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傳感網(wǎng)

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1.什么是傳感網(wǎng)

傳感網(wǎng)是傳感器網(wǎng)絡(luò)的簡稱,傳感器網(wǎng)絡(luò)是集計算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、智能計算、傳感器、嵌入式系統(tǒng)、微電子等多個領(lǐng)域交叉綜合的新興學(xué)科,它將大量的多種類傳感器節(jié)點(diǎn)(集傳感、采集、處理、收發(fā)于一體)組成自治的網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)對物理世界的動態(tài)智能協(xié)同感知。傳感網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分為感知域、網(wǎng)絡(luò)域和應(yīng)用域三個域,其中感知域主要實現(xiàn)傳感網(wǎng)信息采集和處理,目前采用的主要技術(shù)有RFID、Zigbee、Bluetooth等;網(wǎng)絡(luò)域主要實現(xiàn)傳感網(wǎng)信息的承載和傳輸;應(yīng)用域主要實現(xiàn)信息的表示和應(yīng)用。隨著傳感器種類的豐富和功能性能的完善,承載網(wǎng)絡(luò)的豐富、融合和演進(jìn),以及應(yīng)用領(lǐng)域的拓展和普及,三個域的內(nèi)涵將會不斷延展和豐富,彼此的關(guān)系也將更加緊密。

2.傳感網(wǎng)的特點(diǎn)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以看成是由數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分布網(wǎng)絡(luò)和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分是集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的節(jié)點(diǎn),各節(jié)點(diǎn)通過協(xié)議自組成一個分布式網(wǎng)絡(luò),再將采集來的數(shù)據(jù)通過優(yōu)化后經(jīng)無線電波傳輸給信息處理中心。

因為節(jié)點(diǎn)的數(shù)量巨大,而且還處在隨時變化的環(huán)境中,這就使它有著不同于普通傳感器網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特“個性”。

首先是無中心和自組網(wǎng)特性。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中,所有節(jié)點(diǎn)的地位都是平等的,沒有預(yù)先指定的中心,各節(jié)點(diǎn)通過分布式算法來相互協(xié)調(diào),在無人值守的情況下,節(jié)點(diǎn)就能自動組織起一個測量網(wǎng)絡(luò)。而正因為沒有中心,網(wǎng)絡(luò)便不會因為單個節(jié)點(diǎn)的脫離而受到損害。

其次是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)變化性。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)是處于不斷變化的環(huán)境中,它的狀態(tài)也在相應(yīng)地發(fā)生變化,加之無線通信信道的不穩(wěn)定性,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟虼艘苍诓粩嗟卣{(diào)整變化,而這種變化方式是無人能準(zhǔn)確預(yù)測出來的。

第三是傳輸能力的有限性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過無線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,雖然省去了布線的煩惱,但是相對于有線網(wǎng)絡(luò),低帶寬則成為它的天生缺陷。同時,信號之間還存在相互干擾,信號自身也在不斷地衰減,諸如此類。不過因為單個節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量并不算大,這個缺點(diǎn)還是能忍受的。

第四是能量的限制。為了測量真實世界的具體值,各個節(jié)點(diǎn)會密集地分布于待測區(qū)域內(nèi),人工補(bǔ)充能量的方法已經(jīng)不再適用。每個節(jié)點(diǎn)都要儲備可供長期使用的能量,或者自己從外汲取能量(太陽能)。

第五是安全性的問題。無線信道、有限的能量,分布式控制都使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)更容易受到攻擊。被動竊聽、主動入侵、拒絕服務(wù)則是這些攻擊的常見方式。因此,安全性在網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中至關(guān)重要。

3.傳感網(wǎng)的功能

借助于節(jié)點(diǎn)中內(nèi)置的傳感器測量周邊環(huán)境中的熱、紅外、聲納、雷達(dá)和地震波信號,從而探測包括溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等物質(zhì)現(xiàn)象。

互聯(lián)網(wǎng)為代表的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是二十世紀(jì)計算機(jī)科學(xué)的一項偉大成果,它給我們的生活帶來了深刻的變化,然而在,網(wǎng)絡(luò)功能再強(qiáng)大,網(wǎng)絡(luò)世界再豐富,也終究是虛擬的,它與我們所生活的現(xiàn)實世界還是相隔的,在網(wǎng)絡(luò)世界中,很難感知現(xiàn)實世界,很多事情還是不可能的,時代呼喚著新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。傳感網(wǎng)絡(luò)正是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生的全新網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它綜合了傳感器、低功耗、通訊以及微機(jī)電等等技術(shù),可以預(yù)見,在不久的將來,傳感網(wǎng)絡(luò)將給我們的生活方式帶來革命性的變化。

4.發(fā)展傳感網(wǎng)的重大意義

1.有利于促進(jìn)中國從“信息大國”向“信息強(qiáng)國”轉(zhuǎn)變

從1G到3G時代,中國通信經(jīng)歷了從遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后到高速發(fā)展迎頭趕上,再到目前“通信大國”的局面,與此同時,中國也從“信息弱國”發(fā)展成為了“信息大國。目前,中國在信息系統(tǒng)部署范圍、信息化普及程度、信息資源綜合利用程度、信息資源服務(wù)水平、知識產(chǎn)權(quán)的控制力和話語權(quán)等方面仍落后于世界發(fā)達(dá)國家,與“信息強(qiáng)國”還存在著一定的差距。傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,將能夠加快我國新一代信息系統(tǒng)基礎(chǔ)建設(shè)部署步伐,提升社會和企業(yè)信息化層次和水平,提高信息資源利用效率和信息資源服務(wù)效度,增強(qiáng)中國在信息領(lǐng)域知識產(chǎn)權(quán)的貢獻(xiàn)度、競爭力、控制力和影響力,從而推動中國從“信息大國”向“信息強(qiáng)國”轉(zhuǎn)變。

2.有利于刺激經(jīng)濟(jì)內(nèi)需發(fā)展,促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)增長

首先,隨著國家“智能中國”戰(zhàn)略的不斷深入貫徹和落實,相關(guān)部委、政府將會通過以項目或園區(qū)建設(shè)為依托增加資金投入,與傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)相關(guān)的大小園區(qū)的陸續(xù)興建,以及相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都將成為拉動地方經(jīng)濟(jì)的一股力量,江蘇產(chǎn)業(yè)園區(qū)的興建就是傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)園區(qū)興建的一個重要里程碑。第二,傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈上眾多企業(yè)將會在國家政策的引導(dǎo)下,不斷加大相關(guān)投資,從而在產(chǎn)業(yè)內(nèi)部形成經(jīng)濟(jì)發(fā)展活力,中國運(yùn)營商近期不斷加大對M2M的投資力度就是傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈活力釋放一個重要的訊號和縮影。第三,如前所述,“智能城市”、“智能工業(yè)”、“智能農(nóng)業(yè)”都對傳感網(wǎng)存在著眾多需求,具體到行業(yè)可以看出,傳感網(wǎng)所服務(wù)的對象既涵蓋了電信、電力、物流、石油等諸多影響國計民生的行業(yè),也包括了直接影響著人們?nèi)粘I畹尼t(yī)療、家居行業(yè),因此,傳感網(wǎng)在滿足各行業(yè)需求向前不斷發(fā)展的同時,勢必會牽動這些行業(yè)需求的不斷釋放,正如有關(guān)專家評估,傳感網(wǎng)這一技術(shù)的發(fā)展將會撬動一個上萬億元規(guī)模的高科技市場。綜上所述,大力傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,將會為中國經(jīng)濟(jì)內(nèi)需發(fā)展、國民經(jīng)濟(jì)增長注入強(qiáng)勁的推動力。

3.有利于推動3G、互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)、RFID和傳感器等相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

目前業(yè)界已經(jīng)達(dá)成共識,傳感網(wǎng)是繼計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。隨著傳感器、軟件、網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵技術(shù)迅猛發(fā)展,傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的快速增長,應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛拓展,信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新機(jī)遇也會不斷呈現(xiàn)。從目前傳感網(wǎng)應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢來分析,3G產(chǎn)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)、手機(jī)產(chǎn)業(yè)、RFID產(chǎn)業(yè)和傳感器產(chǎn)業(yè)都與傳感網(wǎng)的發(fā)展密切相關(guān),傳感網(wǎng)的發(fā)展將會有力推動以3G產(chǎn)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)、終端產(chǎn)業(yè)、RFID產(chǎn)業(yè)、傳感器產(chǎn)業(yè)為先導(dǎo)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,這是因為:第一,要想使傳感網(wǎng)能夠為客戶、尤其是企業(yè)客戶所廣泛使用,就要通過一個“媒介”來實現(xiàn)的廣域范圍互聯(lián),因此在網(wǎng)絡(luò)部署方面,它就要依托當(dāng)前的以3G網(wǎng)絡(luò)為核心的通信網(wǎng)絡(luò)、遍及全國四通八達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)以及一定數(shù)量和范圍的駐地網(wǎng),將其作為傳輸“媒介”,并與其融合。而傳感網(wǎng)要實現(xiàn)與這些網(wǎng)絡(luò)的融合,使這些網(wǎng)絡(luò)能夠讓其暢通無阻的傳輸信息,就要使這些網(wǎng)絡(luò)的部署范圍變得更廣,對帶寬和業(yè)務(wù)支持與承載能力變得更強(qiáng),運(yùn)營模式變得更加完善,這些勢必會推動3G產(chǎn)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)等網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。第二,一方面,只有讓用戶持有的終端變得更強(qiáng),才能使得人對物的控制能力的增強(qiáng);另一方面,只有讓所有的“物”都在RFID和傳感器的作用下具有智能,才能使得他們加入傳感網(wǎng),因此傳感網(wǎng)的發(fā)展勢必會推動終端產(chǎn)業(yè)、RFID產(chǎn)業(yè)、傳感器產(chǎn)業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

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