傳感網(wǎng)

　　功能

　　借助于節(jié)點(diǎn)中內(nèi)置的傳感器測(cè)量周邊環(huán)境中的熱、紅外、聲納、雷達(dá)和地震波信號(hào),從而探測(cè)包括溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動(dòng)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是二十世紀(jì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的一項(xiàng)偉大成果，它給我們的生活帶來了深刻的變化，然而在，網(wǎng)絡(luò)功能再強(qiáng)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(shí)世界還是相隔的，在網(wǎng)絡(luò)世界中，很難感知現(xiàn)實(shí)世界，很多事情還是不可能的，時(shí)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(yùn)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(jī)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。

　　《中國傳感器數(shù)據(jù)庫》，匯集國內(nèi)外最先進(jìn)的傳感器、變送器、執(zhí)行器 - 儀器儀表及各類工控儀表的數(shù)據(jù)信息資料和企業(yè)產(chǎn)品資料。公司主辦的《傳感器設(shè)計(jì)應(yīng)用》刊物，匯集國內(nèi)外高科技產(chǎn)品信息和設(shè)計(jì)應(yīng)用案例。

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　　無線起源

　　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)用于國防軍事、國家安全、環(huán)境科學(xué)、交通管理、災(zāi)害預(yù)測(cè)、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(diǎn)組成，每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)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(chǔ)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。微電子機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展為傳感器的微型化提供了可能，微處理技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)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(jìn)了無線傳感器及其網(wǎng)絡(luò)的誕生。傳統(tǒng)的傳感器正逐步實(shí)現(xiàn)微型化、智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化，正經(jīng)歷著一個(gè)從傳統(tǒng)傳感器(Dumb Sensor)→智能傳感器(Smart Sensor)→嵌入式Web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傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)用和研發(fā)項(xiàng)目有遙控戰(zhàn)場(chǎng)傳感器系統(tǒng)(Remote Battlefield Sensor System，簡(jiǎn)稱 REMBASS --倫巴斯)、網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)(NCW)及靈巧傳感器網(wǎng)絡(luò)(SSW))、智能塵(smart dust)、Intel?Mote、Smart -Its項(xiàng)目、SensIT、SeaWeb、行為習(xí)性監(jiān)控(Habitat Monitoring)項(xiàng)目、英國國家網(wǎng)格等。尤其是最新試制成功的低成本美軍“狼群”地面無線傳感器網(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 in the Sand)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)能夠散射電子絆網(wǎng)(tripwires)到任何地方，以偵測(cè)運(yùn)動(dòng)的高金屬含量目標(biāo)。民用方面，美日等發(fā)達(dá)國家在對(duì)該技術(shù)不斷研發(fā)的基礎(chǔ)上在多領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用。

　　轉(zhuǎn)折點(diǎn)

　　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(jì)算、檢測(cè)與通信等功能。2002年，英特爾研究實(shí)驗(yàn)室研究人員將處方藥瓶大小的32個(gè)傳感器連進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)，以讀出緬因州“大鴨島”上的氣候，評(píng)價(jià)一種海燕巢的條件。而2003年第二季度，他們換用150個(gè)安有D型微型電池的第二代傳感器，來評(píng)估這些鳥巢的條件。他們的目的是讓世界各國研究人員實(shí)現(xiàn)無入侵式及無破壞式的、對(duì)敏感野生動(dòng)物及其棲居地的監(jiān)測(cè)。該公司開發(fā)出了用于家庭護(hù)理的無線傳感器網(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(hù)理，還可以減輕護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)。該無線傳感器網(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(shí)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、加速度等各種傳感器。設(shè)想應(yīng)用于大樓與家庭的無線傳感器以及安全管理方面。

　　三菱電機(jī)日前開發(fā)成功了一種設(shè)想用于傳感器網(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(duì)等(Ad-hoc)網(wǎng)絡(luò)。是取代利用專線構(gòu)筑的家用安全網(wǎng)絡(luò)，計(jì)劃2005年～2006年達(dá)到實(shí)用水平。具體而言，與紅外線傳感器配合，檢測(cè)是否有人、與加速度傳感器配合，檢測(cè)窗玻璃和家具的振動(dòng)、與磁傳感器配合，檢測(cè)門的開關(guān)，等等。

　　在舊金山，200個(gè)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(dòng)距離—可以精確到在強(qiáng)風(fēng)中為幾英尺。當(dāng)微塵檢測(cè)出移動(dòng)距離時(shí)，它將把該信息通過微型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳遞出去。信息最后到達(dá)一臺(tái)更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)進(jìn)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。

　　驕傲

　　我國現(xiàn)代意義的無線傳感網(wǎng)及其應(yīng)用研究幾乎與發(fā)達(dá)國家同步啟動(dòng)，1999年首次正式出現(xiàn)于中國科學(xué)院《知識(shí)創(chuàng)新工程試點(diǎn)領(lǐng)域方向研究》的信息與自動(dòng)化領(lǐng)域研究報(bào)告中，作為該領(lǐng)域提出的五個(gè)重大項(xiàng)目之一。隨著知識(shí)創(chuàng)新工程試點(diǎn)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(xiàng)目和方向性項(xiàng)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(gè)校所，初步建立傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究平臺(tái)，在無線智能傳感網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、微型傳感器、傳感器節(jié)點(diǎn)、簇點(diǎn)和應(yīng)用系統(tǒng)等方面取得很大的進(jìn)展，2004年9月相關(guān)成果在北京進(jìn)行了大規(guī)模外場(chǎng)演示，部分成果已在實(shí)際工程系統(tǒng)中使用。國內(nèi)的許多高校也掀起了無線傳感器網(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傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的行列。

　　應(yīng)用

　　傳感網(wǎng)[1]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。國內(nèi)從事傳感網(wǎng)應(yīng)用的大企業(yè)為數(shù)不多，小企業(yè)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的勢(shì)頭。北京鼎天軟件有限公司，主要從事城市公共安全應(yīng)急指揮系統(tǒng)建設(shè)，已經(jīng)承擔(dān)揚(yáng)州電子政務(wù)和揚(yáng)州應(yīng)急指揮系統(tǒng)。上海電器科學(xué)研究院主要從事智能交通方面的工程，已經(jīng)承擔(dān)上海市內(nèi)、外環(huán)智能交通工程。嘉興中科無線傳感網(wǎng)科技有限公司在數(shù)字航道、城市應(yīng)急系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)監(jiān)控等方面有較好的技術(shù)背景，相關(guān)項(xiàng)目工程正在進(jìn)行中。沈陽東軟、北大青鳥、億陽信通等企業(yè)也在傳感網(wǎng)應(yīng)用方面有所涉足，主要在電子政務(wù)方面，正在向公共安全應(yīng)急指揮系統(tǒng)進(jìn)發(fā)。

　　特點(diǎn)

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以看成是由數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分布網(wǎng)絡(luò)和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分是集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)通過協(xié)議自組成一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)，再將采集來的數(shù)據(jù)通過優(yōu)化后經(jīng)無線電波傳輸給信息處理中心。

　　因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的數(shù)量巨大，而且還處在隨時(shí)變化的環(huán)境中，這就使它有著不同于普通傳感器網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特“個(gè)性”。

　　首先是無中心和自組網(wǎng)特性。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中，所有節(jié)點(diǎn)的地位都是平等的，沒有預(yù)先指定的中心，各節(jié)點(diǎn)通過分布式算法來相互協(xié)調(diào)，在無人值守的情況下，節(jié)點(diǎn)就能自動(dòng)組織起一個(gè)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)。而正因?yàn)闆]有中心，網(wǎng)絡(luò)便不會(huì)因?yàn)閱蝹€(gè)節(jié)點(diǎn)的脫離而受到損害。

　　其次是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化性。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)是處于不斷變化的環(huán)境中，它的狀態(tài)也在相應(yīng)地發(fā)生變化，加之無線通信信道的不穩(wěn)定性，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟虼艘苍诓粩嗟卣{(diào)整變化，而這種變化方式是無人能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出來的。

　　第三是傳輸能力的有限性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過無線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，雖然省去了布線的煩惱，但是相對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)，低帶寬則成為它的天生缺陷。同時(shí)，信號(hào)之間還存在相互干擾，信號(hào)自身也在不斷地衰減，諸如此類。不過因?yàn)閱蝹€(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量并不算大，這個(gè)缺點(diǎn)還是能忍受的。

　　第四是能量的限制。為了測(cè)量真實(shí)世界的具體值，各個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)密集地分布于待測(cè)區(qū)域內(nèi)，人工補(bǔ)充能量的方法已經(jīng)不再適用。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都要儲(chǔ)備可供長期使用的能量，或者自己從外汲取能量（太陽能）。

　　第五是安全性的問題。無線信道、有限的能量，分布式控制都使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)更容易受到攻擊。被動(dòng)竊聽、主動(dòng)入侵、拒絕服務(wù)則是這些攻擊的常見方式。因此，安全性在網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。

　　與物聯(lián)網(wǎng)

　　通過感知識(shí)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(dú)特的部分。物聯(lián)網(wǎng)的“觸手”是位于感知識(shí)別層的大量信息生成設(shè)備，包括RFID、傳感網(wǎng)、定位系統(tǒng)等。在《物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論》一書中，作者認(rèn)為傳感網(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。且中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟認(rèn)為，傳感網(wǎng)的飛速發(fā)展對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)化具有重要的意義。

　　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(bào)告”，  傳感網(wǎng)-物聯(lián)網(wǎng)百度指數(shù)

　　物聯(lián)網(wǎng)在中國受到了全社會(huì)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(kuò)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(duì)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(gè)詞（見右邊百度指數(shù)圖），物聯(lián)網(wǎng)的范圍大于傳感網(wǎng)，于是在很多場(chǎng)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。

　　從圖中可以看出，物聯(lián)網(wǎng)和M2M的使用頻率比傳感網(wǎng)要高，英文的Google趨勢(shì)圖也顯示了同樣的結(jié)果。 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(bào)告原因吧。

物聯(lián)網(wǎng)四大技術(shù)與應(yīng)用

　　在《物聯(lián)網(wǎng):技術(shù)、應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)和商業(yè)模式》一書中，作者把傳感網(wǎng)列為物聯(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(rèn)同。