無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與前景展望
科技發(fā)展的腳步越來越快,人類已經(jīng)置身于信息時(shí)代。而作為信息獲取最重要和最基本的技術(shù)——傳感器技術(shù),也得到了極大的發(fā)展。傳感器信息獲取技術(shù)已經(jīng)從過去的單一化漸漸向集成化、微型化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展,并將會帶來一場信息革命。
發(fā)展歷程
早在上世紀(jì)70年代,就出現(xiàn)了將傳統(tǒng)傳感器采用點(diǎn)對點(diǎn)傳輸、連接傳感控制器而構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)雛形,我們把它歸之為第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)。隨著相關(guān)學(xué)科的的不斷發(fā)展和進(jìn)步,傳感器網(wǎng)絡(luò)同時(shí)還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力,并通過與傳感控制器的相聯(lián),組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網(wǎng)絡(luò),這是第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)。而從上世紀(jì)末開始,現(xiàn)場總線技術(shù)開始應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò),人們用其組建智能化傳感器網(wǎng)絡(luò),大量多功能傳感器被運(yùn)用,并使用無線技術(shù)連接,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸形成。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新一代的傳感器網(wǎng)絡(luò),具有非常廣泛的應(yīng)用前景,其發(fā)展和應(yīng)用,將會給人類的生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域帶來深遠(yuǎn)影響。發(fā)達(dá)國家如美國,非常重視無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,IEEE正在努力推進(jìn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展,波士頓大學(xué)(Boston Unversity)還于最近創(chuàng)辦了傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)會(Sensor Network Consortium),期望能促進(jìn)傳感器聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)。除了波士頓大學(xué),該協(xié)會還包括BP、霍尼韋爾(Honeywell)、Inetco Systems、Invensys、 L-3 Communications、Millennial Net、Radianse、Sensicast Systems及Textron Systems。美國的《技術(shù)評論》雜志在論述未來新興十大技術(shù)時(shí),更是將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為第一項(xiàng)未來新興技術(shù),《商業(yè)周刊》 預(yù)測的未來四大新技術(shù)中,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也列入其中。可以預(yù)計(jì),無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛是一種必然趨勢,它的出現(xiàn)將會給人類社會帶來極大的變革。
應(yīng)用現(xiàn)狀
雖然無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用,由于技術(shù)等方面的制約還有待時(shí)日,但是最近幾年,隨著計(jì)算成本的下降以及微處理器體積越來越小,已經(jīng)為數(shù)不少的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開始投入使用。目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用主要集中在以下領(lǐng)域:
1. 環(huán)境的監(jiān)測和保護(hù)
隨著人們對于環(huán)境問題的關(guān)注程度越來越高,需要采集的環(huán)境數(shù)據(jù)也越來越多,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為隨機(jī)性的研究數(shù)據(jù)獲取提供了便利,并且還可以避免傳統(tǒng)數(shù)據(jù)收集方式給環(huán)境帶來的侵入式破壞。比如,英特爾研究實(shí)驗(yàn)室研究人員曾經(jīng)將32個(gè)小型傳感器連進(jìn)互聯(lián)網(wǎng),以讀出緬因州"大鴨島"上的氣候,用來評價(jià)一種海燕巢的條件。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以跟蹤候鳥和昆蟲的遷移,研究環(huán)境變化對農(nóng)作物的影響,監(jiān)測海洋、大氣和土壤的成分等。此外,它也可以應(yīng)用在精細(xì)農(nóng)業(yè)中,來監(jiān)測農(nóng)作物中的害蟲、土壤的酸堿度和施肥狀況等。
2 醫(yī)療護(hù)理
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療研究、護(hù)理領(lǐng)域也可以大展身手。羅徹斯特大學(xué)的科學(xué)家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個(gè)智能醫(yī)療房間,使用微塵來測量居住者的重要征兆(血壓、脈搏和呼吸)、睡覺姿勢以及每天24小時(shí)的活動(dòng)狀況。英特爾公司也推出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的家庭護(hù)理技術(shù)。該技術(shù)是做為探討應(yīng)對老齡化社會的技術(shù)項(xiàng)目Center for Aging Services Technologies(CAST)的一個(gè)環(huán)節(jié)開發(fā)的。該系統(tǒng)通過在鞋、家具以家用電器等家中道具和設(shè)備中嵌入半導(dǎo)體傳感器,幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士的家庭生活。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接受護(hù)理。而且還可以減輕護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)。英特爾主管預(yù)防性健康保險(xiǎn)研究的董事Eric Dishman稱,"在開發(fā)家庭用護(hù)理技術(shù)方面,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是非常有前途的領(lǐng)域"。
3 軍事領(lǐng)域
由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有密集型、隨機(jī)分布的特點(diǎn),使其非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中,使其非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中,包括偵察敵情、監(jiān)控兵力、裝備和物資,判斷生物化學(xué)攻擊等多方面用途。美國國防部遠(yuǎn)景計(jì)劃研究局已投資幾千萬美元,幫助大學(xué)進(jìn)行"智能塵埃"傳感器技術(shù)的研發(fā)。哈伯研究公司總裁阿爾門丁格預(yù)測:智能塵埃式傳感器及有關(guān)的技術(shù)銷售將從2004年的1000萬美元增加到2010年的幾十億美元。
4其他用途
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還被應(yīng)用于其他一些領(lǐng)域。比如一些危險(xiǎn)的工業(yè)環(huán)境如井礦、核電廠等,工作人員可以通過它來實(shí)施安全監(jiān)測。也可以用在交通領(lǐng)域作為車輛監(jiān)控的有力工具。此外和還可以在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線等諸多領(lǐng)域,英特爾正在對工廠中的一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試,該網(wǎng)絡(luò)由40臺機(jī)器上的210個(gè)傳感器組成,這樣組成的監(jiān)控系統(tǒng)將可以大大改善工廠的運(yùn)作條件。它可以大幅降低檢查設(shè)備的成本,同時(shí)由于可以提前發(fā)現(xiàn)問題,因此將能夠縮短停機(jī)時(shí)間,提高效率,并延長設(shè)備的使用時(shí)間。盡管無線傳感器技術(shù)目前仍處于初步應(yīng)用階段,但已經(jīng)展示出了非凡的應(yīng)用價(jià)值,相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和推進(jìn),一定會得到更大的應(yīng)用。
需要解決的問題
就目前的技術(shù)水平來說,讓無線傳感器網(wǎng)正常運(yùn)行并大量投入使用還面臨著許多問題:
1網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通信問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)正常通信聯(lián)系中,信號可能被一些障礙物或其他電子信號干擾而受到影響,怎么安全有效的進(jìn)行通信是個(gè)有待研究的問題。
2成本問題。在一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)里面,需要使用數(shù)量龐大的微型傳感器,這樣的話成本會制約其發(fā)展。
3系統(tǒng)能量供應(yīng)問題。目前主要的解決方案有:使用高能電池;降低傳感功率;此外還有傳感器網(wǎng)絡(luò)的自我能量收集技術(shù)和電池?zé)o線充電技術(shù)。其中后兩者備受關(guān)注。
4高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是組織無線傳感器的成網(wǎng)技術(shù),有多種形態(tài)和方式,合理的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以最大限度的利用資源。在這里面,還包括網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議問題和大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性管理等諸多問題有待解決。
未來展望
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著十分廣泛的應(yīng)用前景,它不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)境、醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域有具有巨大的運(yùn)用價(jià)值,在未來還將在許多新興領(lǐng)域體現(xiàn)其優(yōu)越性,如家用、保健、交通等領(lǐng)域。我們可以大膽的預(yù)見,將來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將無處不在,將完全融入我們的生活。比如微型傳感器網(wǎng)最終可能將家用電器、個(gè)人電腦和其他日常用品同互聯(lián)網(wǎng)相連,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離跟蹤,家庭采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)安全調(diào)控、節(jié)電等。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將是未來的一個(gè)無孔不入的十分龐大的網(wǎng)絡(luò),其應(yīng)用可以涉及到人類日常生活和社會生產(chǎn)活動(dòng)的所有領(lǐng)域。
但是,我們還應(yīng)該清楚的認(rèn)識到,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)才剛剛開始發(fā)展,它的技術(shù)、應(yīng)用都還還遠(yuǎn)談不上成熟,國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該抓住商機(jī),加大投入力度,推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。
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