無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)——放飛你的測(cè)量應(yīng)用

　　自人類踏入信息時(shí)代，自然界的信息通過(guò)傳感器源源而來(lái)。而隨著技術(shù)的發(fā)展，人們已不滿足于原有單一的、獨(dú)立的傳感器系統(tǒng)。很多時(shí)候，我們需要將來(lái)自不同區(qū)域的信息聯(lián)合匯總，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況的綜合判斷。

　　在農(nóng)場(chǎng)里，我們需要了解各處作物的灌溉情況，土壤空氣質(zhì)量，以確保農(nóng)作物健康生長(zhǎng);在礦區(qū)，我們需要知道瓦斯?jié)舛?，礦工位置以及地下礦場(chǎng)溫濕度，粉塵濃度以保證工人人身安全;在大型建筑中，我們又需要了解建筑各個(gè)位置受環(huán)境濕度，風(fēng)速的影響以及自身老化程度，以及時(shí)維護(hù)建筑的結(jié)構(gòu)健康。通常，在這些情況下，用來(lái)采集數(shù)據(jù)的傳感器被放置在相距上千米的位置，并且需要在長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)月甚至幾年的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行連續(xù)數(shù)據(jù)檢測(cè)工作，工作人員無(wú)法經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)。這時(shí)，長(zhǎng)距離布線，數(shù)據(jù)的匯總，傳感器的遠(yuǎn)程配置，系統(tǒng)長(zhǎng)期供電以及信號(hào)的安全性等都是工程師需要考慮的問(wèn)題。

　　而隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network)技術(shù)的發(fā)展，這些瓶頸被一一化解。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠獨(dú)立采集，并將數(shù)據(jù)匯總。根據(jù)應(yīng)用規(guī)模的不同，節(jié)點(diǎn)的數(shù)目可以達(dá)到上萬(wàn)，監(jiān)測(cè)超過(guò)幾十平方公里范圍內(nèi)的各類信號(hào)。

　　那么，究竟什么是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)呢?

　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種由獨(dú)立分布的節(jié)點(diǎn)以及網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)。安放在不同地點(diǎn)的傳感器節(jié)點(diǎn)不斷采集著外界的物理信息，如溫度、聲音、震動(dòng)等。相互獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠?qū)崿F(xiàn)采集，數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單處理，還能接收來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并最終將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)。工程師可以從網(wǎng)關(guān)獲取數(shù)據(jù)，查看歷史數(shù)據(jù)記錄或進(jìn)行分析。通常，一個(gè)典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)包括：傳感器接口、ADC、微處理器、電源以及無(wú)線收發(fā)裝置。

　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)誕生于上世紀(jì)70年代，最早被應(yīng)用于美國(guó)軍方資助項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用逐漸轉(zhuǎn)向民用，在森林、河流的環(huán)境監(jiān)測(cè)中、在建筑環(huán)境的智能化應(yīng)用中，以及一些無(wú)法放置有線傳感器的工業(yè)環(huán)境中都已經(jīng)出現(xiàn)了它的身影。在1999年和2003年，美國(guó)商業(yè)周刊和MIT技術(shù)評(píng)論雜志相繼將其評(píng)價(jià)為21世紀(jì)最具影響力的20項(xiàng)技術(shù)以及改變世界的10大新技術(shù)。

　　作為一種針對(duì)應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的技術(shù)，在項(xiàng)目中選擇無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)必須考慮到實(shí)用性。構(gòu)建一個(gè)典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，必須要考慮以下四個(gè)重要的因素：網(wǎng)絡(luò)選擇，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，功耗以及兼容性。

　　無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的選擇

　　無(wú)線技術(shù)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最關(guān)鍵的一個(gè)部分。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用中，通常采集節(jié)點(diǎn)被放置在相距較遠(yuǎn)的位置，甚至有時(shí)處于室外的采集節(jié)點(diǎn)無(wú)法連接到電網(wǎng)，所以在挑選無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，帶寬、傳輸距離以及功耗是三個(gè)主要考慮因素。

　　在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)誕生之初，已有的無(wú)線協(xié)議很難滿足低功耗，低花費(fèi)，高容錯(cuò)性的要求。此時(shí)ZigBee技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。發(fā)展近10年來(lái)，ZigBee已被證明是最適合用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線技術(shù)：它擁有250kbps的帶寬，傳輸距離可達(dá)1km以上。并且功耗更小，采用普通AA電池就能夠支持設(shè)備在高達(dá)數(shù)年的時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作。

　　下圖列出了蜂窩網(wǎng)絡(luò)(Cellular)、藍(lán)牙、Wi-FI以及ZigBee等無(wú)線協(xié)議的性能比較，ZigBee協(xié)議以其低功耗，長(zhǎng)距離傳輸能力勝出，適合用于長(zhǎng)達(dá)數(shù)年無(wú)人值守的監(jiān)控應(yīng)用。

　　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/strong>