無線傳感器技術(shù)前瞻

不久以后的將來，您將會了解到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于從農(nóng)場到工廠的每個角落。那么什么是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)呢？無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由稱為“微塵（mote）”的微型計算機(jī)構(gòu)成。這些微型計算機(jī)通常指帶有無線鏈路的微型獨(dú)立節(jié)能型計算機(jī)。無線鏈路使得各個微塵可以通過自我重組形成網(wǎng)絡(luò)，彼此通信，并交換有關(guān)現(xiàn)實(shí)世界的信息。 

　　無線傳感器技術(shù)剛剛開始為眾多企業(yè)所采用，而這些企業(yè)在過去根本不會設(shè)想使用無線網(wǎng)絡(luò)。想想那些提供重型機(jī)械和施工設(shè)備租賃的公司：它們現(xiàn)在可以在施工現(xiàn)場使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視并管理公司的拖拉機(jī)。例如，在一個新建居住綜合樓現(xiàn)場，其中一個租用的拖拉機(jī)發(fā)生了調(diào)協(xié)問題，導(dǎo)致引擎振動失常。不規(guī)律振動表明引擎出現(xiàn)了故障，最終會導(dǎo)致工作無法正常進(jìn)行。通過采用公司部署在現(xiàn)場的無線傳感器技術(shù)，傳感器能夠提前檢測出不規(guī)則問題，并通過電子郵件告知給公司技術(shù)人員。不久，技術(shù)人員就會到達(dá)現(xiàn)場，在問題惡化之前加以修復(fù)，甚至客戶都不會發(fā)現(xiàn)需要進(jìn)行調(diào)整。 

　　據(jù)了解，目前微塵技術(shù)的研究工作是在英特爾與加利福尼亞州大學(xué)伯克利分校聯(lián)合主導(dǎo)下進(jìn)行。它們成功創(chuàng)建了全功能傳感器。這些傳感器雖然只有瓶蓋大小，但卻可以執(zhí)行計算、檢測與通信等功能。您可以想象一下這種小型傳感器的巨大潛力。它們可以被置于涂料中，用于檢測地震后建筑物結(jié)構(gòu)的完整性！ 

　　傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作方式 

　　這些傳感器相互連接的方式類似于無線筆記本電腦、臺式機(jī)和PDA與互聯(lián)網(wǎng)連接的方式。它們只需極少功率，同時隨著其價格在未來幾年的不斷降低，相關(guān)應(yīng)用將可以得到進(jìn)一步推廣。它們?nèi)缤N子一樣遍布每個角落，彼此互通，可在環(huán)境監(jiān)視和信息收集過程中發(fā)揮重要作用。傳感器網(wǎng)絡(luò)可以告訴您發(fā)動機(jī)什么時候需要維護(hù)，監(jiān)視建筑物或森林以預(yù)防火災(zāi)，或警告使用微塵地區(qū)的水壩是否出現(xiàn)坍塌跡象。 


　　這些傳感器為實(shí)現(xiàn)“主動式計算”奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)，通過數(shù)百個小型計算機(jī)共同協(xié)作來預(yù)測人類的切實(shí)需要。英特爾研究總監(jiān)David Tennenhouse表示：“現(xiàn)在，要么電腦等待我們，要么我們等待電腦，在主動式計算世界里，計算機(jī)將能夠預(yù)測出您的需要，甚至有時會代表您執(zhí)行某些職能?！?nbsp;

金門大橋、危險地域和農(nóng)業(yè) 

　　在舊金山，200個聯(lián)網(wǎng)微塵已被部署在金門大橋。這些微塵用于確定大橋從一邊到另一邊的擺動距離—可以精確到在強(qiáng)風(fēng)中為幾英尺。當(dāng)微塵檢測出移動距離時，它將把該信息通過微型計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳遞出去。信息最后到達(dá)一臺更強(qiáng)大的計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。任何與當(dāng)前天氣情況不吻合的異常讀數(shù)都可能預(yù)示著大橋存在隱患。系統(tǒng)將根據(jù)這一信息通知工程師對其進(jìn)行修繕，以確保橋梁在遭受地震或其它自然災(zāi)害時仍保持完好無損。 

　　微塵可用于確定光、溫度、濕度、加速度、磁力、運(yùn)動以及其他物理條件。微塵在工業(yè)生產(chǎn)與制造中有著多種不同應(yīng)用。就像只要汽車引擎調(diào)整得當(dāng)就會發(fā)出“正?！甭曇粢粯樱灰匦驮O(shè)備處于正常操作狀態(tài)，就會出現(xiàn)信號振動。目前，英特爾正在對工廠中的一個無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試。該網(wǎng)絡(luò)由安裝于工廠中40臺機(jī)器上的210個傳感器組成。每個英特爾半導(dǎo)體裝配工廠中大約有3000臺機(jī)器，而這種微塵監(jiān)控系統(tǒng)將可以讓工廠受益匪淺。這一概念幾乎可以應(yīng)用于任意組裝線或引擎。它可以大幅降低檢查設(shè)備的成本，同時由于可以提前發(fā)現(xiàn)問題，因此將能夠縮短停機(jī)時間，提高效率，并延長設(shè)備的使用時間。 

　　傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用不僅限于機(jī)械領(lǐng)域。羅徹斯特大學(xué)的一項研究標(biāo)明，這些計算機(jī)甚至可以用于醫(yī)療研究?？茖W(xué)家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個“智能醫(yī)療之家”，即一個5間房的公寓住宅，在這里利用人類研究項目來測試概念和原型產(chǎn)品?！爸悄茚t(yī)療之家”使用微塵來測量居住者的重要征兆（血壓、脈搏和呼吸）、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。所搜集的數(shù)據(jù)將被用于開展以后的醫(yī)療研究。 

　　此外，傳感器網(wǎng)絡(luò)還被應(yīng)用于危險工作環(huán)境。當(dāng)前在石油鉆井、核電廠和組裝線工作的員工將可以得到隨時監(jiān)控。這些微塵可以告訴您工作現(xiàn)場有哪些員工、他們在做什么，以及他們的安全保障等重要信息。 

　　農(nóng)業(yè)是微塵使用的另一個重要領(lǐng)域。為了研究這種可能性，英特爾率先在俄勒岡州建立了第一個無線葡萄園。微塵被分布在葡萄園的每個角落，每隔一分鐘檢測一次土壤溫度，以確保葡萄可以健康生長，進(jìn)而獲得大豐收。不久以后，研究人員將實(shí)施一種系統(tǒng)，用于監(jiān)視每一微塵區(qū)域的濕度，或該地區(qū)有害物的數(shù)量。 他們甚至計劃在家畜（如狗）上使用微塵，以便可以在巡邏時搜集必要信息。這些信息將有助于開展有效的灌溉和噴灑農(nóng)藥，進(jìn)而降低成本和確保農(nóng)場獲得高收益。 

　　商業(yè)化前景 

　　盡管該技術(shù)目前仍處于初步應(yīng)用階段，但在未來5年內(nèi)微塵的價格將會逐步下降，并將得到廣泛應(yīng)用。Crossbow Technologies是首家提供商用微塵的公司。他們的最新一代設(shè)備具備微處理器、內(nèi)存、存儲以及一個內(nèi)部模數(shù)變轉(zhuǎn)換器，均集成于一個只有原設(shè)備四分之一大小的設(shè)備中。這些微塵可用于探測加速度、磁力、光、溫度、以及其他因素， 目前成本大約為每個50美元。隨著對微塵需求的不斷增加，以及處理器成本的降低，這一價格將會大幅降低。 

　　顯然，這些微型計算機(jī)將可以應(yīng)用于我們可以想象到的所有領(lǐng)域?？梢灶A(yù)見的是，它們可能在未來幾年內(nèi)遍及整個亞洲。