無線傳感器網絡與物聯網

無線傳感器網絡與物聯網物聯網以固網形式的互聯網為基礎，采用某種特殊方式的傳輸/檢索標準(例如EPC)，構成了目的十分明確的網絡，它實現〃物物相連〃，這就是物聯網。物聯網解決物體〃是誰〃(Who)的問題。盡管上述節(jié)點有時不直接與固網相連，還要借助于其它無線通信協議，但終歸是要與固網聯接的。無線傳感器網絡WSN(WirelessSensorNetwork)的構想最初是由美國軍方提出的，美國國防部高級研究所計劃署(DARPA)于1978年開始資助卡耐基一梅隆大學進行分布式傳感器網絡的研究，這被看成是無線傳感器網絡的雛形。WSN是由大量傳感器節(jié)點通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織網絡系統，它能夠實現數據的采集量化、處理融合和傳輸。綜合了微電子技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等先進技術，能夠協同地實時監(jiān)測、感知和采集網絡覆蓋區(qū)域中各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對其進行處理，處理后的信息通過無線方式發(fā)送，并以自組多跳的網絡方式傳送給觀察者。具體的來講，WSN兼具感測、運算與網絡能力，透過傳感器偵測周遭環(huán)境，如溫度、濕度、光照、氣體濃度、震動幅度等，并由無線網絡將搜集到的信息傳送給監(jiān)控者；監(jiān)控者解讀報表信息后，便可掌握現場狀況，進而維護、調整相關系統。由于監(jiān)控物理環(huán)境的重要性從來沒有像今天這么突出，無線傳感器網絡已被視為環(huán)境監(jiān)測、建筑監(jiān)測、公用事業(yè)、工業(yè)控制、家庭、船舶和運輸系統自動化中的下一個發(fā)展方向。無線傳感器網絡的應用一般不需要很大的帶寬，但是對功耗要求卻很嚴格，大部分時間必須保持低功耗。由于無線傳感節(jié)點通常使用存儲容量不大的嵌入式處理器，因此對協議棧的大小也有嚴格限制。物聯網物聯網，是指通過各種傳感和傳輸手段，將現實世界的信息進行自動化、實時性、大范圍、全天候的標記、采集、傳輸和分析，并以此為基礎搭建信息運營平臺、構建應用體系，從而增強社會生產生活中信息互通性和決策智能化的綜合性網絡系統。物聯網由節(jié)點和網絡、數據庫組成的物物相連。對任何表示物品的識別和檢索早已有健全的標準。RFID在各種不同頻率上有不同種類，用于物品識別、檢索和管理的首推超高頻頻段種類(UHF)，其標準雖有幾種，但最重要的是EPC標準。EPC至少包含對物品標識的編碼、讀寫器與標識物品的電子標簽的空中接口以及在網絡上利用檢測到的編碼實現對物品的檢索三部分內容。這些標準構成了物聯網的最核心的內容。盡管物聯網還需要建立一些標準來規(guī)范在運用中的各種技術細節(jié)，但是物聯網本質與核心的東西已經存在，不需要〃重新打鼓另開張〃。基于這種核心的東西，世界各地的GS1組織已經作了很多研究、嘗試和應用，建設著雛形階段的物聯網。之所以稱為雛形只是因為它不夠完備。例如美國、中國香港、日本的GS1都在努力進行物流中的應用。中國科技部的863計劃中有一個RFID公共信息服務平臺的項目，由北京大學張世琨領導的研究小組與中科院等單位聯合開發(fā)，現在上海張江RFID產業(yè)基地正在試運行這一公共信息服務平臺。我們今天講發(fā)展物聯網就是要在前人已做過大量工作的基礎上將甘#蓋口。兩者的區(qū)別無線傳感網與物聯網最根本的不同在于它立足一個地地道道的無線通信協議，而且利用傳感器作為節(jié)點，要解決的是物體〃怎樣〃（How）的問題。盡管從WSN得到數據有的要通過固網，但那僅僅是傳遞數據的一種手段，與WSN本身沒有任何關系。兩者在網絡上的不同在于（1）物聯網的基礎是固網，無網僅僅是補充；傳感網的基礎是無網，與固網無關。（2）物聯網解決〃是誰〃；傳感網解決〃怎樣〃。兩者的區(qū)別甚為明顯。應用領域軍事領域。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(zhàn)場環(huán)境中，使其非常適合應用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，包括偵察敵情、監(jiān)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(fā)。環(huán)境的監(jiān)測和保護。隨著人們對于環(huán)境問題的關注程度越來越高，需要采集的環(huán)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(huán)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(huán)境變化對農作物的影響，監(jiān)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(yè)中，來監(jiān)測農作物中的害蟲、土壤的酸堿度和施肥狀況等。醫(yī)療護理。無線傳感器網絡在醫(yī)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(chuàng)建了一個智能醫(yī)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。未來展望物聯網，作為物聯網節(jié)點的RFID經過幾年的發(fā)展，已經在性能的提高與成本的降低方面有了長足的發(fā)展。物聯網在物品編碼、識別、接口、檢索等方面的標準也在日趨完善。中國科技部、國家發(fā)展與改革委員會等政府機關先后組織了很多RFID發(fā)展計劃。在食品安全、藥品監(jiān)管等許多重要方面都做過重大部署。各地方政府和企業(yè)也做過很多研究、實驗運行，取得了不同程度的進展。發(fā)展和擴大RFID應用的關鍵是怎樣打破〃閉環(huán)〃瓶頸，實現〃開環(huán)應用〃。這需要中央和地方政府怎樣逐個行業(yè)地去融合貫通。如果各個行業(yè)領域都整合了，那么物聯網就容易形成。這里有個〃由零向整〃的發(fā)展過程，這個〃零〃就是各個領域，〃整〃就是物聯網全體。無線傳感網在世界上已經有很多成功的事例。在我國的應用有對電網的智能控制、湖水的污染監(jiān)測等案例。與發(fā)達國家相比，水平相差甚遠。以湖水監(jiān)測為例，用于監(jiān)測的一個節(jié)點的成本甚至高達十幾萬元人民幣，根據面積和設點的規(guī)模來看，要達到要求，一個監(jiān)測項目就可能耗資高達數百萬甚至數千萬元不等。距離實際部署和應用還相差甚遠。為了推廣無線傳感網的應用，首先要解決高性能、低成本的通用型無線傳感模塊的研發(fā)。國外早有這樣的產品。由于早幾年中國著力發(fā)展RFID，但對無線傳感網絡并沒有足夠重視。與RFID元器件的高性能、低成本相比，無線傳感元器件的水平還很低下。在這種狀況下，千萬不能妄自尊大，自稱在世界上有〃話語權〃在無線傳感元器件性能提