要較大范圍的通信覆蓋，網絡中的設備相對比較多，但僅僅用于監測或控制。
　　（4）系統實施、運行費用要低，無需鋪設大量電纜，支持臨時性安裝，系統易于擴展和更新。
　　（5）具有數據存儲和歸檔能力，能夠使大量的傳感數據存儲到后臺或遠程數據庫，并能夠進行離線的數據挖掘，數據分析也是系統實現中非常重要的一個方面。

　　3.2 系統架構

　　3.2.1 礦井安全監控

　　礦井利用無線傳感器網絡實現井下安全監控的系統結構框圖如圖2所示。傳感器節點負責井下多點數據采集，主要包括CO、瓦斯、風速和氣壓等參數，通過井場監控終端（基站）和地面基站傳送給后臺監控中心。后臺監護人員通過該監測系統可及時、有效、全面的掌握礦井情況，有利于礦井實施指揮調度、安全監測，從而可以有效的防止礦井事故的發生。

　　圖2 礦井無線傳感器網絡環境監控系統結構框圖

　　3.2.2 生態環境監測

　　傳感器網絡在生態環境監測方面的應用非常典型。美國加州大學伯克利分校計算機系Intel實驗室和大西洋學院（The College of the Atlantic, COA）聯合開展了一個名為 “in-situ”的利用傳感器網絡監控海島生態環境的項目。該研究組在大鴨島（Great Duck Island）上部署了由43個傳感器節點組成的傳感器網絡，節點上安裝有多種傳感器以監測海島上不同類型的數據。如使用光敏傳感器、數字溫濕度傳感器和壓力傳感器監測海燕地下巢穴的微觀環境;使用低能耗的被動紅外傳感器監測巢穴的使用情況，系統的結構框