無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）技術(shù)掃描

WSN，改變世界的新技術(shù)

傳統(tǒng)的傳感器正逐步實(shí)現(xiàn)微型化、智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)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。

隨著微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanism System, MEMS)、片上系統(tǒng)(SOC， System on Chip)、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展, 無線傳感網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點(diǎn)帶來了信息感知的一場變革。這成為當(dāng)前所有領(lǐng)域內(nèi)的新熱點(diǎn)。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種跨學(xué)科技術(shù)，就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)?；?em>MEMS的微傳感技術(shù)和無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)賦予了廣闊的應(yīng)用前景。這些潛在的應(yīng)用領(lǐng)域可以歸納為:軍事、航空、反恐、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域。

WSN將是全球未來四大技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，將掀起新的產(chǎn)業(yè)浪潮。

1999年美國商業(yè)周刊將其列為21世紀(jì)最具影響的21項(xiàng)技術(shù)之一;2003年，美國麻省理工學(xué)院技術(shù)評論在預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的報(bào)告中將其列為改變世界十大新技術(shù)之一。美國總統(tǒng)科技顧問委員會在“面向21世紀(jì)的聯(lián)邦能源與發(fā)展規(guī)劃”中指出，工業(yè)無線技術(shù)的廣泛應(yīng)用將使工業(yè)生產(chǎn)效率提高10%，并使排放污染降低25%.

WSN，發(fā)展歷程及規(guī)劃

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)。

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。

美國交通部1995年提出了“國家智能交通系統(tǒng)項(xiàng)目規(guī)劃”，預(yù)計(jì)到2025年全面投入使用。該計(jì)劃試圖有效集成先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)并運(yùn)用于整個地面交通管理，建立一個大范圍全方位的實(shí)時高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。這種新型系統(tǒng)將有效地使用傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交通管理。

美國陸軍2001年就提出了“靈巧傳感器網(wǎng)絡(luò)通信”計(jì)劃，在2001-2005財(cái)政年度期間批準(zhǔn)實(shí)施。其基本思想是：在戰(zhàn)場上布設(shè)大量的傳感器以收集和傳輸信息，并對相關(guān)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，然后再把那些重要的信息傳送到各數(shù)據(jù)融合中心，將大量的信息集成為一幅戰(zhàn)場全景圖。當(dāng)參戰(zhàn)人員需要時可分發(fā)給他們，使其對戰(zhàn)場態(tài)勢的感知能力大大提高。

2002年5月，美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室與美國能源部合作，共同研究能夠盡早發(fā)現(xiàn)以地鐵、車站等場所為目標(biāo)的生化武器襲擊，并及時采取防范對策的系統(tǒng)。它屬于美國能源部恐怖對策項(xiàng)目的重要一環(huán)。該系統(tǒng)集檢測有毒氣體的化學(xué)傳感器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體。

美國自然科學(xué)基金委員會2003年制定了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究計(jì)劃，在加州大學(xué)洛杉磯分校成立了傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中心，聯(lián)合周邊的加州大學(xué)伯克利分校、南加州大學(xué)等，展開“嵌入式智能傳感器”的研究項(xiàng)目。

英特爾公司在2002年10月24日發(fā)布了“基于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)的新型計(jì)算發(fā)展規(guī)劃”。計(jì)劃宣稱，英特爾將致力于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)在預(yù)防醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、森林滅火乃至海底板塊調(diào)查、行星探查等領(lǐng)域的應(yīng)用。

我國在國家“十一五”規(guī)劃和《國家中長期科技發(fā)展綱要》中將“傳感器網(wǎng)絡(luò)及信息處理”列入其中，國家863、973計(jì)劃中也將WSN列為支持項(xiàng)目。

前景廣闊，任重道遠(yuǎn)

研究發(fā)現(xiàn)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)具有明顯不同的要求，后者注重在移動的環(huán)境中通過優(yōu)化路由和充分利用帶寬為用戶提供質(zhì)量較高的服務(wù)，而前者常常工作在人無法接近的惡劣環(huán)境中，無法更換能源和重復(fù)利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，因此高效能、低成本、自組織等問題是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)首先要解決的。

由于WSN目前處于研發(fā)與不斷完善的階段，功能有限，其應(yīng)用范圍只能局限在數(shù)據(jù)監(jiān)控和采集方面，尚不能在用在控制和安全的場合，大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用還有待時日。目前應(yīng)用水平也只能是有線的補(bǔ)充。當(dāng)然，由于用戶的需要、技術(shù)的發(fā)展，WSN的前景光明。

據(jù)有關(guān)專家統(tǒng)計(jì)，要克服用了無線就不能要求用電纜供電而必須用電池以及成本高的難點(diǎn)，大概還需要5~10年的時間。根據(jù)現(xiàn)場總線的經(jīng)驗(yàn)，只要沒有多標(biāo)準(zhǔn)，制造廠商和研發(fā)部門不刻意去炒作，堅(jiān)持以最少的投入實(shí)現(xiàn)最大的生產(chǎn)效益，這樣WSN才能獲得健康而較快地發(fā)展。

目前，已有艾默生、霍尼韋爾兩家大公司推出了WSN產(chǎn)品，前者符合無線HART7.1版本標(biāo)準(zhǔn);后者采用了ISA100標(biāo)準(zhǔn)。但大多數(shù)只限于溫度、壓力、流量及物位耗電量小的變送器。國內(nèi)川儀和重慶郵電大學(xué)合作也生產(chǎn)出無線系列變送器及執(zhí)行器樣機(jī)，而WIA-PA在鞍鋼冷軋機(jī)測量軸承溫度使用成功。

一項(xiàng)工業(yè)界企業(yè)調(diào)查表明，40%的受訪企業(yè)計(jì)劃采用無線解決方案，監(jiān)控機(jī)器品質(zhì)。調(diào)研公司ONWorld預(yù)計(jì)到2011年，世界市場無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)系統(tǒng)與服務(wù)將飛升至約46億美元，比現(xiàn)在增長5億美元。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)才剛剛開始發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該抓住商機(jī)，加大投入力度，推動整個行業(yè)的發(fā)展。