傳感網(wǎng)基礎(chǔ)知識專題

傳感網(wǎng)介紹

傳感網(wǎng)基礎(chǔ)知識專題        定義:傳感網(wǎng)的定義為隨機分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元的微小節(jié)點,通過自組織的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。
        功能:借助于節(jié)點中內(nèi)置的傳感器測量周邊環(huán)境中的熱、紅外、聲納、雷達和地震波信號,從而探測包括溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等物質(zhì)現(xiàn)象。
        以互聯(lián)網(wǎng)為代表的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是二十世紀計算機科學(xué)的一項偉大成果,它給我們的生活帶來了深刻的變化,然而在目前,網(wǎng)絡(luò)功能再強大,網(wǎng)絡(luò)世界再豐富,也終究是虛擬的,它與我們所生活的現(xiàn)實世界還是相隔的,在網(wǎng)絡(luò)世界中,很難感知現(xiàn)實世界,很多事情還是不可能的,時代呼喚著新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。傳感網(wǎng)絡(luò)正是在這樣的背景下應(yīng)運而生的全新網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它綜合了傳感器、低功耗、通訊以及微機電等等技術(shù),可以預(yù)見,在不久的將來,傳感網(wǎng)絡(luò)將給我們的生活方式帶來革命性的變化。

無線傳感網(wǎng)

無線傳感網(wǎng)節(jié)點狀態(tài)切換示意圖        起源:
        無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是典型的具有交叉學(xué)科性質(zhì)的軍民兩用戰(zhàn)略高技術(shù),可以廣泛應(yīng)用于GF軍事、國家安全、環(huán)境科學(xué)、交通管理、災(zāi)害預(yù)測、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、城市信息化建設(shè)等領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)是由許許多多功能相同或不同的無線傳感器節(jié)點組成,每一個的無線傳感器節(jié)點由數(shù)據(jù)采集模塊(傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器)、數(shù)據(jù)處理和控制模塊(微處理器、存儲器)、通信模塊(無線收發(fā)器)和供電模塊(電池、DC/AC能量轉(zhuǎn)換器)等組成。近期微電子機械加工技術(shù)的發(fā)展為的無線傳感器的微型化提供了可能,微處理技術(shù)的發(fā)展促進了傳感器的智能化,通過MEMS技術(shù)和射頻(RF)通信技術(shù)的融合促進了無線的無線傳感器及其網(wǎng)絡(luò)的誕生。傳統(tǒng)的的無線傳感器正逐步實現(xiàn)微型化、智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化,正經(jīng)歷著一個從傳統(tǒng)的無線傳感器(Dumb Sensor)→智能的無線傳感器(Smart Sensor)→嵌入式Web的無線傳感器(Embedded Web Sensor)的內(nèi)涵不斷豐富的發(fā)展過程。
        分類:
        國際上比較有代表性和影響力的無線的無線傳感網(wǎng)絡(luò)實用和研發(fā)項目有遙控戰(zhàn)場的無線傳感器系統(tǒng)(Remote Battlefield Sensor System,簡稱 REMBASS --倫巴斯)、網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)(NCW)及靈巧的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(SSW)、智能塵(smart dust)、Intel?Mote、Smart -Its項目、SensIT、SeaWeb、行為習(xí)性監(jiān)控(Habitat Monitoring)項目、英國國家網(wǎng)格等。尤其是今年最新試制成功的低成本美軍“狼群”地面無線的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志著電子戰(zhàn)領(lǐng)域技戰(zhàn)術(shù)的最新突破。俄亥俄州正在開發(fā)“沙地直線”(A Line intheSand)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這個系統(tǒng)能夠散射電子絆網(wǎng)(tripwires)到任何地方,以偵測運動的高金屬含量目標(biāo)。民用方面,美日等發(fā)達國家在對該技術(shù)不斷研發(fā)的基礎(chǔ)上在多領(lǐng)域進行了應(yīng)用。
        轉(zhuǎn)折點:
        英特爾與加利福尼亞州大學(xué)伯克利分校正領(lǐng)導(dǎo)著微塵技術(shù)的研究工作。他們成功創(chuàng)建了瓶蓋大小的全功能傳感器,可以執(zhí)行計算、檢測與通信等功能。2002年,英特爾研究實驗室研究人員將處方藥瓶大小的32個傳感器連進互聯(lián)網(wǎng),以讀出緬因州“大鴨島”上的氣候,評價一種海燕巢的條件。而2003年第二季度,他們換用150個安有D型微型電池的第二代的無線傳感器,來評估這些鳥巢的條件。他們的目的是讓世界各國研究人員實現(xiàn)無入侵式及無破壞式的、對敏感野生動物及其棲居地的監(jiān)測。該公司開發(fā)出了用于家庭護理的無線的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。根據(jù)演示,試制系統(tǒng)通過在鞋、家具,以及家用電器中嵌入半導(dǎo)體的無線傳感器,幫助老年人、阿爾茨海默氏病患者,以及殘障人士的家庭生活。該系統(tǒng)利用無線通信將各的無線傳感器聯(lián)網(wǎng),可高效傳遞必要的信息,從而方便病人接受護理,還可以減輕護理人員的負擔(dān)。該無線的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是英特爾公司在阿爾茨海默氏病患者家庭的合作下,歷時一年研究完成的,2004年下半年開始試用。
        日立制作所與YRP泛在網(wǎng)絡(luò)化研究所2004年11月24日宣布開發(fā)出了全球體積最小的傳感器網(wǎng)絡(luò)終端。該終端為安裝電池的有源無線終端,可以搭載溫度、亮度、紅外線、加速度等各種的無線傳感器。設(shè)想應(yīng)用于大樓與家庭的無線的無線傳感器以及安全管理方面。
        三菱電機日前開發(fā)成功了一種設(shè)想用于的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的小型低耗電無線模塊。能夠使用特定小功率無線構(gòu)筑對等(Ad-hoc)網(wǎng)絡(luò)。目標(biāo)是取代目前利用專線構(gòu)筑的家用安全網(wǎng)絡(luò),計劃2005年~2006年達到實用水平。具體而言,與紅外線的無線傳感器配合,檢測是否有人、與加速度的無線傳感器配合,檢測窗玻璃和家具的振動、與磁的無線傳感器配合,檢測門的開關(guān),等等。
        在舊金山,200個聯(lián)網(wǎng)微塵已被部署在金門大橋。這些微塵用于確定大橋從一邊到另一邊的擺動距離—可以精確到在強風(fēng)中為幾英尺。當(dāng)微塵檢測出移動距離時,它將把該信息通過微型計算機網(wǎng)絡(luò)傳遞出去。信息最后到達一臺更強大的計算機進行數(shù)據(jù)分析。任何與當(dāng)前天氣情況不吻合的異常讀數(shù)都可能預(yù)示著大橋存在隱患。

傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)

傳感網(wǎng)基礎(chǔ)知識專題        通過感知識別技術(shù),讓物品“開口說話、發(fā)布信息”,是融合物理世界和信息世界的重要一環(huán),是物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)的最獨特的部分。物聯(lián)網(wǎng)的“觸手”是位于感知識別層的大量信息生成設(shè)備,包括無線RFID、傳感網(wǎng)、定位系統(tǒng)等。傳感網(wǎng)所感知的數(shù)據(jù)是物聯(lián)網(wǎng)海量信息的重要來源之一。
        自2009年8月溫總理提出“感知中國”以來,物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一,寫入“政府工作報告”,物聯(lián)網(wǎng)在中國受到了全社會極大的關(guān)注,其受關(guān)注程度是在美國、歐盟、以及其他各國家不可比擬的。
        有許多人把傳感網(wǎng)的含義擴大為包括物聯(lián)網(wǎng),這樣的說法有一定道理,溫總理“感知中國”的講話起始于對傳感網(wǎng)的關(guān)注,但目前看來,人們更趨向于用物聯(lián)網(wǎng)這個詞,物聯(lián)網(wǎng)的范圍大于傳感網(wǎng),于是在很多場合出現(xiàn)了“物聯(lián)網(wǎng)傳感網(wǎng))”的提法,而且這似乎成了“官方”的提法。由于物聯(lián)網(wǎng)M2M的使用頻率比傳感網(wǎng)要高,這大概也是物聯(lián)網(wǎng)而不是傳感網(wǎng)被寫入政府工作報告原因吧。
        物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵領(lǐng)域有以下四方面:1. RFID    2.傳感網(wǎng)    3. M2M    4. 兩化融合。由此可見,傳感網(wǎng)做為物聯(lián)網(wǎng)的4大技術(shù)和應(yīng)用之一,得到業(yè)界一部分人的認同。

我國在傳感網(wǎng)方面的研究與應(yīng)用

傳感網(wǎng)基礎(chǔ)知識專題        我國現(xiàn)代意義的無線的無線傳感網(wǎng)及其應(yīng)用研究幾乎與發(fā)達國家同步啟動,1999年首次正式出現(xiàn)于中國科學(xué)院《知識創(chuàng)新工程試點領(lǐng)域方向研究》的信息與自動化領(lǐng)域研究報告中,作為該領(lǐng)域提出的五個重大項目之一。隨著知識創(chuàng)新工程試點工作的深入,2001年中科院依托上海微系統(tǒng)所成立微系統(tǒng)研究與發(fā)展中心,引領(lǐng)院內(nèi)的相關(guān)工作,并通過該中心在無線傳感網(wǎng)的方向上陸續(xù)部署了若干重大研究項目和方向性項目,參加單位包括上海微系統(tǒng)所、聲學(xué)所、微電子所、半導(dǎo)體所、電子所、軟件所、中科大等十余個校所,初步建立的無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究平臺,在無線智能的無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、微型無線傳感器、無線傳感器節(jié)點、簇點和應(yīng)用系統(tǒng)等方面取得很大的進展,2004年9月相關(guān)成果在北京進行了大規(guī)模外場演示,部分成果已在實際工程系統(tǒng)中使用。國內(nèi)的許多高校也掀起了無線的無線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究熱潮。清華大學(xué)、中國科技大學(xué)、浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)、天津大學(xué)、南開大學(xué)、北京郵電大學(xué)、東北大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、西南交通大學(xué)、沈陽理工大學(xué)和上海交通大學(xué)等單位紛紛開展了有關(guān)無線無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的基礎(chǔ)研究工作。一些企業(yè)如中興通訊公司等單位也加入無線的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的行列。
        傳感網(wǎng)在民用方面,涉及城市公共安全、公共衛(wèi)生、安全生產(chǎn)、智能交通、智能家居、環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域。
        隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,國內(nèi)從事的無線傳感網(wǎng)應(yīng)用的大企業(yè)目前為數(shù)不多,小企業(yè)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的勢頭。

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