无线传感器网络与传统监测方式比较

为了全面高效地监测结构状态和探测损伤，需要在结构上密集布置传感器阵列，因此传感器阵列必须具有可扩展性，即可根据需要随时加入或移除传感器，整个系统的性能不会因此受到影响。传统的有线监测方式，每个传感器都采取有线方式连接，不必考虑系统电能供给和数据传输路径问题。但传统监测方式存在一些弊端：①系统部署费用高、难度大。有线传感器的供电和数据传输都需要专门电缆连接，在仪器部署过程中需要负担昂贵的电缆费用，同时，在大型结构上布设电缆烦琐困难，耗费大量人力物力，甚至在某些情况下无法完成布线，有线方式不适合监测点众多的大规模的监测网络；②系统扩展困难。传统监测网络部署完成后，系统难以扩展，加入新的监测点需重新铺设电缆，且需数据采集单元预留有足够的接口；③无本地处理能力。传统仪器只具有测量功能，大量原始监测数据必须全部传回基站，给数据传输和处理带来困难，对其大范围推广使用造成极大的限制。

无线传感器网络是由部署在监测区域内的大量智能传感器节点组成的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息。相对传统监测方式而言，无线传感器网络具有以下优势：①无线通信。智能传感器节点之间采用无线连接，自组通信网络，无须布线，节省了电缆的使用，给仪器安装带来了极大的便利，大大降低安装成本和安装工作量；②大规模网络。无线传感器体积小，布置灵活，在监测区域可部署大量传感器节点，形成大规模网络，进而通过不同空间视角获得具有更大信噪比的信息，降低对单个传感器节点的精度要求，使得系统具有很强的容错性能；③可扩展性和鲁棒性（相对稳定性）。无线传感器网络具有自组织，自愈合的优势，传感器节点可以随机布置，节点自动配置管理，形成多跳无线网络。因此，在网络中可以任意加入新的扩展节点，具有良好的可扩展性，当某个节点故障时，其他节点自动寻找新的传输路径，不影响整个网络的正常工作，保证整体网络的鲁棒性；④有本地计算处理能力。传感器节点集成的微处理器和存储器，可实现自校准、自诊断等功能，对原始数据进行处理，提取有用信息，大大减少需无线传输的数据量；⑤损伤识别和定位能力。无线传感器网络，根据节点信号的强度信息，配合相关算法，可实现节点定位。结合传感器测量的结构状态信息，应用损伤识别理论，可自动探测损伤并准确定位损伤位置，极大推动结构监测和维护的智能化。(www.xing528.com)

当前的无线传感器网络技术发展迅速，但在实际应用方面也存在着一些限制：①数据传输能力限制。无线传感器节点通过无线网络传输数据，虽然省去了布线的烦恼，但相对于有线网络，较低的带宽限制了数据的传输量。同时，节点之间的障碍物以及恶劣天气会对信号造成干扰，信号强度自身也在不断地衰减，降低了无线信号的稳定性；②电量限制。为了测量监测范围内的各种物理量，节点会密集地分布于边远偏僻或环境复杂恶劣的待测区域内，某些情况下，人工更换电池会非常困难。因此，节点储备的有限的电能是节点长期运行的重要限制；③计算和存储能力限制。传感器节点是一种微型设备，在达到价格低廉，尺寸小，功耗低等要求的同时，必然导致其携带的处理器计算能力相对较弱，存储器容量相对较小。传感器节点需要完成监测数据的管理和处理、节点控制等多种工作，有限的计算和存储资源成为完成诸多协同任务的一个限制。