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無線傳感器的發展與前景展望
 

  來源:國際工業自動化網
  科技發展的腳步越來越快,人類已經置身于信息時代。而作為信息獲取最重要和最基本的技術——傳感器技術,也得到了極大的發展。傳感器信息獲取技術已經從過去的單一化漸漸向集成化、微型化和網絡化方向發展,并將會帶來一場信息革命。 
   

  發展歷程
  早在上世紀70年代,就出現了將傳統傳感器采用點對點傳輸、連接傳感控制器而構成傳感器網絡雛形,我們把它歸之為第一代傳感器網絡。隨著相關學科的的不斷發展和進步,傳感器網絡同時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,組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網絡,這是第二代傳感器網絡。而從上世紀末開始,現場總線技術開始應用于傳感器網絡,人們用其組建智能化傳感器網絡,大量多功能傳感器被運用,并使用無線技術連接,無線傳感器網絡逐漸形成。
  無線傳感器網絡是新一代的傳感器網絡,具有非常廣泛的應用前景,其發展和應用,將會給人類的生活和生產的各個領域帶來深遠影響。發達國家如美國,非常重視無線傳感器網絡的發展,IEEE正在努力推進無線傳感器網絡的應用和發展,波士頓大學(Boston Unversity)還于最近創辦了傳感器網絡協會(Sensor Network Consortium),期望能促進傳感器聯網技術開發。除了波士頓大學,該協會還包括BP、霍尼韋爾(Honeywell)、Inetco Systems、Invensys、 L-3 Communications、Millennial Net、Radianse、Sensicast Systems及Textron Systems。美國的《技術評論》雜志在論述未來新興十大技術時,更是將無線傳感器網絡列為第一項未來新興技術,《商業周刊》 預測的未來四大新技術中,無線傳感器網絡也列入其中。可以預計,無線傳感器網絡的廣泛是一種必然趨勢,它的出現將會給人類社會帶來極大的變革。
  應用現狀
  雖然無線傳感器網絡的大規模商業應用,由于技術等方面的制約還有待時日,但是最近幾年,隨著計算成本的下降以及微處理器體積越來越小,已經為數不少的無線傳感器網絡開始投入使用。目前無線傳感器網絡的應用主要集中在以下領域:
  1. 環境的監測和保護
  隨著人們對于環境問題的關注程度越來越高,需要采集的環境數據也越來越多,無線傳感器網絡的出現為隨機性的研究數據獲取提供了便利,并且還可以避免傳統數據收集方式給環境帶來的侵入式破壞。比如,英特爾研究實驗室研究人員曾經將32個小型傳感器連進互聯網,以讀出緬因州"大鴨島"上的氣候,用來評價一種海燕巢的條件。無線傳感器網絡還可以跟蹤候鳥和昆蟲的遷移,研究環境變化對農作物的影響,監測海洋、大氣和土壤的成分等。此外,它也可以應用在精細農業中,來監測農作物中的害蟲、土壤的酸堿度和施肥狀況等。
  2. 醫療護理
  無線傳感器網絡在醫療研究、護理領域也可以大展身手。羅徹斯特大學的科學家使用無線傳感器創建了一個智能醫療房間,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小時的活動狀況。英特爾公司也推出了無線傳感器網絡的家庭護理技術。該技術是做為探討應對老齡化社會的技術項目Center for Aging Services Technologies(CAST)的一個環節開發的。該系統通過在鞋、家具以家用電器等家中道具和設備中嵌入半導體傳感器,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網可高效傳遞必要的信息從而方便接受護理。而且還可以減輕護理人員的負擔。英特爾主管預防性健康保險研究的董事Eric Dishman稱,"在開發家庭用護理技術方面,無線傳感器網絡是非常有前途的領域"。
  3. 軍事領域
  由于無線傳感器網絡具有密集型、隨機分布的特點,使其非常適合應用于惡劣的戰場環境中,使其非常適合應用于惡劣的戰場環境中,包括偵察敵情、監控兵力、裝備和物資,判斷生物化學攻擊等多方面用途。美國國防部遠景計劃研究局已投資幾千萬美元,幫助大學進行"智能塵埃"傳感器技術的研發。哈伯研究公司總裁阿爾門丁格預測:智能塵埃式傳感器及有關的技術銷售將從2004年的1000萬美元增加到2010年的幾十億美元。
  4. 其他用途
  無線傳感器網絡還被應用于其他一些領域。比如一些危險的工業環境如井礦、核電廠等,工作人員可以通過它來實施安全監測。也可以用在交通領域作為車輛監控的有力工具。此外和還可以在工業自動化生產線等諸多領域,英特爾正在對工廠中的一個無線網絡進行測試,該網絡由40臺機器上的210個傳感器組成,這樣組成的監控系統將可以大大改善工廠的運作條件。它可以大幅降低檢查設備的成本,同時由于可以提前發現問題,因此將能夠縮短停機時間,提高效率,并延長設備的使用時間。盡管無線傳感器技術目前仍處于初步應用階段,但已經展示出了非凡的應用價值,相信隨著相關技術的發展和推進,一定會得到更大的應用。

需要解決的問題
  就目前的技術水平來說,讓無線傳感器網正常運行并大量投入使用還面臨著許多問題:
  1、網絡內通信問題。無線傳感器網絡內正常通信聯系中,信號可能被一些障礙物或其他電子信號干擾而受到影響,怎么安全有效的進行通信是個有待研究的問題。
  2、成本問題。在一個無線傳感器網絡里面,需要使用數量龐大的微型傳感器,這樣的話成本會制約其發展。
  3、系統能量供應問題。目前主要的解決方案有:使用高能電池;降低傳感功率;此外還有傳感器網絡的自我能量收集技術和電池無線充電技術。其中后兩者備受關注。
  4、高效的無線傳感器網絡結構。無線傳感器網絡的網絡結構是組織無線傳感器的成網技術,有多種形態和方式,合理的無線傳感器網絡可以最大限度的利用資源。在這里面,還包括網絡安全協議問題和大規模傳感器網絡中的節點移動性管理等諸多問題有待解決。
   

  未來展望
  無線傳感器網絡有著十分廣泛的應用前景,它不僅在工業、農業、軍事、環境、醫療等傳統領域有具有巨大的運用價值,在未來還將在許多新興領域體現其優越性,如家用、保健、交通等領域。我們可以大膽的預見,將來無線傳感器網絡將無處不在,將完全融入我們的生活。比如微型傳感器網最終可能將家用電器、個人電腦和其他日常用品同互聯網相連,實現遠距離跟蹤,家庭采用無線傳感器網絡負責安全調控、節電等。無線傳感器網絡將是未來的一個無孔不入的十分龐大的網絡,其應用可以涉及到人類日常生活和社會生產活動的所有領域。
  但是,我們還應該清楚的認識到,無線傳感器網絡才剛剛開始發展,它的技術、應用都還還遠談不上成熟,國內企業應該抓住商機,加大投入力度,推動整個行業的發展。

 
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