無線傳感器網(wǎng)絡起飛在即

“無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks, WSN)的主要挑戰(zhàn)之一就是潛在應用非常多，目前需要讓更多的工程技術和管理人員了解這項新興的科技,并能找出相適應的應用。”克爾斯博科技(北京)有限公司(Crossbow Technology)董事長兼總經(jīng)理John Crawford先生表示。
由于監(jiān)控物理環(huán)境的重要性從來沒有象今天這么突出，無線傳感器網(wǎng)絡已被視為環(huán)境監(jiān)測、建筑監(jiān)測、公用事業(yè)、工業(yè)控制、家庭、船舶和運輸系統(tǒng)自動化中的下一個發(fā)展方向。無線傳感器網(wǎng)絡的基本元素是傳感器節(jié)點?！爸悄軌m埃(Mote)”是用于描述傳感器節(jié)點的另一個術語，最初是由加州大學伯克利分校及其合作伙伴Crossbow和英特爾等廠商提出的。每個Mote含有一個微型處理器(通常是低功耗MCU)、無線通訊芯片、各種傳感器、足夠的內(nèi)存和硬件能力，能夠以較低的功耗執(zhí)行監(jiān)視與控制任務。
象任何有感覺能力的生物體一樣，WSN最依賴的是來自物理世界的傳感數(shù)據(jù)。傳感數(shù)據(jù)來自分布在各處的傳感器，不同形態(tài)的傳感器處于靈活的網(wǎng)絡架構(通常稱為“網(wǎng)狀網(wǎng)絡”)之中，以無線方式發(fā)射/接收信號。只要鄰近的mote距離不超過100米，就不需要有線方式連接網(wǎng)絡。在一個工廠中，數(shù)百個mote形成一個類似蜘蛛網(wǎng)的網(wǎng)狀傳感器網(wǎng)絡，實際上具有無數(shù)個可以雙向傳送信息的路徑。WSN具有多級冗余、自組網(wǎng)和自愈能力，意即如果有任意一個或多個Mote失效，剩余的許多Mote將重新形成一個新的通訊網(wǎng)絡。當這個或多個Mote重新正常工作時，它將自動被融入先前的網(wǎng)絡中。這種特性也為用戶提供了隨時添加或減少傳感器網(wǎng)絡中Mote數(shù)目的功能(不需要設置網(wǎng)絡結構和路由)。
盡管WSN為業(yè)界提供了巨大的想象空間，但由于節(jié)點成本、功耗和體積等關鍵問題一直沒有很好解決，過去很多年來，WSN一直限于科研機構和實驗室。不過，隨著微電機系統(tǒng)(MEMS)、低功耗無線通訊協(xié)議(Zigbee)和數(shù)字電路設計的飛速發(fā)展，上述這些難點正在被解決，WSN已經(jīng)開始進入商用階段。
Crossbow公司的CEO Mike Horton先生表示，WSN的商用可以劃分三個階段：2003~2004年，WSN開始被試用，以驗證投資回報，這一時期每個傳感器節(jié)點的成本為100~300美元；2005~2006年，WSN的使用量持續(xù)增長，重點關注可靠性和集成度，每個節(jié)點的成本為10~100美元；而2007~2010年為WSN的起飛期，新應用不斷涌現(xiàn)，出貨量高速增長，這一時期為消費者驅動，重點關注成本和尺寸，每個節(jié)點的成本可降至1~10美元甚至可以到1美元以下。根據(jù)美國幾個知名市場公司預測，到2008年，WSN節(jié)點出貨量將超過1億個，市場銷售總額超過20億美元。
Mike Horton是WSN領域的傳奇型人物，1995年，當時年僅22歲的他創(chuàng)辦了Crossbow公司，該公司已經(jīng)得到了來自思科和英特爾等幾家公司總計超過2,500萬美元的風險投資。Crossbow公司是慣性傳感器系統(tǒng)供應商，同時也是WSN全面解決方案提供商，可以提供全套硬件和軟件平臺及解決方案，包括節(jié)點、智能塵埃工具包、處理器/無線電通信模塊、傳感器和數(shù)據(jù)獲取板，以及網(wǎng)關和網(wǎng)絡接口等。截止到2005年底，Crossbow公司的WSN節(jié)點出貨量已經(jīng)超過100萬個，被英特爾和BP等眾多財富100強公司采用，應用領域包括工業(yè)自動化、建筑監(jiān)測、資產(chǎn)追蹤、環(huán)境監(jiān)測、健康監(jiān)測和科研教育等。
Crossbow的硬件平臺包括處理器/射頻板。這些電池供電的設備運行于開放源碼的TinyOS操作系統(tǒng)上并支持雙向無線通信網(wǎng)絡。傳感器/數(shù)據(jù)采集板直接配合處理器/射頻板。Horton表示，基于性價比的考慮，Crossbow公司選用支持Zigbee協(xié)議的Chipcon CC2420通訊芯片與低功耗處理器ATMEL128結合作為Mote的主要器件。為了更多地降低節(jié)點的成本、體積和功耗，Crossbow還在和合作伙伴一同開發(fā)新一代把處理器和通訊模塊集成在一起的SoC技術。
支持WSN的通訊協(xié)議包括ZigBee和ISA SP100，其中ZigBee被寄予厚望。Horton指出：“WSN的市場巨大，并不僅僅限制于目前的幾種應用，如照明控制，而且WSN將是ZigBee的主要應用領域。Crossbow將于2006年度在中國推出業(yè)內(nèi)第一款完整開放源代碼的支持Zigbee協(xié)議的WSN軟件開發(fā)平臺——MOTEWORKS，它將對中國WSN市場有著推波助瀾的深遠影響?！?nbsp;
目前WSN在中國處于啟動階段，很多大學和科研機構都進行相關研究。Crawford表示：“中國和美國市場大約有2~3年的差距，預計2006~2007年，WSN應用在中國開始出現(xiàn)，目前中國一家大型國有能源公司正在評估部署WSN的計劃。