无线传感器:看我如何大闹信息网络

  在信息时代,作为信息获取最重要和最基本的技术--传感器技术,得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展,并将会带来一场信息革命。

  无线传感器网络由随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成,借助于节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号,从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多我们感兴趣的物质现象。在通信方式上,虽然可以采用有线、无线、红外和光等多种形式,但一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络使用如有源电子标签技术,为明确起见,一般称作无线传感器网络。但也不绝对,Berkeley的SmartDust因为可以像尘埃一样悬浮在空中,有效地避免了障碍物的遮挡,因此采用光作为通信介质。

  无线传感器网络与传统的无线网络(如WLAN和蜂窝移动电话网络)有着不同的设计目标,后者在高度移动的环境中通过优化路由和资源管理策略最大化带宽的利用率,同时为用户提供一定的服务质量保证。在无线传感器网络中,除了少数节点需要移动以外,大部分节点都是静止的。因为它们通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中,能源无法替代,设计有效的策略延长网络的生命周期成为无线传感器网络的核心问题。

  无线传感器网络设备,或称为“微尘传感器(Mote)”,可以由有源电子标签和传感单元构成:带有联网功能及应用软件的电路板;可检测温度、压力、湿度、光线、声音或者磁性变化的传感器界面;以及可以汇报探测情况的无线电收发装置。所有这些设备,只需要一对AA电池供电。低成本的微型芯片、低功率的无线电收发装置,加上无线联网技术,这一切使得微尘传感器完成了一次巨大的飞跃,远远超过了多年来用于测量各种事物(从建筑物温度到工厂设备振动)的传统传感器。以前的传感器需要连接到电子设备上,每个传感器成本约200~400美元,并且服务费用也很高。而每个微尘传感器,价值只有约100美元,安装成本也要低得多。

  早在上世纪70年代,就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形,我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的的不断发展和进步,传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力,并通过与传感控制器的相联,组成了有信息综合和处理能力的传感器网络,这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始,现场总线技术开始应用于传感器网络,人们用其组建智能化传感器网络,大量多功能传感器被运用,并使用无线技术连接,无线传感器网络逐渐形成。

  无线传感器网络是新一代的传感器网络,具有非常广泛的应用前景,其发展和应用,将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。发达国家如美国,非常重视无线传感器网络的发展,IEEE正在努力推进无线传感器网络的应用和发展,包括BP、霍尼韦尔Honeywell)、InetcoSystems、Invensys、L-3Communications、MillennialNet、Radianse、SensicastSystems及TextronSystems。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时,更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术,《商业周刊》预测的未来四大新技术中,无线传感器网络也列入其中。可以预计,无线传感器网络的广泛是一种必然趋势,它的出现将会给人类社会带来极大的变革。

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