目前,國(guó)外對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究大都還處于研究和開(kāi)發(fā)階段,相關(guān)的研究開(kāi)發(fā)課題都還在進(jìn)行中。其中,有對(duì)傳感器網(wǎng)的傳送層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層以及物理層進(jìn)行整體研究的SensoNet、SINA、SCADDS和PACMAN項(xiàng)目,有對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)互連、路由協(xié)議和功率控制等方面進(jìn)行研究的WINS 、Mamps 、LEATH 和Dynamic Sensor Network 項(xiàng)目,以及針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)分發(fā)的一些項(xiàng)目如SPINS、DataSpace等。這些項(xiàng)目幾乎全都集中在美國(guó)各高校的研究機(jī)構(gòu)內(nèi)。
2002年,英特爾研究中心伯克利實(shí)驗(yàn)室和大西洋學(xué)院的研究人員在緬因州Great Duck Island 把稱做“塵埃”的很小的監(jiān)控裝置裝到了有海燕巢的洞穴中,用于監(jiān)控光、濕度、壓力和熱量等參數(shù)。這些“塵埃”還預(yù)示著一個(gè)到處是以電池為電源的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的未來(lái),這些傳感器可監(jiān)控環(huán)境、機(jī)器甚至人類自己。
三菱電機(jī)日前開(kāi)發(fā)成功一種用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的小型低耗電無(wú)線模塊,能夠使用特定小功率無(wú)線構(gòu)筑對(duì)等（Ad-hoc）網(wǎng)絡(luò),目標(biāo)是取代目前利用專線構(gòu)筑的家用安全網(wǎng)絡(luò),計(jì)劃2005年～2006年達(dá)到實(shí)用水平。具體而言,與紅外線傳感器配合,檢測(cè)是否有人。與加速度傳感器配合,檢測(cè)窗玻璃和家具的振動(dòng)。與磁傳感器配合,檢測(cè)門的開(kāi)關(guān),等等。
安防報(bào)警領(lǐng)域中的應(yīng)用
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,不同應(yīng)用領(lǐng)域面臨不同的技術(shù)問(wèn)題。針對(duì)社會(huì)公共安全防范應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)講,具有快速部署、自組織和容錯(cuò)能力的傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種非常有前途的感知技術(shù)系統(tǒng),可應(yīng)用于監(jiān)控、控制、通信、計(jì)算等領(lǐng)域。相對(duì)于傳統(tǒng)的安全防范技術(shù)具有很明顯的優(yōu)勢(shì)。
1.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及工作原理
應(yīng)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的報(bào)警網(wǎng)絡(luò)可由門磁開(kāi)關(guān)、紅外線傳感器、火災(zāi)煙感傳感器、煤氣泄露傳感器、紅外線發(fā)生器、雙鑒探測(cè)器、玻璃破碎報(bào)警器等傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線報(bào)警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將會(huì)應(yīng)用在不同的場(chǎng)合,如辦公大樓、家庭、別墅以及小區(qū)等,因此要求網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的位置能隨機(jī)分布、隨意擴(kuò)充和組合,能滿足報(bào)警范圍的不確定性,并能夠?qū)Ψ课荨?/p>
墻壁對(duì)無(wú)線電波的衰減、反射、噪聲產(chǎn)生抗干擾的能力,所以無(wú)線報(bào)警網(wǎng)絡(luò)采用了無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
這種無(wú)規(guī)則的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠很好地?cái)U(kuò)展組合,容易增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),滿足無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置分布的不確定性;可在房間、隔離處放置一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn),避免無(wú)線干擾和報(bào)警區(qū)域不確定性的問(wèn)題,其中在網(wǎng)絡(luò)中僅分布少量?jī)r(jià)格昂貴節(jié)點(diǎn)就可對(duì)多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)所傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理,分析是否發(fā)送報(bào)警信號(hào),在一定程度上降低報(bào)警系統(tǒng)的誤報(bào),提高無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)的可靠性。在網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的主要作用是采集數(shù)據(jù),并把數(shù)據(jù)以無(wú)線傳輸?shù)姆绞絺鬏斀o距離它最近的報(bào)警節(jié)點(diǎn),報(bào)警節(jié)點(diǎn)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析,以此決定是否給予報(bào)警。
2.節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)及功能
在不同的應(yīng)用領(lǐng)域節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)各有區(qū)別,但一般一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)由ROM、RAM 、系統(tǒng)控制、用戶接口、能量、協(xié)議處理、RF收發(fā)等部分構(gòu)成,如下圖所示：
RF主要完成無(wú)線收發(fā)的功能,ROM、RAM主要用于存儲(chǔ)傳輸?shù)臄?shù)據(jù),協(xié)議處理主要完成無(wú)線通信協(xié)議的處理,能量主要完成能源的調(diào)整,收集等功能。處理器通常選用嵌入式CPU,如Motorola的68HC16,ARM公司的ARM7和Intel的
PXA255 、StrongARM 等。數(shù)據(jù)傳輸單元主要由低功耗、短距離的無(wú)線通信模塊組成,如RFM公司的TR1000 等。因?yàn)樾枰M(jìn)行較復(fù)雜的任務(wù)調(diào)度與管理,系統(tǒng)需要一個(gè)微型化的操作系統(tǒng),UC Berkeley 為此專門開(kāi)發(fā)了TinyOS。當(dāng)然,uCOS-II 和嵌入式Linux等也是不錯(cuò)的選擇。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新的信息獲取和處理技術(shù)。在特殊領(lǐng)域,它有著傳統(tǒng)技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì),同時(shí)也必將開(kāi)辟出不少新穎而有價(jià)值的商業(yè)應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)必將進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用,當(dāng)然安防報(bào)警僅僅是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的冰山一角。本文期望能借此推動(dòng)國(guó)內(nèi)對(duì)這一新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的關(guān)注與研究。