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國內(nèi)外無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析

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國內(nèi)外無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析

      傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用取得了很大的進(jìn)展。在家庭自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化、樓宇控制、智能計(jì)量和電源管理市場(chǎng)等市場(chǎng)尤為顯著。同時(shí),無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)制訂工作進(jìn)展迅速,大大減少了智能傳感器和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。美國頒布的總數(shù)依然逐年增加,2009年頒布的是2005年的兩倍以上,這表明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)活動(dòng)在近幾年十分強(qiáng)勁。

  信息革命的第三次浪潮正悄然來臨并將zui終改變社會(huì)、企業(yè)、社區(qū)和個(gè)人生活的方式。這次信息革命既是大家熱論的物聯(lián)網(wǎng),也是新一代互聯(lián)網(wǎng)和無處不在計(jì)算模式的版本。為使物聯(lián)網(wǎng)能達(dá)到互聯(lián)和隨時(shí)隨地與任何人和物通信的能力,物聯(lián)網(wǎng)涉及非常廣泛的信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)。其中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)技術(shù)備受關(guān)注。

  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般是由在空間分布的和獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的。節(jié)點(diǎn)包含有傳感器來監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的物理或環(huán)境條件,如溫度、聲音、震動(dòng)、壓力、運(yùn)動(dòng)或污染物等。每個(gè)節(jié)點(diǎn)通常帶有無線電收發(fā)器或其他無線設(shè)備通信設(shè)備以通過網(wǎng)絡(luò)把傳感數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)庫和其他用戶。這樣,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以用于數(shù)據(jù)收集(DataCollection)、目標(biāo)跟蹤(Objecttracking)以及報(bào)警監(jiān)控(Alarmmonitoring)等。

  過去幾年來,國內(nèi)外無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用取得了很大的進(jìn)展。在家庭自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化、樓宇控制、智能計(jì)量和電源管理市場(chǎng)等市場(chǎng)尤為顯著。同時(shí),無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)制訂工作進(jìn)展迅速,大大減少了智能傳感器和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。例如,電機(jī)及電子學(xué)工程師聯(lián)合會(huì)(IEEE)的1451工作組(IEEE1451)建立了一個(gè)智能傳感器即插即用(plug-and-play)的標(biāo)準(zhǔn),使所有符合標(biāo)準(zhǔn)的傳感器能和其他儀器和系統(tǒng)一起工作。

  這一系列標(biāo)準(zhǔn)被稱為IEEE1451的智能傳感器(包括傳感器和驅(qū)動(dòng)器)接口標(biāo)準(zhǔn),包括界定不同接口的不同標(biāo)準(zhǔn)用來連接傳感器和微處理器、儀表系統(tǒng)以及控制異地網(wǎng)絡(luò)。在這些標(biāo)準(zhǔn)中,IEEE1451.5部分是目前很多研發(fā)活動(dòng)的集中點(diǎn)。IEEE1451.5部分規(guī)定了能使與1451兼容的傳感器和其他設(shè)備進(jìn)行無線通訊的技術(shù)。

  IEEE目前也正在制定無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)路(即WPAN)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11和IEEE802.15。其中,IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)正逐漸被接受成為低速率無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(LR-WPANs)物理層和媒體訪問控制的標(biāo)準(zhǔn)。另外,無線傳感器網(wǎng)領(lǐng)域還有兩個(gè)基于IEEE802.15.4的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn):ZigBee和WirelessHART。ZigBee是一種作為一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)而制定的無線技術(shù),是為解決低成本、低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特殊需求開發(fā)的。該標(biāo)準(zhǔn)充分利用IEEE802.15.4的無線收發(fā)器物理層規(guī)范,并采用在均可經(jīng)營而無需特殊許可的頻率范圍:2.400—2.484千兆赫,902—928兆赫和868.0—868.6兆赫;WirelessHART是另一個(gè)由HART通信基金會(huì)開發(fā)的開放標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。該協(xié)議采用了時(shí)間同步、自我組織和自我修復(fù)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該協(xié)議目前支持通過使用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無線電媒體并在2.4GHzISM波段操作。

  此外,其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和專有系統(tǒng)也可能作為用于實(shí)施無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的選擇。例如,EnOcean是在樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域廣泛使用的無線通信系統(tǒng),也被認(rèn)為是可能用在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一種技術(shù),但它并沒有經(jīng)任何*的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。而Z-Wave是為家庭自動(dòng)化設(shè)計(jì)的無線通訊專有標(biāo)準(zhǔn),特別針對(duì)在家用和輕型商用環(huán)境中的遙控應(yīng)用。該技術(shù)采用低功耗無線收發(fā)器嵌入或裝到家庭電子設(shè)備和系統(tǒng)中,例如照明系統(tǒng)、家庭訪問控制系統(tǒng)、娛樂系統(tǒng)和家用電器。這項(xiàng)技術(shù)已被Z-Wave聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化。Z-Wave聯(lián)盟是一個(gè)生產(chǎn)廠商之間的聯(lián)盟,負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)Z-Wave產(chǎn)品和設(shè)備的兼容性。

  同時(shí),一些現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)也正在被修改以適應(yīng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。例如,基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)(WLAN)標(biāo)準(zhǔn)、稱作WiFi標(biāo)準(zhǔn)、被加入了一種支持低功耗的版本——所謂的低功率WiFi,以用于實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

  美國局的數(shù)據(jù)顯示,在無線傳感網(wǎng)技術(shù)方面,美國擁有zui多的已授權(quán)的,日本其次,加拿大、韓國和法國隨后。同時(shí),美國也擁有zui多的已公開的申請(qǐng),韓國其次,日本、瑞典和中國臺(tái)灣隨后。美國頒布的總數(shù)依然逐年增加,2009年頒布的是2005年的兩倍以上,這表明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)活動(dòng)在近幾年十分強(qiáng)勁。

  如將美國分布狀況按照公司來分析,在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上的15個(gè)*公司分別是:思科(Cisco)、愛立信(Ericsson)、費(fèi)希爾羅斯蒙特(Fisher-Rosemount)、通用電氣(GE)、霍尼韋爾(Honeywell)、IBM公司、英特爾公司(In)、微軟公司(Mircosoft)、摩托羅拉(Motorola)、NEC公司、諾基亞公司(Nokia)、飛利浦公司(Philips)、三星公司(Samsung)、西門子公司(Siemens)和索尼公司(Sony)。其中,諾基亞公司擁有的已授權(quán)的美國數(shù)量zui多,摩托羅拉、英特爾和微軟緊隨其后;三星公司擁有的已公開的美國申請(qǐng)數(shù)量zui多,隨后是霍尼韋爾、微軟、摩托羅拉和NEC公司。另外,值得注意的是,IBM公司是目前在物聯(lián)網(wǎng)方面全面的公司之一。

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