解析國內(nèi)外無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
出處:來源:中華工控網(wǎng) 發(fā)布于:2011-08-26 16:13:59
傳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是信息科學(xué)領(lǐng)域中一個全新的發(fā)展方向,同時也是新興學(xué)科與傳統(tǒng)學(xué)科進(jìn)行領(lǐng)域間交叉的結(jié)果。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了智能傳感器、無線智能傳感器、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)3個階段。智能傳感器將計算能力嵌入到傳感器中,使得傳感器節(jié)點(diǎn)不僅具有數(shù)據(jù)采集能力,而且具有濾波和信息處理能力;無線智能傳感器在智能傳感器的基礎(chǔ)上增加了無線通信能力,大大延長了傳感器的感知觸角,降低了傳感器的工程實(shí)施成本;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)則將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入到無線智能傳感器中,使得傳感器不再是單個的感知單元,而是能夠交換信息、協(xié)調(diào)控制的有機(jī)結(jié)合體,實(shí)現(xiàn)物與物的互聯(lián),把感知觸角深入世界各個角落,必將成為下一代互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。
1996年,美國UCLA大學(xué)的William J Kaiser教授向DARPA提交的“低能耗無線集成微型傳感器”揭開了現(xiàn)代WSN網(wǎng)絡(luò)的序幕。1998年,同是UCLA大學(xué)的Gregory J Pottie教授從網(wǎng)絡(luò)研究的角度重新闡釋了WSN的科學(xué)意義。在其后的10余年里,WSN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到學(xué)術(shù)界、工業(yè)界乃至政府的廣泛關(guān)注,成為在國防軍事、環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報、健康護(hù)理、智能家居、建筑物結(jié)構(gòu)監(jiān)控、復(fù)雜機(jī)械監(jiān)控、城市交通、空間探索、大型車間和倉庫管理以及機(jī)場、大型工業(yè)園區(qū)的安全監(jiān)測等眾多領(lǐng)域中有競爭力的應(yīng)用技術(shù)之一。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般是由在空間分布的和獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的。節(jié)點(diǎn)包含有傳感器來監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的物理或環(huán)境條件,如溫度、聲音、震動、壓力、運(yùn)動或污染物等。每個節(jié)點(diǎn)通常帶有無線電收發(fā)器或其他無線設(shè)備通信設(shè)備以通過網(wǎng)絡(luò)把傳感數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)庫和其他用戶。傳感器網(wǎng)絡(luò)是由許多在空間上分布的自動裝置組成的一種計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),這些裝置使用傳感器協(xié)作地監(jiān)控不同位置的物理或環(huán)境狀況(比如溫度、聲音、振動、壓力、運(yùn)動或污染物)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展初起源于戰(zhàn)場監(jiān)測等軍事應(yīng)用。而現(xiàn)今無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被應(yīng)用于很多民用領(lǐng)域,如環(huán)境與生態(tài)監(jiān)測、健康監(jiān)護(hù)、家庭自動化、以及交通控制等。
過去幾年來,國內(nèi)外無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用取得了很大的進(jìn)展。在家庭自動化、工業(yè)自動化、樓宇控制、智能計量和電源管理市場等市場尤為顯著。同時,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)制訂工作進(jìn)展迅速,大大減少了智能傳感器和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。
這一系列標(biāo)準(zhǔn)被稱為IEEE1451的智能傳感器(包括傳感器和驅(qū)動器)接口標(biāo)準(zhǔn),包括界定不同接口的不同標(biāo)準(zhǔn)用來連接傳感器和微處理器、儀表系統(tǒng)以及控制異地網(wǎng)絡(luò)。在這些標(biāo)準(zhǔn)中,IEEE1451.5部分是目前很多研發(fā)活動的集中點(diǎn)。
IEEE的前身AIEE(美國電氣工程師協(xié)會)和IRE(無線電工程師協(xié)會)成立于1884年。1963年1月1日AIEE和IRE正式合并為IEEE。自成立以來IEEE一直致力于推動電工技術(shù)在理論方面的發(fā)展和應(yīng)用方面的進(jìn)步。作為科技革新的催化劑,IEEE通過在廣泛領(lǐng)域的活動規(guī)劃和服務(wù)支持其成員的需要。IEEE是一個非營利性科技學(xué)會,擁有近175個國家三十六萬多名會員。透過多元化的會員,該組織在太空、計算機(jī)、電信、生物醫(yī)學(xué)、電力及消費(fèi)性電子產(chǎn)品等領(lǐng)域中都是主要的權(quán)威。在電氣及電子工程、計算機(jī)及控制技術(shù)領(lǐng)域中,IEEE 發(fā)表的文獻(xiàn)占了將近百分之三十。IEEE每年也會主辦或協(xié)辦三百多項技術(shù)會議。
IEEE目前也正在制定無線個人區(qū)域網(wǎng)路(即WPAN)的兩個標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11和IEEE802.15。其中,IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)正逐漸被接受成為低速率無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(LR-WPANs)物理層和媒體訪問控制的標(biāo)準(zhǔn)。另外,無線傳感器網(wǎng)領(lǐng)域還有兩個基于IEEE802.15.4的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn):ZigBee和WirelessHART。ZigBee是一種作為一個開放的標(biāo)準(zhǔn)而制定的無線技術(shù),是為解決低成本、低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特殊需求開發(fā)的。該標(biāo)準(zhǔn)充分利用IEEE802.15.4的無線收發(fā)器物理層規(guī)范,并采用在均可經(jīng)營而無需特殊許可的頻率范圍:2.400—2.484千兆赫,902—928兆赫和868.0—868.6兆赫;WirelessHART是另一個由HART通信基金會開發(fā)的開放標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
此外,其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和專有系統(tǒng)也可能作為用于實(shí)施無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的選擇。例如,EnOcean是在樓宇自動化領(lǐng)域廣泛使用的無線通信系統(tǒng),也被認(rèn)為是可能用在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一種技術(shù),但它并沒有經(jīng)任何公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。而Z-Wave是為家庭自動化設(shè)計的無線通訊專有標(biāo)準(zhǔn),特別針對在家用和輕型商用環(huán)境中的遙控應(yīng)用。該技術(shù)采用低功耗無線收發(fā)器嵌入或裝到家庭電子設(shè)備和系統(tǒng)中,例如照明系統(tǒng)、家庭訪問控制系統(tǒng)、娛樂系統(tǒng)和家用電器。這項技術(shù)已被Z-Wave聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化。Z-Wave聯(lián)盟是一個國際生產(chǎn)廠商之間的聯(lián)盟,負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)Z-Wave產(chǎn)品和設(shè)備的兼容性。
同時,一些現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)也正在被修改以適應(yīng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。例如,基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)(WLAN)標(biāo)準(zhǔn)、稱作WiFi標(biāo)準(zhǔn)、被加入了一種支持低功耗的版本——所謂的低功率WiFi,以用于實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
美國局的數(shù)據(jù)顯示,在無線傳感網(wǎng)技術(shù)方面,美國擁有多的已授權(quán)的,日本其次,加拿大、韓國和法國隨后。同時,美國也擁有多的已公開的申請,韓國其次,日本、瑞典和臺灣隨后。美國頒布的總數(shù)依然逐年增加,2009年頒布的是2005年的兩倍以上,這表明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)活動在近幾年十分強(qiáng)勁。
如將美國分布狀況按照公司來分析,在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上的15個公司分別是:思科(Cisco)、愛立信(Ericsson)、費(fèi)希爾羅斯蒙特(Fisher-Rosemount)、通用電氣(GE)、霍尼韋爾(Honeywell)、IBM公司、英特爾公司(Intel)、微軟公司(Mircosoft)、摩托羅拉(Motorola)、NEC公司、諾基亞公司(Nokia)、飛利浦公司(Philips)、三星公司(Samsung)、西門子公司(Siemens)和索尼公司(Sony)。其中,諾基亞公司擁有的已授權(quán)的美國數(shù)量多,摩托羅拉、英特爾和微軟緊隨其后;三星公司擁有的已公開的美國申請數(shù)量多,隨后是霍尼韋爾、微軟、摩托羅拉和NEC公司。另外,值得注意的是,IBM公司是目前在物聯(lián)網(wǎng)方面全面的公司之一。
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