无线传感器地地研究背景目地意义及现状与发展趋势
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无线传感器研究背景目的意义及现状与发展趋势1 研究背景随着无线技术的快速发展和日趋成熟,无线通信也发展到一定的阶段,其发展的技术越来越成熟,方向也越来越多,越来越重要,大量的应用方案开始采用无线技术进行数据采集和通信。
微机电系统和低功耗高集成数字设备的发展,使得低成本、低功耗、小体积的传感器节点得以实现。
这样的节点配合各类型的传感器,可组成无线传感器网络(WSN)。
无线传感网络是一种开创了新的应用领域的新兴概念和技术。
广泛应用于战场监视、大规模环境监测和大区域内的目标追踪等领域。
传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。
因为无线传感器网络节点一般采用电池供电,工作环境通常比较恶劣,而且数量大、更换非常困难,所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一,因此,它迫切需要对传统的嵌入式应用开发进行更新和改进,需要精心设计的软硬件系统,以使其可靠而耐用。
2003年,美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时,WSN被列为第一;美国《今日防务》杂志更认为WSN的应用和发展将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。
可以预测,WSN是信息感知和采集的一场革命,是21世纪最重要的技术之一[2]。
低功耗无线传感模块,便是组成无线传感网络的节点。
此方面的研究由来已久,是计算机应用的扩展,采用了大规模集成电路和嵌入式技术,使用智能微处理器对采集到的信息进行处理和加工。
现已广泛应用于社会建设的各个层面和人们的日常生活当中。
但过去的研究有的只考虑低功耗而性能不高,有的性能高但是功耗太大。
因此,在无线传感技术应用如此广泛的今天,在保证无线传感模块性能的同时又能实现其低功耗具有一定的理论和现实意义。
2 研究目的及意义2.1 研究目的当前对于无线传感技术的研究仍然处在一个高速发展的阶段,低功耗就是其发展方向之一,而低功耗与高性能的结合实现还不完全。
因此,为了更好的实现无线传感模块的功能,增加模块的可靠性和使用寿命,通过对无线传感节点的硬件功耗的分析,确定无线传感模块各单元的基本功率消耗,并进行相应比较,确定需重点降耗的单元,在此基础上结合当前对低功耗无线传感模块的研究,通过对比分析选择合适的芯片完成对低功耗无线传输模块的自主设计和制作。
无线电传感器网络的发展现状与未来趋势近年来,无线电传感器网络(Wireless Sensor Networks,简称WSN)在无线通信和物联网领域得到了广泛的应用和研究。
WSN是由大量的无线传感器节点组成的网络,可以实时采集和处理环境中的各种信息,并通过网络传输给用户或其他节点。
WSN的出现极大地拓展了监测和控制的范围,同时也带来了一系列的技术挑战。
首先,让我们来看一下WSN的发展现状。
目前,WSN已经广泛应用在农业、环保、智能交通、无线医疗等领域。
在农业方面,WSN可以监测土壤湿度、环境温度等信息,帮助农民精确浇灌和施肥,提高农作物的产量。
在环保方面,WSN 可以监测大气污染、水质变化等信息,提供及时的环境监测和预警。
在智能交通领域,WSN可以监测道路交通流量、车辆状态等信息,实现智能化的交通控制和路况预测。
在无线医疗方面,WSN可以监测身体的生理参数,如心率、血压等,为医疗人员提供实时的健康监测和预警。
然而,WSN的发展也面临着一些挑战。
首先是能源管理问题。
由于传感器节点通常安置在野外环境中,并且需要长时间运行,能源消耗成为限制WSN持续工作的主要问题。
因此,如何设计低功耗的传感器节点和有效的能源管理机制成为WSN研究的重点。
其次是网络安全问题。
WSN中的传感器节点通常部署在无线环境中,容易受到恶意攻击和侵入。
因此,如何保证数据的安全性和隐私性是WSN 研究的另一个重要议题。
未来,WSN的发展趋势将会是网络智能化和多样化。
首先,随着物联网的快速发展,WSN将与其他技术相互融合,形成更加智能化的网络。
例如,WSN可以与云计算结合,实现大规模数据的存储和处理。
另外,WSN还可以与人工智能技术相结合,实现自动化的数据分析和决策。
其次,WSN的应用场景将会更加多样化。
除了农业、环保、智能交通等传统领域外,WSN还将应用于智能建筑、智能家居等新兴领域。
例如,WSN可以监测建筑物的结构安全和能源消耗,提供智能化的建筑管理和控制。
无线传感器研究背景目的意义及现状与发展趋势1 研究背景随着无线技术的快速发展和日趋成熟,无线通信也发展到一定的阶段,其发展的技术越来越成熟,方向也越来越多,越来越重要,大量的应用方案开始采用无线技术进行数据采集和通信。
微机电系统和低功耗高集成数字设备的发展,使得低成本、低功耗、小体积的传感器节点得以实现。
这样的节点配合各类型的传感器,可组成无线传感器网络(WSN)。
无线传感网络是一种开创了新的应用领域的新兴概念和技术。
广泛应用于战场监视、大规模环境监测和大区域内的目标追踪等领域。
传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。
因为无线传感器网络节点一般采用电池供电,工作环境通常比较恶劣,而且数量大、更换非常困难,所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一,因此,它迫切需要对传统的嵌入式应用开发进行更新和改进,需要精心设计的软硬件系统,以使其可靠而耐用。
2003年,美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时,WSN被列为第一;美国《今日防务》杂志更认为WSN的应用和发展将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。
可以预测,WSN是信息感知和采集的一场革命,是21世纪最重要的技术之一[2]。
低功耗无线传感模块,便是组成无线传感网络的节点。
此方面的研究由来已久,是计算机应用的扩展,采用了大规模集成电路和嵌入式技术,使用智能微处理器对采集到的信息进行处理和加工。
现已广泛应用于社会建设的各个层面和人们的日常生活当中。
但过去的研究有的只考虑低功耗而性能不高,有的性能高但是功耗太大。
因此,在无线传感技术应用如此广泛的今天,在保证无线传感模块性能的同时又能实现其低功耗具有一定的理论和现实意义。
2 研究目的及意义2.1 研究目的当前对于无线传感技术的研究仍然处在一个高速发展的阶段,低功耗就是其发展方向之一,而低功耗与高性能的结合实现还不完全。
因此,为了更好的实现无线传感模块的功能,增加模块的可靠性和使用寿命,通过对无线传感节点的硬件功耗的分析,确定无线传感模块各单元的基本功率消耗,并进行相应比较,确定需重点降耗的单元,在此基础上结合当前对低功耗无线传感模块的研究,通过对比分析选择合适的芯片完成对低功耗无线传输模块的自主设计和制作。
基于无线传感器网络的环境监测技术发展趋势无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一种由许多无线传感器节点组成的网络系统,用于监测和收集环境中的各种数据。
随着科技的发展和应用的不断推广,无线传感器网络的环境监测技术也在不断发展壮大,拥有广阔的发展前景和潜力。
本文将探讨基于无线传感器网络的环境监测技术的发展趋势及其影响。
首先,基于无线传感器网络的环境监测技术在多领域具有广泛的应用前景。
从农业到城市规划,从工业到自然资源管理,这项技术都可以提供准确、实时的环境数据,帮助人们更好地了解和管理环境。
例如,在农业领域,无线传感器节点可以监测土壤湿度、温度和光照强度等数据,从而帮助农民精确控制灌溉和施肥,提高农作物的产量和质量。
其次,无线传感器网络的发展趋势是实现更高效的能源管理和节能减排。
由于传感器节点的数量众多,能源问题一直是无线传感器网络应用面临的挑战之一。
未来的发展趋势是提高传感器节点的能源利用效率,延长节点寿命。
一种可能的解决方案是开发更高能效的传感器节点和能源收集技术,比如利用太阳能、振动能等自然能源进行充电。
另外,通过优化网络协议、降低传输功率等手段,也能有效降低能源消耗,实现节能减排。
再次,数据的存储和处理能力也是无线传感器网络的重要方向。
随着无线传感器网络规模的扩大和应用领域的增加,处理大量大数据所带来的挑战也日益突出。
未来的发展趋势是开发更快速、高效的数据存储和处理技术,以应对数据量不断增长的需求。
边缘计算、云计算和人工智能等技术的发展将为无线传感器网络的数据处理提供更可靠、高效的解决方案。
此外,无线传感器网络的安全性也备受关注。
无线传感器网络中的节点通常暴露在无保护的环境中,容易受到各种安全威胁,如数据篡改、节点身份伪造等。
为了保证环境监测数据的可靠性和机密性,未来的发展趋势是开发更加安全可靠的通信和认证机制,加强对网络的安全防护。
例如,采用加密算法对数据进行加密传输,利用身份验证技术限制非法访问等手段。
无线传感网络技术的研究现状和发展趋势随着物联网的快速发展,无线传感网络技术逐渐成为关注的热点。
无线传感网络是由大量传感器节点组成的无线网络,能够对物理或化学量进行测量、感知、处理和传输等多项任务。
该技术有望推动智能城市、智能交通、智能工厂等方面的发展,因此备受学者和产业界的关注。
本文将介绍无线传感网络技术的研究现状和发展趋势。
一、无线传感网络技术的研究现状1、节点设计传感器节点是无线传感网络的基本单元,它需要具有小巧灵活、低功耗、高性能、易部署等特点。
近年来,有学者提出了各种新型传感器节点设计方案,如无源/半无源传感器节点、多传感器节点、组合式节点等。
无源/半无源传感器节点是指将电力来源从传统的电池、太阳能等换成环境能源,如无线充电、温差发电等,以降低节点的功耗成本和维护难度。
多传感器节点是指一种节点集成多种传感器,提高网络测量精度及传感应用的灵活性。
组合式节点则是指在满足节点特定任务需求的前提下,将已有元件(如集成电路、微处理器等)组合便能达到令人满意的性能。
这种方案既省设计成本,又能满足差异化需求。
2、网络拓扑网络拓扑是指无线传感网络中各节点的编号、位置、连接方式等。
常见的拓扑结构有星型、树型和网状结构。
随着新型应用的出现,研究者们不断地探索符合实际场景需求的新型拓扑结构。
例如,分簇拓扑是传感网络中的一种重要拓扑结构,主要是将传感节点按聚集距离远近分组,然后指定一组节点为簇头节点,该节点进行数据处理和转发,并与上层节点通信,达到良好的数据整合效果。
3、网络通信网络通信是无线传感网络技术的核心之一。
面对信道质量恶劣、多传感器数据通信问题等,研究人员们提出了各种新算法和协议。
例如,多跳通信是一种传感器节点间经常采用的数据传输方式,它通过中继节点传递数据,从而实现跨越较长距离的数据传输。
此外,近年来一些学者也尝试利用构建信道模型的方法深入挖掘信道特性,提高网络的通信质量。
二、无线传感网络技术的发展趋势1、智能化未来,无线传感网络技术将更加接近人工智能。
低功耗无线传感器研究背景意义及国内外现状1研究的目的和意义2国内外研究概况和发展趋势2.1无线传感器网络2.2无线传感器网络节点结构2.3节点技术2.4无线传感器网络未来的发展1研究的目的和意义近年来,随着无线通信、集成电路、传感器和微机电系统等技术的飞速发展,使得低成本、低功耗、多功能的微型无线传感器的大量生产成为可能,这些微型无线传感器具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能。
因此,传感器网络的应用前景非常广泛。
无线传感器网络就是由这些传感器节点协同组织起来的,传感器网络的节点可以随机或者特定地布置于目标环境中,它们之间通过特定的协议自组织起来,能够获取周围环境的信息并且相互协同工作完成特定任务。
传感器节点一般由蓄电池提供电能,工作时间不长。
有限的电源电量成为制约无线传感节点生命周期的关键因素,但减小功耗即意味着延长系统寿命。
因此本课题的目的是在满足系统性能的要求基础上,从系统层面来进一步减小低功耗节点功耗、实现超低功耗,从而有效延长WSN生命周期。
研究无线传感器节点的超低功耗技术,对于WSN技术的研究具有重要的意义。
目前,虽然环境能量采集技术的研究和发展使得节点有了从环境补给电能的可能。
但目前还是处于研究阶段,而且价格太高,不宜偶普及推广使用。
因此低功耗无线传感器节点是当今国内外通信领域的一大研究热点,无线传感器节点如果到超低功耗,那么整个传感器系统将会获得更长的工作时间,同时缩短了传感器节点的淘汰更新速度,降低了普及无线传感器网络的成本。
它必将在军事、民用及工商业等领域取得更加广阔的应用前景。
2国内外研究概况和发展趋势2.1无线传感器网络无线传感器网络是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等,能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,这些信息通过无线方式被发送,并以自组多跳的网络方式传送到用户终端,从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通[3].传感器网络具有十分广阔的应用前景,在军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多重要领域都有潜在的实用价值,已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视,被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。
无线传感器网络节点研究背景意义及国内外现状无线传感器网络节点研究背景意义及国内外现状 1研究背景及意义2 国内外研究现状1研究背景及意义随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的发展进步,包括微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS)以及相关的接口、信号处理技术的飞速发展和日益成熟,具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器网络引起了人们的极大关注。
无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息妙理技术和通信技术,它是一种由传感器节点构成的网络,能够实时地监测、感知和采集节点部署区的观察者感兴趣的感知对象的各种信息(如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理现象),并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去,通过无线网络最终发送给观察者。
无线传感器网络在军事侦察、环境监测、医疗护理、智能家居、工业生产控制以及商业等领域有着广阔的应用前景。
由于传感器网络的巨大应用价值,它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注。
美国《技术评论》2003年1月号上,《技术评论》的编辑们认为,有十种新兴技术在不远的将来会产生巨大影响、其中第一项就是无线传感器网络。
美国国防刻和各军事部门都对传感器网络给予了高度重视。
在C4ISR 的基础上提出了C4KISR计划,强调战标情报的感知能力、信息的综合能力和信息的利用能力,把传感器网络作为一个重要研究领域,设立了一系列的军事传感器网络研究项目。
在民用领域,2002年,美国 Intel公司发布了“基于微型传感器网络的新型计算发展规划”。
今后,Intel将致力于微型传感器网络在预防医学、环境监测、森林灭火乃至海底板块调查、行星探查等领域的应用。
伯克利实验室和大西洋学院的研究人员计划部署和使用无线传感器网络来研究岛上环境。
这些传感器由温度、湿度、气压等芯片和红外线传感器组成。
科学家们使用这些设备可以在不干扰野生动植物正常生活的情况下监视它们及其生存环境。
无线传感器网络的应用现状与未来发展方向无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是由许多小型传感器节点组成的网络系统,可以实时采集和传输各种环境信息。
它具有灵活、低成本、易部署等特点,被广泛应用于环境监测、智能交通、农业、医疗等领域。
本文将探讨无线传感器网络的应用现状和未来发展方向。
一、无线传感器网络的应用现状1.1 环境监测无线传感器网络在环境监测方面发挥了重要作用。
例如,通过部署传感器节点监测空气质量、水质污染等环境参数,可以及时预警和应对环境污染事故。
同时,无线传感器网络还可以应用于林火监测、地震预警等自然灾害监测领域,提高对灾害的预警和救援能力。
1.2 智能交通在智能交通领域,无线传感器网络可以用于实时监测交通流量、车辆速度等信息,提供实时的路况信息。
基于这些信息,可以优化交通信号配时,减少交通拥堵,并提供个性化的导航服务。
此外,无线传感器网络还可以实现车辆自动驾驶技术,提高交通的安全性和效率。
1.3 农业在农业领域,无线传感器网络可以监测土壤水分、温度、光照等参数,提供农作物生长环境的实时信息。
基于这些信息,农民可以精确控制灌溉量和施肥量,提高农业生产效益。
同时,无线传感器网络还可以应用于畜牧业的动物监测,实现实时监测牲畜的健康状况和行为信息。
1.4 医疗在医疗领域,无线传感器网络可以用于监测病人的生命体征,如心率、血氧含量等,提供实时的健康状态监测。
通过传感器节点的布设,医务人员可以有效监测患者的病情变化,并及时采取相应的治疗措施。
此外,无线传感器网络还可以用于健康管理领域,定制个性化的健康监测方案,实现预防和康复的目的。
二、无线传感器网络的未来发展方向2.1 能源管理无线传感器网络通常由电池供电,能源管理一直是制约其发展的重要问题。
未来,可以通过能量收集技术,如光能、热能、振动能等,实现对传感器节点的自动供能,减少更换电池的次数,提高网络的可用性和可持续性。
无线传感器网络技术的发展现状近年来,随着互联网和物联网的不断发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)技术也得到了迅猛的发展。
无线传感器网络是由大量的低成本、低功耗、小型化的无线传感器节点组成的一种自组织的网络系统,可以实时地对环境进行监测、采集、处理和传输信息。
本文将从无线传感器网络的技术特点、应用领域、发展现状以及未来发展趋势等方面进行探讨。
一、技术特点无线传感器网络具有以下技术特点:1. 自组织性:无线传感器网络是由大量的传感器节点组成的自组织网络系统,具有自适应性和可靠性。
当其中一个节点出现故障时,其他节点可以自动协调,以确保整个系统的正常运行。
2. 网络拓扑结构简单:无线传感器网络拓扑结构一般为星形或树形结构,相对于其他网络的结构更为简单,易于构建和维护。
3. 高效能:传感器节点具有低功耗、小尺寸和低成本等特点,可以在较小的范围内进行高效而准确的数据采集和传输。
4. 跨越物理界限:无线传感器网络可以跨越物理界限,实现对环境的全面监测,如地震、气象、海洋等领域。
5. 实时性:无线传感器网络可以实现对环境的实时监测和数据传输,提供快速而精准的信息反馈。
二、应用领域无线传感器网络已经被广泛应用于以下领域:1. 环境监测:无线传感器网络可以实时监测大气污染、水质污染、噪声等环境指标,对环保工作起到重要作用。
2. 智能交通:将传感器节点布置在道路光杆或交通信号灯上,可以实现对车道交通流量监测、车速检测、车辆识别等。
3. 农业领域:无线传感器网络可以实现土壤湿度、土壤温度、光照强度等参数的实时监测,提高农作物生产效率。
4. 工业领域:无线传感器网络可以实现工业生产的实时监测和质量控制,提高工业生产效率和产品质量。
三、发展现状随着无线传感器网络技术的不断发展,其在各个领域得到了广泛应用。
无线传感器网络技术已经成为了物联网中的核心技术之一。
目前,国内外无线传感器网络技术的研究重点主要集中在以下几个方面:1. 无线传感器网络的网络结构和协议优化:通过改进协议、网络结构,提高网络传输性能,减少传输延迟。
无线传感器研究背景目的意义及现状与发展趋势
1 研究背景
随着无线技术的快速发展和日趋成熟,无线通信也发展到一定的阶段,其发展的技术越来越成熟,方向也越来越多,越来越重要,大量的应用方案开始采用无线技术进行数据采集和通信。
微机电系统和低功耗高集成数字设备的发展,使得低成本、低功耗、小体积的传感器节点得以实现。
这样的节点配合各类型的传感器,可组成无线传感器网络(WSN)。
无线传感网络是一种开创了新的应用领域的新兴概念和技术。
广泛应用于战场监视、大规模环境监测和大区域内的目标追踪等领域。
传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。
因为无线传感器网络节点一般采用电池供电,工作环境通常比较恶劣,而且数量大、更换非常困难,所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一,因此,它迫切需要对传统的嵌入式应用开发进行更新和改进,需要精心设计的软硬件系统,以使其可靠而耐用。
2003年,美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时,WSN被列为第一;美国《今日防务》杂志更认为WSN的应用和发展将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。
可以预测,WSN是信息感知和采集的一场革命,是21世纪最重要的技术之一[2]。
低功耗无线传感模块,便是组成无线传感网络的节点。
此方面的研究由来已久,是计算机应用的扩展,采用了大规模集成电路和嵌入式技术,使用智能微处理器对采集到的信息进行处理和加工。
现已广泛应用于社会建设的各个层面和人们的日常生活当中。
但过去的研究有的只考虑低功耗而性能不高,有的性能高但是功耗太大。
因此,在无线传感技术应用如此广泛的今天,在保证无线传感模块性能的同时又能实现其低功耗具有一定的理论和现实意义。
2 研究目的及意义
2.1 研究目的
当前对于无线传感技术的研究仍然处在一个高速发展的阶段,低功耗就是其发展方向之一,而低功耗与高性能的结合实现还不完全。
因此,为了更好的实现无线传感模块的功能,增加模块的可靠性和使用寿命,通过对无线传感节点的硬件功耗的分析,确定无线传感模块各单元的基本功率消耗,并进行相应比较,确定需重点降耗的单元,在此基础上结合当前对低功耗无线传感模块的研究,通过对比分析选择合适的芯片完成对低功耗无线传输模块的自主设计和制作。
并辅助软件开发人员完成各子模块的驱动编写,实现低功耗无线传感模块的整体通信功能。
2.2研究意义
无线传感网络是一种开创了新应用领域的新兴概念和技术。
当前,传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。
无线传感器网络节点的稳定运行是整个网络可靠性的重要保障。
低功耗无线传感模块研究具有极其重要的学习和研究价值,其功能的实现具有极其重要的理论和现实意义。
首先,现有的众多研究中,将性能和低功耗相结合的较少,有的只考虑低功耗而性能不高,有的性能高但是功耗太大。
本文综合了性能和低功耗的共同需求,经过深入的分析和对芯片的数据比较,提出了低功耗无线传感模块的硬件设计思路。
其次,增加无线传感模块的应用。
无线传感模块应用已非常广泛,除去组成无线传感网络的应用外,无线传感技术还广泛的应用于环境监测,如车间温湿度、压力等;短距无线通信等。
实现了无线传感模块的低功耗,其对电能的需求就会更小,应用的范围将会进一步的扩大。
3 相关概念界定
①无线传感模块:是指由处理器模块、无线模块、电源模块和传感模块组成的无线通信自治系统,它采用一定的频率和编码方法实现与其它模块的通信,属于无线技术的一种。
②无线传感网络WSN(Wireless Sensor Network): 是由部署在监测区域内大量的具有信息采集、数据处理和无线通信能力的微小传感器节点通过无线电通信形成的一个多跳的自组织网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域里被监测对象的信息,并发送给观测者[3]。
③PCB:是Printed Circuit Board的缩写,中文意为印刷电路板,是搭配电子零件之前的基板,被誉为“电子系统产品之母”或“3C产业之基石”。
4国内外研究现状和发展趋势
4.1 国内外研究现状
无线传感模块是新兴的下一代无线传感网络节点,它是组成无线传感网络的基本部分。
最早的代表性论述出现在二十世纪九十年代末,题为“传感器走向无线时代”。
传感技术的发展经历了一般传感器、智能传感器、无线传感器等几个阶段。
一般传感器,是最早产生的传感器,只能实现数据采集;智能传感器则是在一般传感器的基础上将处理计算能力与传感器相结合,使得传感模块不但能够
实现数据等信息采集,还能对所采集到的信息进行一定程度的计算和处理;无线传感器则是在智能传感器的基础上再集成无线功能模块,使得传感器不再是单独的感知模块,而是一个能够实现数据采集、处理,信息交换和控制的有机整体。
为了实现随时随地与任何人或任何设备的互联互通,无线通信技术获得了蓬勃发展。
在正交频分复用(OFDM)和多入多出(MIMO)等基础技术支持下,多种无线技术如蓝牙、Wi-Fi、WIMAX、超宽带和无线局域网获得了长足发展。
作为蓬勃发展的无线技术,近几年正是其大变革时期。
随着几种重要基础技术的推广和实际应用,无线通信的速度也将得到大大提高。
无线传感模块属于无线技术中较为底层的一个分支,由于越来越多的应用方案开始采用无线节点进行数据采集和通信。
综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等的无线传感网络,是当前的热点研究领域。
而无线传感网络节点的稳定运行是整个网络可靠性的重要保障,因此无线传感模块的设计,传感技术、传感网络已经被认定为最重要的研究之一。
当前国内外出现了多种无线传感器网络节点的硬件平台。
典型的节点包括Mica 系列、Telos 、IRIS 和Imote2 等。
各平台的主要区别是采用了不同的处理器和无线通信模块。
有些节点具有高性能但功耗较大,如Imote2 节点,不适用于能量受限的应用环境。
其他一些节点,如Telos 、Mica 等,由于设计时间较早,其性能已经落后于当今的集成电路工业设计水平[4]。
因为无线传感器网络节点一般采用电池供电,工作环境通常比较恶劣,而且数量大,更换非常困难,所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一。
IT P(美国再生能源办公室工业技术计划)在2002年发布的报告“21世纪工业无线技术”第一页中引用了总统科技顾问的断言:无线传感器可将能源利用率提高10%,将能源损耗减少25%[5]。
后来的研究,如Intel ( r) Mote 的研究项目则注重了三个方面的要求,包括低功耗操作、系统级集成和硬件的重新配置,希望做到平衡功耗与性能的矛盾,但目标的实现还需要一定的努力。
M IT 发展的模块化平台对于具体的传感器有不同的硬件设计,他们的传感器的主要功能是数据收集,采用垂直连接器来使不同的处理层整合到一起,其目的是为了设计一个通用的系统来取代单一的硬件系统[7]。
随着电子技术、计算机技术以及集成技术的不断发展,传感技术也会得到不断的发展和完善。
并且会有更多的结构新、功能强、耗能低的传感器用运于各种实际的无线网络当中,以高的精确度和良好的稳定性服务于更加广泛的领域。
4.2 发展趋势
正是由于低功耗无线传感节点在如此广范围内的应用,使得它受到了来自军事、工业和商业以及学术专家的极大关注。
其发展方向必然是无线通信的网络化,
即通过自组网的方式形成动态、自适应的无线传感网络。
而无线传感网络( WSN) 是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。
它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等。
我国迫切需要提升对此的认识程度,并尽快推动其发展。
因此,以无线传感模块为基础,实现传感网络的无线互联将是一个必然的趋势。
另外由于无线传感器网络节点的稳定运行是整个网络可靠性的重要保障。
在不同的应用中,传感器网络节点的组成不尽相同。
已有的节点,有的只考虑低功耗而性能不高,有的性能高但是功耗太大。
因此,无线传感模块的发展必然是趋向与低功耗的。
即在保证所需要实现功能的基础上,尽量的实现整个模块的低功耗,甚至在不影响整体性能的情况下适当减少部分功能来实现降低功耗的目的。
除开以上所讲两种发展趋势之外,无线传感模块的应用和发展还具有极大的发展空间和良好的发展方向。
当前对无线传感模块的应用都是静止性的,就目前存在的无线传感网络(WSN),构成网络的各个节点都是被固定的安放在一个地方,要实现对整个环境的检测,就需要向环境中投放大量的无线传感节点。
这样一来成本就会非常的高。
若实现无线传感模块对信息的移动式采集,则在同一个环境内投放更少的节点,就能实现对环境的全面检测。
正是由于当前能耗对无线传感模块的影响,低功耗研究才上升为一个热点领域,不论是使用电源或者电池供电,在实现低功耗后,无线传感模块的发展趋势必然是自生能源式的。
利用太阳能、振动能量、地热、风能等实现无线传感模块的电能供应对于全面提高无线传感模块的能力将会起到巨大的作用。
最后,基于能力存储技术的发展,电池的容量越来越大,再加上低功耗的实现,无线传感模块的适用寿命不断增加将会成为一个绝对趋势。
未来的无线传感模块必将是集稳定性与安全性、扩展性与灵活性、微型化与低成本等特点为一体的[8]。