无线传感器网不等于物联网

2011-03-11 12:03:36来源: 互联网
 
物联网概念如日中天的今天,传感网和RFID常常被人们与物联网纠结到一起并不奇怪。

在Google上搜索“物联网标准化工作组”, 搜索结果的第一条就是“物联网标准工作组成立标准体系框架已形成”,点击进去一看,原来是传感器网络标准工作组成立的消息。更有大众媒体直白地写道:物联网又叫传感网。似乎传感网就是物联网的别名。

军事催生WSN

许多新技术都是诞生在军事应用中。如同RFID的原理可以追溯到二战时空战的敌我识别系统一样,无线传感器网络(WSN)的诞生则与越南战争密切相连。

由于密林和多雨的天然屏障,大大削弱了卫星与航空侦察的效果。无奈之下,美军从1986年开始,在胡志明小道上投放了数十万个具有音频和振动感知功能的无线传感器,以期建立电子屏障来切断越军的补给线。

这一阶段的无线传感器除了与侦察机点对点通信外,还不具备现代WSN所具备的节点计算功能和节点间的通信功能。1980年,美国国防部先进研究计划局(DARPA)启动了分布式传感器网络项目(DSN),后来,美国国家科学基金会也开始资助该领域的研究项目。比较知名的项目有:DARPA支持的加州大学伯克利分校等25个研究机构承担的SensIT计划等。WSN节点已经具备了探测、计算和通信功能。

进入本世纪以来,尽管美国陆军的沙地直线项目这样的军事应用仍起着主导作用,但随着无线通信、集成电路、传感器、微机电系统等技术的不断进步,WSN节点在微型化和成本降低上取得了显著进展,从而在非军事方面得到日益广泛的应用。网络自组织传输成为这一阶段的主要特征。

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WSN概貌

WSN通常分为WSN节点和组网技术两部分。

WSN节点是组成WSN网络的基本单元。它通常是由传感、计算、通信和电源等基本模块组成的,有的节点还有位置测量系统、移动装置或能量产生装置。

不同种类的传感器将探测到的相应的物理量,经过模拟/数字转换后,送到处理单元。处理单元负责处理本节点和其他节点传来的数据,而传输单元则按照相应的无线传输协议与其他节点交换数据。选配的位置测量系统通常是由多普勒测距系统担纲,移动装置则赋予所在节点以移动功能,而能量产生装置通常是由太阳能、热电效应和振动发电等构成,从而实现长期供电的目的。

尽管都是无线通信网络,但WSN与无线局域网还是有很大的区别。WSN是由部署在监视区域的WSN节点,通过无线通信的方法自组织成网,没有固定的网络基础设施,也没有中心节点,整个网络不仅有数据的处理和传输,而且还有感知自然界的数据采集功能,甚至还有执行功能。

由于体积、成本和电源供给等条件的限制,WSN的计算、存储和通信能力较弱,因此,对负责数据处理的微控制器(MCU)、嵌入式操作系统、无线通信协议等都有特殊的要求。此外,WSN还必须考虑传感器的失效或者被敌方捕获带来的系统动态稳定性和信息安全等方面的挑战。

WSN不等于物联网

事实上,早在WSN出现之前,传感器网络已经得到广泛的应用,比如说有多个温度传感器组成、通过巡检方式工作的温控网,再比如具有多种声、光、电、机械甚至图像探测能力的安防网等。因此,传统意义上的传感器网络发展得已经很成熟,WSN与之相比无论是在传感器节点还是网络架构上是截然不同的。

今年1月中旬,美国政府从2005年开始在长达2000英里的美墨边境美方一侧修建的电子虚拟围栏计划正式完成。该计划耗资高达67亿美元,集中了红外摄像、振动传感、雷达等多种探测手段,以防止偷渡者进入美国。

耐人寻味的是,在相关的新闻报道中,没有媒体把这个无论是投资还是建设规模都堪称举世无双的防入侵系统与物联网或者WSN扯在一起。这对于我国一些在报道中把防入侵系统、传感器网络和物联网三者,经过类似“A=B、B=C,则A=C”的演绎,得出防入侵系统就是物联网的媒体来说,值得三思。

首先,真正意义上的物联网的出现还远需要假以时日;其次,从网络架构和协议上看,物联网与WSN完全不同,这是根本的区别;第三,从目标特征上看,物联网探测的一定是已知物品,而WSN探测和判断的更多是未知的人或物。

在网络层面上,WSN与物联网非亲非故,但这并不妨碍大家在技术层面上的共享。比如说,RFID技术是物联网的核心技术,尽管闭环的RFID应用网络与物联网完全不是一回事儿。同样,在物联网中,可以在RFID模块中集成传感器技术,从而获取物品在物流过程中所经历的温度、湿度等环境参数;而在WSN的一些外延应用中,也可以把RFID协议作为无线通信协议之一,或者探测已知物体的属性,比如说,电表查询等。但这种应用更多地是利用WSN进行数据传输而弱化了传感功能。

尽管,WSN、物联网、RFID闭环网络等网络会用到相同的技术,但却不能得出使用相同的技术的系统都一样的结论。这就如同一块砖头既可以盖房,又可以筑路,还可以建桥一样。

相关链接

美国沙地直线计划

作为美国国防部先进研究计划局(DARPA)网络嵌入式系统技术(NEST)项目的一部分,美军于2003年8月在俄亥俄州开发了用于战场探测的无线传感器网络项目——沙地直线系统。

为该项目研发的无线传感器网络节点“超大规模智能尘埃节点”。节点具备探测、计算和通信功能,并配置多种类型的传感器。节点从光、机械、热、电场、磁、化学等6个方面来发现并判断战场上的车辆、武装人员和非武装人员,比如说通过磁传感器对武器用铁磁性金属的探测,来区分被测对象是否为武装人员。传感器节点中的多普乐距离传感器用来获取被测对象的位置信息。

沙地直线系统经过飞机空投大规模部署在战场上,构成低成本的无线传感器网络,来实现对被测目标的探测、分类和跟踪。一旦一个或多个传感器节点发现目标,便会经过已经建立的无线路由、通过相应的传感器节点迅速将数据传递给无线网关;再由无线网关发送到卫星、广域无线通信网等无线网络,最终传送到情报分析中心。

关键字:无线

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/MEMS/2011/0311/article_777.html
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