军用转民用的典范
无线传感器网络的构想最初是由美国军方提出的,美国国防部高级研究所计划署(DARPA)于1978年开始资助卡耐基-梅隆大学进行分布式传感器网络的研究,这被看成是无线传感器网络的雏形.从那以后,类似的项目在全美高校间广泛展开,著名的有UC Berkeley的Smart Dust项目,UCLA的WINS项目,以及多所机构联合攻关的SensIT计划,等等.在这些项目取得进展的同时,其应用也从军用转向民用.在森林火灾、洪水监测之类的环境应用中,在人体生理数据监测、药品管理之类的医疗应用中,在家庭环境的智能化应用以及商务应用中都已出现了它的身影.目下,无线传 感器网络的商业化应用也已逐步兴起.美国Crossbow公司就利用Smart Dust项目的成果开发出了名 为Mote的智能传感器节点,还有用于研究机构二次开发的MoteWorkTM开发平台.这些产品都很受使用者的欢迎.
组成和特点
无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三部分组成的.其主要组成部分是集成有传感器、数据处理单元和通信模块的节点,各节点通过协议自组成一个分布式网络,再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心.
因为节点的数量巨大,而且还处在随时变化的环境中,这就使它有着不同于普通传感器网络的独特“个性”.首先是无中心和自组网特性.在无线传感器网络中,所有节点的地位都是平等的,没有预先指定的中心,各节点通过分布式算法来相互协调,在无人值守的情况下,节点就能自动组织起一个测量网络.而正因为没 有中心,网络便不会因为单个节点的脱离而受到损害.
其次是网络拓扑的动态变化性.
第三是传输能力的有限性.
第四是能量的限制.
第五是安全性的问题.
下面,我们将会从几个方面来具体地介绍无线传感器网络.
● 物理层技术
无线传感器网络是一个开放系统互联,按照国际标准化组织(ISO)的规定,为数据流传输所需的物理连接的建立、维护和释放提供的机械的、电气的、功能和规程性的模块就叫做物理层.从这个定义可以看出,物理层需要承担为数据终端提供数据传输通路、传输数据和完成管理工作的职责.具体到无线传感器网络就 是介质的选择、频段的选择、调制技术以及扩频技术.因为是无线网络,传输介质自然要选电磁波了.不过,源信号要依靠电磁波传输必需要通过调制技术变成高频信号,当抵达接受端时,又通过解调技术还原成原始信号.目前采用的调制方法分为模拟调制和数字调制两种.它们的区别就在于调制信号所用的基带信号的模式不 同而已(一为数字,一为模拟).
信号仅经过调制是不行的,还需要进行扩频.扩频,顾名思义,就是将待传输数据进行频谱扩展的技术.它的好处是:增强了抗干扰能力,可进行多地址通信,保密性提高.常见的扩频技术包括直接序列扩频、跳频、跳时以及线性调频.
在物理层面上,无线传感器网络遵从的主要是IEEE 802.15.4标准.依照此标准,物理层主要进行如下工作:激活和去活无线收发器,检测当前信道的能量,发送指示,信道频率的选择,数据发送与接收.
IEEE 802.15.4标准规划了几个工作频段.其中,2.4GHz频段的物理层可提供250Kb/s的数据传输率,适用于高吞吐量、低延时或低作业周期的场合;工作在869/915MHz频段的物理层则能提供20Kb/s的数据传输率,适用于低速率、高灵敏度和大覆盖面积的场合.
依据IEEE 802.15.4标准的协议被称为Zigbe e,其传输带宽虽然没有Wi-Fi和Blue Tooth大,但是能耗较低,非常适合无线传感器网络.
● MAC层协议
信号的传输要靠信道,因此信道也就成为了一种宝贵的资源.怎样合理有效的分配信道,就是数据链路层中的MAC子层要解决的问题了.
无线传感器网络经常使用的有三种MAC协议:传感器协议(S-MAC),分布式能量意识协议(DE-MAC)和协调设备协议.S-MAC协议通过调配节点的休眠方式来有效地分配信道;DE-MAC则采用周期性监听和休眠机制,避免空闲监听和串音,其目的是减少能耗和增加网络的生存周期;MD协议则能 为大规模、低占空比运行的节点提供了不需要高精度时钟的可靠通信.
总体来说,无线传感器网络的MAC协议在分配信道的同时还要保证系统的能耗最低.
● 能量管理
能耗是无线传感器网络所面临的最大问题,因为节点长期处于无人值守的状况下,有效的能耗策略必不可少.
数据融合是另一项节能技术.多个邻近节点经常会采集同样的信息,发送这些冗余信息就给系统增加了不必要的负担.因此,通过本地计算和筛选,确保发送出最有效的信息就是数据融合的任务.
其他能量管理策略还有冲突避免和纠错以及多跳短距离通信,这里不再一一叙述.
● 软件的支持
无线传感器网络也有一个属于自己的操作系统—TinyOS.这个系统不同于传统意义上的操作系统,它更像一个编程构架,在此构架下,搭配一组必要的组件,就能方便地编译出面向特定应用的操作系统.
TinyOS由众多组件组成,包括了主组件、应用组件、执行组件、传感组件、通信组件和硬件抽象组件.每一个组件在其内部都封装了命令处理程序和事件处理程序,它们通过接口声明所调用的命令和将要触发的事件.调度器则负责根据任务的轻重缓急来安排系统的工作.
Crossbow公司生产的MICA传感器平台上就使用了TinyOS系统.实践证明,其基本应用只占用很少的系统资源,能圆满的完成数据采集、处理和通信组网以及数据传输等任务.
商业化的应用
商业化的无线传感器产品中最常见的就是智能节点.前文也曾提到,UC Berkeley是无线传感器研究开展较早的美国高校.基于他们研发成果的无线传感器器件被称为Mote,这也是目前最为通用的一种无线传感器网络产品, 是由Crossbow公司生产的.最基本的Mote组件是MICA系列处理器/无线模块,完全符合IEEE 802.15.4标准.最新型的MICA2可以工作在868/916、433和315MHz三个频带,数据速率为40Kb/s,通信范围可达1000英 尺.其配备了128KB的编程用闪存和512KB的测量用闪存,4KB的EEPROM,串行通信接口为UART模式.
从应用的情况来看,北美的状况最好,在楼宇自动化、环境监控等方面,无线传感器网络已经开始大展拳脚.但对于中国来说,市场还处于起步阶段,产品应用最多的场合一般是科研机关和大学,多为研究之用.不过,根据相关公司的预测,离无线传感器网络市场起飞的时间也不会太远了.只要这个新技术被社会普遍接 受,市场就会以惊人的速度来扩张.
相关链接: V48B3V3E300BN S05A30 PCN21B-110SABA-2W MM24128-BWBN6T
如果你逐字逐句地看完这个帖子以后,你的心久久不能平静的话,震撼吗!为什么会有如此好的帖子!那么我告诉你-------有!本文就是本人呢从http://www.weeqoo.com/这个网站转贴过来的.看了以后顺便帮我顶下吧!
回复第1帖 编辑 好评(0) 差评(0) 举报
|
|
产品
国内贸易
国际贸易
电力工业
照明工业
悔不当初
称号:学徒 
积分: 11分
发帖: 10帖
第1帖
推荐给好友
加入收藏
管理
刷新
回到顶部
dianyuan.com