傳感網(wǎng)

　　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、速度和方向等物質現(xiàn)象。

　　以互聯(lián)網(wǎng)為代表的計算機網(wǎng)絡技術是二十世紀計算機科學的一項偉大成果，它給我們的生活帶來了深刻的變化，然而在，網(wǎng)絡功能再強大，網(wǎng)絡世界再豐富，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)絡技術。傳感網(wǎng)絡正是在這樣的背景下應運而生的全新網(wǎng)絡技術，它綜合了傳感器、低功耗、通訊以及微機電等等技術，可以預見，在不久的將來，傳感網(wǎng)絡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《傳感器設計應用》刊物，匯集國內(nèi)外高科技產(chǎn)品信息和設計應用案例。

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　　無線起源

　　起源

　　無線傳感網(wǎng)絡技術是典型的具有交叉學科性質的軍民兩用戰(zhàn)略高技術，可以廣泛應用于國防軍事、國家安全、環(huán)境科學、交通管理、災害預測、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、城市信息化建設等領域。無線傳感器網(wǎng)絡(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，每一個傳感器節(jié)點由數(shù)據(jù)采集模塊(傳感器、A/D轉換器)、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能量轉換器)等組成。微電子機械加工技術的發(fā)展為傳感器的微型化提供了可能，微處理技術的發(fā)展促進了傳感器的智能化，通過MEMS技術和射頻(RF)通信技術的融合促進了無線傳感器及其網(wǎng)絡的誕生。傳統(tǒng)的傳感器正逐步實現(xiàn)微型化、智能化、信息化、網(wǎng)絡化，正經(jīng)歷著一個從傳統(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)絡實用和研發(fā)項目有遙控戰(zhàn)場傳感器系統(tǒng)(Remote Battlefield Sensor System，簡稱 REMBASS --倫巴斯)、網(wǎng)絡中心戰(zhàn)(NCW)及靈巧傳感器網(wǎng)絡(SSW))、智能塵(smart dust)、Intel?Mote、Smart -Its項目、SensIT、SeaWeb、行為習性監(jiān)控(Habitat Monitoring)項目、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)絡標志著電子戰(zhàn)領域技戰(zhàn)術的最新突破。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。民用方面，美日等發(fā)達國家在對該技術不斷研發(fā)的基礎上在多領域進行了應用。

　　轉折點

　　英特爾與加利福尼亞州大學伯克利分校正領導著微塵技術的研究工作。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傳感器網(wǎng)絡系統(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理，還可以減輕護理人員的負擔。該無線傳感器網(wǎng)絡系統(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。設想應用于大樓與家庭的無線傳感器以及安全管理方面。

　　三菱電機日前開發(fā)成功了一種設想用于傳感器網(wǎng)絡的小型低耗電無線模塊。能夠使用特定小功率無線構筑對等(Ad-hoc)網(wǎng)絡。是取代利用專線構筑的家用安全網(wǎng)絡，計劃2005年～2006年達到實用水平。具體而言，與紅外線傳感器配合，檢測是否有人、與加速度傳感器配合，檢測窗玻璃和家具的振動、與磁傳感器配合，檢測門的開關，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—可以精確到在強風中為幾英尺。當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。任何與當前天氣情況不吻合的異常讀數(shù)都可能預示著大橋存在隱患。

　　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)于中國科學院《知識創(chuàng)新工程試點領域方向研究》的信息與自動化領域研究報告中，作為該領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，引領院內(nèi)的相關工作，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、聲學所、微電子所、半導體所、電子所、軟件所、中科大等十余個校所，初步建立傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)研究平臺，在無線智能傳感網(wǎng)絡通信技術、微型傳感器、傳感器節(jié)點、簇點和應用系統(tǒng)等方面取得很大的進展，2004年9月相關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傳感器網(wǎng)絡的研究熱潮。清華大學、中國科技大學、浙江大學、華中科技大學、天津大學、南開大學、北京郵電大學、東北大學、西北工業(yè)大學、西南交通大學、沈陽理工大學和上海交通大學等單位紛紛開展了有關無線傳感器網(wǎng)絡方面的基礎研究工作。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)絡研究的行列。

　　應用

　　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)控等領域。國內(nèi)從事傳感網(wǎng)應用的大企業(yè)為數(shù)不多，小企業(yè)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的勢頭。北京鼎天軟件有限公司，主要從事城市公共安全應急指揮系統(tǒng)建設，已經(jīng)承擔揚州電子政務和揚州應急指揮系統(tǒng)。上海電器科學研究院主要從事智能交通方面的工程，已經(jīng)承擔上海市內(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、城市應急系統(tǒng)、機場監(jiān)控等方面有較好的技術背景，相關項目工程正在進行中。沈陽東軟、北大青鳥、億陽信通等企業(yè)也在傳感網(wǎng)應用方面有所涉足，主要在電子政務方面，正在向公共安全應急指揮系統(tǒng)進發(fā)。

　　特點

　　無線傳感器網(wǎng)絡可以看成是由數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)分布網(wǎng)絡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，各節(jié)點通過協(xié)議自組成一個分布式網(wǎng)絡，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。

　　因為節(jié)點的數(shù)量巨大，而且還處在隨時變化的環(huán)境中，這就使它有著不同于普通傳感器網(wǎng)絡的獨特“個性”。

　　首先是無中心和自組網(wǎng)特性。在無線傳感器網(wǎng)絡 中，所有節(jié)點的地位都是平等的，沒有預先指定的中心，各節(jié)點通過分布式算法來相互協(xié)調，在無人值守的情況下，節(jié)點就能自動組織起一個測量網(wǎng)絡。而正因為沒有中心，網(wǎng)絡便不會因為單個節(jié)點的脫離而受到損害。

　　其次是網(wǎng)絡拓撲的動態(tài)變化性。網(wǎng)絡中的節(jié)點是處于不斷變化的環(huán)境中，它的狀態(tài)也在相應地發(fā)生變化，加之無線通信信道的不穩(wěn)定性，網(wǎng)絡拓撲因此也在不斷地調整變化，而這種變化方式是無人能準確預測出來的。

　　第三是傳輸能力的有限性。無線傳感器網(wǎng)絡通過無線電波進行數(shù)據(jù)傳輸，雖然省去了布線的煩惱，但是相對于有線網(wǎng)絡，低帶寬則成為它的天生缺陷。同時，信號之間還存在相互干擾，信號自身也在不斷地衰減，諸如此類。不過因為單個節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量并不算大，這個缺點還是能忍受的。

　　第四是能量的限制。為了測量真實世界的具體值，各個節(jié)點會密集地分布于待測區(qū)域內(nèi)，人工補充能量的方法已經(jīng)不再適用。每個節(jié)點都要儲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)絡更容易受到攻擊。被動竊聽、主動入侵、拒絕服務則是這些攻擊的常見方式。因此，安全性在網(wǎng)絡的設計中至關重要。

　　與物聯(lián)網(wǎng)

　　通過感知識別技術，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備，包括RFID、傳感網(wǎng)、定位系統(tǒng)等。在《物聯(lián)網(wǎng)導論》一書中，作者認為傳感網(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)盟認為，傳感網(wǎng)的飛速發(fā)展對于物聯(lián)網(wǎng)領域的進步，實現(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極大的關注，其受關注程度是在美國、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)的關注，但目前看來，人們更趨向于用物聯(lián)網(wǎng)這個詞（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趨勢圖也顯示了同樣的結果。 這大概也是物聯(lián)網(wǎng)，而不是傳感網(wǎng)被寫入政府工作報告原因吧。

物聯(lián)網(wǎng)四大技術與應用

　　在《物聯(lián)網(wǎng):技術、應用、標準和商業(yè)模式》一書中，作者把傳感網(wǎng)列為物聯(lián)網(wǎng)的4大技術和應用之一，得到業(yè)界一部分人的認同。