在信息時(shí)代,作為信息獲取最重要和最基本的技術(shù)--傳感器技術(shù),得到了極大的發(fā)展。傳感器信息獲取技術(shù)已經(jīng)從過(guò)去的單一化漸漸向集成化、微型化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展,并將會(huì)帶來(lái)一場(chǎng)信息革命。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由隨機(jī)分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的微小節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織的方式構(gòu)成,借助于節(jié)點(diǎn)中內(nèi)置的形式多樣的傳感器測(cè)量所在周邊環(huán)境中的熱、紅外、聲納、雷達(dá)和地震波信號(hào),從而探測(cè)包括溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動(dòng)物體的大小、速度和方向等眾多我們感興趣的物質(zhì)現(xiàn)象。在通信方式上,雖然可以采用有線、無(wú)線、紅外和光等多種形式,但一般認(rèn)為短距離的無(wú)線低功率通信技術(shù)最適合傳感器網(wǎng)絡(luò)使用如有源電子標(biāo)簽技術(shù),為明確起見,一般稱作無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。但也不絕對(duì),Berkeley的SmartDust因?yàn)榭梢韵駢m埃一樣懸浮在空中,有效地避免了障礙物的遮擋,因此采用光作為通信介質(zhì)。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(如WLAN和蜂窩移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò))有著不同的設(shè)計(jì)目標(biāo),后者在高度移動(dòng)的環(huán)境中通過(guò)優(yōu)化路由和資源管理策略最大化帶寬的利用率,同時(shí)為用戶提供一定的服務(wù)質(zhì)量保證。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,除了少數(shù)節(jié)點(diǎn)需要移動(dòng)以外,大部分節(jié)點(diǎn)都是靜止的。因?yàn)樗鼈兺ǔ_\(yùn)行在人無(wú)法接近的惡劣甚至危險(xiǎn)的遠(yuǎn)程環(huán)境中,能源無(wú)法替代,設(shè)計(jì)有效的策略延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心問(wèn)題。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,或稱為“微塵傳感器(Mote)”,可以由有源電子標(biāo)簽和傳感單元構(gòu)成:帶有聯(lián)網(wǎng)功能及應(yīng)用軟件的電路板;可檢測(cè)溫度、壓力、濕度、光線、聲音或者磁性變化的傳感器界面;以及可以匯報(bào)探測(cè)情況的無(wú)線電收發(fā)裝置。所有這些設(shè)備,只需要一對(duì)AA電池供電。低成本的微型芯片、低功率的無(wú)線電收發(fā)裝置,加上無(wú)線聯(lián)網(wǎng)技術(shù),這一切使得微塵傳感器完成了一次巨大的飛躍,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了多年來(lái)用于測(cè)量各種事物(從建筑物溫度到工廠設(shè)備振動(dòng))的傳統(tǒng)傳感器。以前的傳感器需要連接到電子設(shè)備上,每個(gè)傳感器成本約200~400美元,并且服務(wù)費(fèi)用也很高。而每個(gè)微塵傳感器,價(jià)值只有約100美元,安裝成本也要低得多。
早在上世紀(jì)70年代,就出現(xiàn)了將傳統(tǒng)傳感器采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、連接傳感控制器而構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)雛形,我們把它歸之為第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)。隨著相關(guān)學(xué)科的的不斷發(fā)展和進(jìn)步,傳感器網(wǎng)絡(luò)同時(shí)還具有了獲取多種信息信號(hào)的綜合處理能力,并通過(guò)與傳感控制器的相聯(lián),組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網(wǎng)絡(luò),這是第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)。而從上世紀(jì)末開始,現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)開始應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò),人們用其組建智能化傳感器網(wǎng)絡(luò),大量多功能傳感器被運(yùn)用,并使用無(wú)線技術(shù)連接,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸形成。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新一代的傳感器網(wǎng)絡(luò),具有非常廣泛的應(yīng)用前景,其發(fā)展和應(yīng)用,將會(huì)給人類的生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó),非常重視無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,IEEE正在努力推進(jìn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展,包括BP、霍尼韋爾(Honeywell)、InetcoSystems、 Invensys、L-3Communications、MillennialNet、Radianse、SensicastSystems及 TextronSystems。美國(guó)的《技術(shù)評(píng)論》雜志在論述未來(lái)新興十大技術(shù)時(shí),更是將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為第一項(xiàng)未來(lái)新興技術(shù),《商業(yè)周刊》預(yù)測(cè)的未來(lái)四大新技術(shù)中,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)也列入其中??梢灶A(yù)計(jì),無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛是一種必然趨勢(shì),它的出現(xiàn)將會(huì)給人類社會(huì)帶來(lái)極大的變革。