[ 導讀 ] 無線傳感器網絡（WSN，Wireless Sensor Networks）是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，并發送給觀察者。

    無線傳感器網絡（WSN，Wireless Sensor Networks）是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，并發送給觀察者。

    隨著無線通信、嵌入式計算和傳感器等相關技術的日益成熟，WSN的研究與應用也越來越廣泛，其潛在的市場需求十分巨大。WSN研究最早起源于軍事領域，因其無需架設網絡設施、能夠快速展開、抗毀性強等特點使得它具有重大的軍事價值。而軍事應用也是目前WSN最重要和最主要的應用領域。WSN還可以在精細農業中用于對農田監測，通過在農田中部署一定數量的無線傳感器節點，就可以對農田水分、溫度、濕度、蟲害等狀況進行實時監測，從而為精確灌溉、精確施肥、精確噴霧等提供依據。此外，目前WSN還應用于以下領域：智能交通、生物醫療、環境監測、搶險救災等。

    WSN在物流的許多領域都有應用價值，包括生產物流中的設備監測、倉庫環境監測、運輸車輛及在運物資的跟蹤與監測、危險品物流管理以及冷鏈物流管理等。
WSN在物流中具有巨大的應用潛力，但是大規模的應用還有待時日。根據實地調研和文獻資料分析得知，目前無線傳感器網絡在物流業中的應用十分有限，大部分還都停留在學術研究或是開發實驗階段。

    WSN在物流中應用

    WSN在物流中應用將是未來的一大趨勢，但是由于種種原因其廣泛應用還需要時日。要在物流業獲得廣泛應用，其中有很多關鍵技術還需要探討，如能量管理、節點定位、拓撲控制、MAC協議和路由協議等技術，此外應用成本問題也需要解決。

    （1）對于無線傳感器網絡而言，最核心的問題就是能源管理。因為傳感器網絡節點分布數量眾多、覆蓋范圍大、工作環境復雜，很多時候更換電池是不方便的。比如危險品物流的監測中。在設計傳感器網絡時必須充分考慮節能問題，使得節點生存時間長達數月甚至數年，以盡可能少的能量完成盡可能多的任務。在目前對于節能問題的研究進展中，休眠機制是節省能源的最有效的方式之一。由于傳感器節點監測事件的偶發性，沒有必要讓所有單元均工作在正常狀態下，此時即可啟用休眠模式，能自適應的休眠和喚醒，進行突發工作，節省能量。比如，在特殊品倉儲與運輸的監測系統中，如果溫度或壓力等測量值在正常范圍內，可以讓大多數單元進入休眠模式，當超過警戒值[FS:PAGE]時，喚醒某些節點將信息傳遞給節點最后到達終端，使管理者能夠采取相應措施。這樣就能節省大量能量，延長網絡的工作壽命。總之，在滿足系統要求的情況下，采用各種方法降低耗電量是非常必要的。

    （2）無論是將傳感器節點安裝在倉庫中還是運輸工具上，節點定位都是一個關鍵問題。節點定位是指確定傳感器節點的相對位置或絕對位置。節點所采集到的數據必須結合其在 測量坐標系內的位置信息才有意義。比如說在物流監測過程中，發現某個監測值有異常，那么必須知道是哪個位置才能采取相應的措施來解決。目前主要有兩類節點定位算法：基于測量距離的定位算法與測量距離無關的定位算法。節點定位問題的研究還有待進一步深入，基于測量距離的定位方法需要附加的硬件設備，與測量距離無關的定位方法精度又很低。

    與GPS技術結合是比較流行的一種絕對位置定位技術，但是由于成本、功耗、擴展性的問題不可能廣泛使用，一般采用的方法是少數節點預先配置或者通過GPS得知自身位置信息而作為信標節點，其他節點依靠信息計算出自身的絕對位置。物流應用當中到底采用哪種節點定位方法能夠以較小的成本獲得比較好的效果還需要進一步研究和測試。

    （3）在物流中應用的無線傳感器網絡是一個動態的網絡，有一部分節點可以移動，比如某些節點的位置隨著車輛移動而變化，這就涉及到一個移動控制問題。移動控制負責檢測和控制節點的移動，維護到匯聚點的路由，還可使傳感器節點能夠跟蹤它的鄰居。而且一個節點可能會因為電池能量用完或其他故障等原因，退出網絡運行；也可能有節點由于某種需要而被添加到當前網絡中。這些都會使網絡的拓撲結構發生變化，因此網絡拓撲控制具有特別重要的意義。通過拓撲控制自動生成良好的網絡拓撲結構，能夠提高路由協議和MAC協議的效率，可為數據融合、時間同步和目標定位等很多方面奠定基礎，有利于節省節點的能量來延長網絡的生存期。傳感器網絡拓撲控制目前主要的研究問題是在滿足網絡覆蓋度和連通度的前提下，通過功率控制和骨干網節點選擇，剔除節點之間不必要的無線通信鏈路，生成一個高效的數據轉發的網絡拓撲結構。

    （4）MAC協議對節點能耗有重要影響，因為它直接控制射頻模塊，而射頻模塊是節點中最大的耗能部件，因此到目前為止，能源效率是無線傳感器網絡MAC協議最主要的設計目標。目前，MAC協議在降低功耗方面主要采用的方法有減少數據流量，增[FS:PAGE]加射頻模塊休眠時間和沖突避免等。其中，減少數據流量是最根本的解決方案，目前主要靠在網絡層或者在數據鏈路層上增加一個數據融合層來實現。但在MAC層是否能夠進行數據融合以及如何進行數據融合是目前研究較少的 領域，還沒有成熟的研究成果。而在物流的應用中，諸如可靠性、實時性、移動性等要求會在未來的研究中體現得較明顯。

    （5）路由協議的主要任務是在傳感器節點和sink節點間建立路由，可靠地傳遞數據。其首要設計原則是節省能量，延長網絡系統的生存期。基于以上原因，協議不能太復雜，不能在節點保存太多的狀態信息，節點間不能交換太多的路由信息；同時應盡量避免發送冗余信息，減少能量的浪費。

    WSN在物流中的應用前景分析

    雖然WSN目前在物流中的實際應用成功的還很少，但是這個領域的研究正日益增多，相信在不久的將來，隨著研究的深入和許多關鍵技術得到很好地解決，WSN在物流中將得到大規模的應用。

    （1）WSN可以用于倉庫環境監測，滿足溫度、濕度、空氣成分等環境參數的分布式監控的需求，實現倉儲環境智能化；WSN還可以應用于運輸車輛與在運物資的全程跟蹤與監測，傳感器節點能夠實時監測每個物資在運輸途中的位置和狀態，向監控中心發送物資的流向和狀態信息，這種基于無線傳 感器網絡的物流監控系統可以使管理者能更有效地管理和控制物流過程，確保產品的品質。

    （2）WSN 在危險品的物流管理中也大有可為。危險品物流作為物流領域的一個分支，其作用和影響也逐漸凸顯。我國危 險品物流管理還處于起步階段，大部分危險品的物流運作仍是沿用傳統普通貨物的物流操作，安全事故時有發生。危險品物流的特殊性，更需要強調安全性。應用無線傳感器網絡能夠實時監測危險品以及其容器的狀態，一旦超過警戒值可以及時報警，這樣就能為危險品物流過程的跟蹤、監控、管理等提供安全保障。

    （3）冷鏈物流中的貨物在儲運過程中易受到外界溫度、濕度等條件影響而發生腐爛變質，為了保持易腐貨物的本來品質和使用價值，在運輸途中不發生腐爛變質和數量上的短缺，就必須將易腐貨物置于其保鮮所需的較低溫度條件下；因此，如果把無線傳感器網絡應用在冷鏈物流中，就可以全程監控冷凍環境中的產品溫度以及濕度，及時調控溫濕度，保證產品的質量。

    將WSN技術與RFID技術以及GPRS等無線通信技術相結合應用[FS:PAGE]在物流中將是一大趨勢。傳感器網絡對節點一般都不會采用全局標識，而RFID技術對節點的標識有其優勢，將兩者結合應用能夠彌補彼此的缺陷，傳感器節點可以將網絡 的主要精力集中到數據上，當需要考慮某個具體節點信息時，就可以利用RFID的標識功能。例如：監控倉庫物品的狀態。其中，RFID技術實現人員、貨物、車輛等目標識別，WSN技術實現倉儲環境智能，滿足溫度、濕度、空氣成分等環境參數的分布式監控需求。無線傳感器網絡中的sink節點還可以通過GPRS等無線通信網絡與監控中心之間實現數據傳輸及控制命令下達等。

    WSN的研究與應用越來越廣泛，但在物流中的應用還有待時日。要使WSN在物流中得到廣泛應用需要解決許多關鍵 技術問題，諸如能源管理、節點定位、拓撲控制、MAC協議和路由協議等問題。可以預見，無線傳感器網絡在物流中具有廣闊的應用前景，最先應用無線傳感器網絡的幾個典型物流領域可能是：倉儲環境監測、在運物資的實時跟蹤監測、危險品物 流管理和冷鏈物流管理等。GPS等相關技術在物流可視化管理與智能定位追蹤方面的應用。

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