1、浅谈我国 WSN 技术无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称 WSN)的基本功能是将一系列在空间上分散的传感器单元通过自组织的无线网络进行连接,从而将各自采集的数据进行传输汇总,以实现对空间分散范围内的物理或环境状况的协作监控,并根据这些信息进行相应的分析和处理。WSN 采用 Ad-hoc(多跳移动无线网络)方式进行自动组网,一个典型的 WSN 包括大量的传感节点和一个或若干个数据汇聚节点,因此能够实现大范围,低成本,灵活铺设的实时数据采集,从而进行更准确的分析和处理。因此,无线传感器具有如下特征:1.组织结构:通过大量传感节点和少量数据汇聚节点组成2.传输媒介:
2、无线传输3.组网方式:Ad-hoc( 多跳移动无线网络)自动组网4.系统功能:物理和环境数据采集汇总及分析处理WSN 特殊的技术结构和组网方式,为其带来了一些独有的技术特点:大范围 WSN 通过节点间的多跳连接,使得其布设范围不受单节点传输距离的影响,可以覆盖几十平方公里甚至更大的范围。 低成本 WSN 节点采用高度集成化的集成电路芯片,整体生产成本较低。并且由于其一般不需要进行供电,布设之后可自行工作,避免了大量的布线成本和后期维护成本。在与传统网络的竞争中占有成本优势。 高稳定性 作为一种自组织网络,WSN 技术不依赖于任何一个单一节点,任何节点的损坏都不影响整合系统的正常运转,避免了传统
3、网络核心节点故障对整个系统的威胁,避免了高昂的核心节点维护成本,同时大大提高了整个系统的稳定性。 灵活布设节点无需传输线缆支持,而且体积较小,布设之后由节点间自动组网,WSN 无需后期维护,同时免去了大量的布线时间。因此,在一些对节点体积有特殊要求或者难于布线的区域有着难以替代的优势。 移动支持 WSN 节点之间采用无线连接,不依赖线缆传输,故而可以在数据源移动、采集点移动等多种场合体现巨大的优势。WSN 技术应用场合一空旷区域应用(如生产环境监测、智能建筑等) ; 二密集采集应用(如精细加工、工业控制、精准农业等) ; 三移动实时采集应用(如矿山安全、个人医疗监测、物流管理等)四长期监测应用
4、(如生态学监测、环境监控、水文监测等) ; 五布线困难区域应用(如环境监控、军事侦察、应急反应等) 。WSN 技术最早起源于冷战时期美国军方的反潜需求,此后逐渐被应用到越来越多的领域,引起了许多科研单位以及商业机构的投入与研究。在高速计算、大容量存储以及宽带传输均得以实现的情况下,人类的信息处理和存储能力一经得到了飞跃性的发展,信息的采集和获取手段则成为了许多应用领域的瓶颈,人们越来越渴望开发一种能够轻松、可靠、廉价的获得大范围而又富有针对性的传感信息的技术。近年来,随着微机电系统、超大规模集成电路,无线通信技术的不断发展,WSN 这一概念逐渐浮出水面。在此之后,分布式智能信息处理技术、现代网
5、络技术渐渐被引入 WSN 技术中。智能化的传感器网络,大大提高了传感器的监测能力。 时至今日,WSN 技术的研究已经初具规模,在理论和实际应用方面都有了许多的进展。在国内,一些科研院所也相继展开了对这一领域的研究,2001年,中科院成立了微系统研究与发展中心推进 WSN 的研究。自然科学基金、国家863研究发展计划,以及973国家重点基础研究发展计划已设立了多项重大项目对 WSN 领域展开研究。全国各大高校以及科研院所也纷纷投入到 WSN 研究的洪流当中。2006 年,WSN 作为重大专项、优先发展主题、前沿领域被列入国家中长期科学与技术发展规划(20062020) ,并成为重大专项“新一代宽
6、带移动无线通信网”的重要方向之一,并取得了一些成果,目前,中国的 WSN 应用已经深入到智能家电、智能楼宇、智能交通、中小企业管理等民用领域。2010年上海世博会上 WSN 也得到了示范和应用。作为国内较早涉及无线传感器网络领域的几个单位之一,中科院计算所凭借着在芯片设计、系统设计及无线网络等方面的深厚的技术沉淀,迅速掌握了多项关键技术,其中包括面向无线传感器网络的专用处理芯片、面向行业应用的无线传感器网络节点、多种应用软件及支持平台,我们拥有诸多具有自主知识产权的技术产品,主要包括:支持 ATMEL 公司 AVR 指令集的基于事件驱动的专用低功耗处理器芯片、完全支持市场上主流 WSN 节点软
7、件平台的高可靠的使用便捷的无线传感器网络节点、基于2.4G 频段支持802.15/zigbee 的无线传感器节点以及事件驱动的无线传感器网络操作系统与相关软件环境等等。但是国内目前仍然缺乏成规模的芯片级传感器开发商,也没有成型的自主标准,设备厂商较多使用通用的射频收发芯片和数字信号处理芯片(MCU)来搭建 WSN 的硬件平台,因此有可能丧失与国际大厂同步进入 WSN 全球化市场的时机。由于 WSN 技术发展空间与发展前景大,目前有许多公司企业对 WSN 也做进一步研究。如:北京清远华程科技有限公司 :主要自主研发 WSN 产品,提供从底层硬件、嵌入式系统到顶层应用管理系统的完整定制化解决方案,产品已在若干行业形成应用。北京索通紫蜂通讯工程技术有限公司 :专注于隧道、矿山等场合的WSN 安全监测设备以及预警系统,在应用 WSN 的矿井人员定位、应力应变监控量测、地质超前预报等方面有很好的积累。 杭州家和智能控制有限公司:在进军 WSN 产业后,以低成本低速率的 WSN 节点为重点产品,主要面向建筑领域进行推进。