無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于環(huán)保監(jiān)測中

 DI 總裁兼CEO Vincent Roche先生在年初的一篇產(chǎn)業(yè)趨勢展望的文章中指出，無處不在的無線傳感網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)將成為未來的一個重要的發(fā)展趨勢之一。先進的材料、增強的功能和MEMS相結(jié)合，使傳感器尺寸和成本得以突破，讓無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無處不在成為可能。他認為通過無線mesh網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)應(yīng)用中的部署，無需大量重新布線即可在現(xiàn)有系統(tǒng)中添加傳感功能，而從傳感器到云的端到端安全性將成為工業(yè)用戶大規(guī)模部署工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基本要求。

而在同期舉辦的ADI媒體交流活動中電源產(chǎn)品中國區(qū)市場總監(jiān)Lorry Liang也透露，該公司無線網(wǎng)絡(luò)解決方案SmartMesh在工業(yè)及環(huán)保等領(lǐng)域獲得了多項重要的成功應(yīng)用，其中包括中國云南的洱海水質(zhì)監(jiān)測。近日，該公司再次公開宣布多個典型應(yīng)用案例，包括數(shù)個環(huán)保監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用案例，筆者整理這些成功案例，希望可以看到環(huán)保監(jiān)測的科技新思路。

寶貴的水資源供應(yīng)如何預(yù)測?

不管是熱電生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)或水電生產(chǎn)、積雪量以及每年儲存在積雪中的地表水對于美國經(jīng)濟都是至關(guān)重要，因為此類水源的用戶每年為美國的國內(nèi)生產(chǎn)總值貢獻達到1.7萬億美元(占比15%)。此外，積雪信息可用于預(yù)測干旱和洪澇災(zāi)害，在公共與私營經(jīng)濟部門之間均等地分配水資源，而且對于農(nóng)業(yè)規(guī)劃也是很關(guān)鍵。

然而，支配積雪、融雪和地表水的過程并不為大眾所熟知，因為它們很難測量。直到最近，研究人員一直依靠的都是零星部署在陡峭地形和極端環(huán)境情況之偏遠地點的有線傳感器，這些環(huán)境包括山洪、厚厚的積雪、冰點以下的溫度、以及具有喜歡啃咬電纜的動物之地方。這些有線網(wǎng)絡(luò)過于昂貴、不可靠、難以維護，且由于數(shù)據(jù)點過少而無法創(chuàng)建流域的態(tài)勢圖。

加州大學(xué)伯克利分校的一個項目組嘗試探索改善大規(guī)模環(huán)境監(jiān)測的方法，并轉(zhuǎn)向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以了解該技術(shù)是否能夠?qū)崿F(xiàn)一種更有效、可擴展和堅固的解決方案，這種解決方案在同一個無線電頻段內(nèi)需要具有多個節(jié)點，即使對于高頻數(shù)據(jù)傳輸也能依靠電池運行至少一年，而且可在非常嚴酷的環(huán)境中正常運作。

最終ADI公司的Dust Networks SmartMesh WSN技術(shù)進入該項目組的視線，由于它具有長電池壽命、智能網(wǎng)絡(luò)特性和可擴展性。超低功耗的802.15.4 SmartMesh節(jié)點可實現(xiàn)長達數(shù)年的電池使用壽命。SmartMesh網(wǎng)絡(luò)管理器提供的內(nèi)置技術(shù)虧以創(chuàng)建一種自動形成、自愈、多跳網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)。事實上，這些特性在大多數(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中并非標配。

該通信系統(tǒng)由的無線節(jié)點和一個網(wǎng)絡(luò)管理器組成。這些節(jié)點具有高度集成的硬件，以及用于實現(xiàn)簡單集成的可配置軟件接口。節(jié)點每15分鐘從負責測量積雪深度、太陽輻射、相對濕度、土壤水分和基質(zhì)水勢、以及溫度的遠程傳感器組傳送一次數(shù)據(jù)。有些節(jié)點直接連接至傳感器組，其他則用作“中繼站”，以提高通過山脊、巖層露頭和森林進行數(shù)據(jù)傳輸時的可靠性。

智能泊車方案有效減少城市車流量和污染

據(jù)估計，30%的城市車流量是因為駕駛者尋找泊車位而引發(fā)的。在洛杉磯一小區(qū)里進行的車流量測量研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)駕駛者為了找尋停車位而行駛超過95萬英里，產(chǎn)生的二氧化碳排放量達730噸，消耗的汽油量為47,000加侖。要找到一個空的車位可謂困難重重，而且充滿了隨機性，因而會導(dǎo)致浪費時間、交通擁堵、產(chǎn)生路怒癥和污染等問題變得愈加嚴重。城市停車執(zhí)法也是一種低效且極其耗費人力的舉措，通過這種方法來鎖定違法者簡直就像諺語里說的“大海撈針”。

理想的解決方案當然是能夠?qū)崟r地從個別停車位收集數(shù)據(jù)，但這并不是一項簡單的任務(wù)。要為每個停車位排布供電和通信線路根本是不可能，而要頻繁更換電池同樣如此。因此，解決方案需采用無線技術(shù)，而且必需能夠依靠一次可運行數(shù)年之久的電池。另外，城市道路也不利于無線電射頻傳輸。汽車、貨車、卡車和公交車形成了持續(xù)不斷和動態(tài)的障礙物，這些障礙物會使無線電信號發(fā)生偏斜、反射和衰減。

綠色環(huán)保領(lǐng)域的創(chuàng)新型公司Streetline Networks選擇了SmartMesh無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來有效解決了這個難題。該公司的智能泊車解決方案將SmartMesh產(chǎn)品集成到其表面貼裝型和嵌入式傳感器中，這些傳感器包含了一系列的感測組件和邏輯器件，用以管理個別泊車位上的收集數(shù)據(jù)。

SmartMesh 經(jīng)過驗證和先進的RF 靈活性使得Streetline 能可靠地將道路數(shù)據(jù)實時地傳輸至其基于網(wǎng)絡(luò)的泊車管理應(yīng)用套件。這些應(yīng)用能告訴駕駛者哪里可以找到停車位，當停車記時器顯示停車時間快到時可向駕駛者發(fā)送提示短信，甚至直接將停車執(zhí)法人員引導(dǎo)至超時占用泊車位的停車處。目前Streetline Networks 系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在包括紐約、洛杉磯、卡爾弗城(CA)、沃思堡市、阿什維爾，Streetline Networks有效幫助城市減少了交通堵塞，從而使得城市更清潔。

環(huán)境監(jiān)測的幾大關(guān)鍵技術(shù)特性分析

無論是洱海水質(zhì)監(jiān)測還是本文分享的兩個環(huán)境監(jiān)測項目，SmartMesh無線傳感器網(wǎng)絡(luò)獲得采納的關(guān)鍵無外乎幾大原因：

●動態(tài)可擴展的網(wǎng)絡(luò)。支持可自動形成和易于擴展的大型、密集、多跳網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)，它還提供了安全管理、用于優(yōu)化傳感器布局的詳細網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計數(shù)據(jù)、確定性的節(jié)點電源管理，并可憑借內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控功能實施動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

●易于部署和配置簡單。長電池壽命、智能網(wǎng)絡(luò)管理器和堅固的可擴展性。SmartMesh 網(wǎng)絡(luò)為苛刻都市環(huán)境以及野外不確定性環(huán)境提供了必需的靈活性和可靠性。

● 99.99%的高穩(wěn)定性。SmartMesh產(chǎn)品線經(jīng)過現(xiàn)場驗證，即使在最嚴苛的環(huán)境中也不失穩(wěn)定性，其為一種完整的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)解決方案。它運用時間同步化網(wǎng)格協(xié)議以提供網(wǎng)絡(luò)靈活性、可靠性和可擴展性，同時提供先進的網(wǎng)絡(luò)管理及全面的安全特性。

●超低功耗讓維護成本更低。其通過負載平衡和優(yōu)化進一步大幅提升電池效率，可將首次出現(xiàn)需要維護的時間推后。超低功耗技術(shù)允許網(wǎng)絡(luò)節(jié)點依靠兩節(jié)AA 電池連續(xù)運行數(shù)年。