感測網

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感測網(Sensor Networks)

目錄

什麼是感測網

  感測網是感測器網路的簡稱,感測器網路是集電腦通信、網路、智能計算、感測器、嵌入式系統、微電子等多個領域交叉綜合的新興學科,它將大量的多種類感測器節點(集感測、採集、處理、收發於一體)組成自治的網路,實現對物理世界的動態智能協同感知。感測網的網路結構可以分為感知域、網路域和應用域三個域,其中感知域主要實現感測網信息採集和處理,目前採用的主要技術有RFID、Zigbee、Bluetooth等;網路域主要實現感測網信息的承載和傳輸;應用域主要實現信息的表示和應用。隨著感測器種類的豐富和功能性能的完善,承載網路的豐富、融合和演進,以及應用領域的拓展和普及,三個域的內涵將會不斷延展和豐富,彼此的關係也將更加緊密。

感測網的特點

  無線感測器網路可以看成是由數據獲取網路、數據分佈網路和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分是集成有感測器、數據處理單元和通信模塊的節點,各節點通過協議自組成一個分散式網路,再將採集來的數據通過優化後經無線電波傳輸給信息處理中心。

  因為節點的數量巨大,而且還處在隨時變化的環境中,這就使它有著不同於普通感測器網路的獨特“個性”。

  首先是無中心和自組網特性。在無線感測器網路 中,所有節點的地位都是平等的,沒有預先指定的中心,各節點通過分散式演算法來相互協調,在無人值守的情況下,節點就能自動組織起一個測量網路。而正因為沒有中心,網路便不會因為單個節點的脫離而受到損害。

  其次是網路拓撲的動態變化性。網路中的節點是處於不斷變化的環境中,它的狀態也在相應地發生變化,加之無線通信通道的不穩定性,網路拓撲因此也在不斷地調整變化,而這種變化方式是無人能準確預測出來的。

  第三是傳輸能力的有限性。無線感測器網路通過無線電波進行數據傳輸,雖然省去了佈線的煩惱,但是相對於有線網路,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。不過因為單個節點傳輸的數據量並不算大,這個缺點還是能忍受的。

  第四是能量的限制。為了測量真實世界的具體值,各個節點會密集地分佈於待測區域內,人工補充能量的方法已經不再適用。每個節點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。無線通道、有限的能量,分散式控制都使得無線感測器網路更容易受到攻擊。被動竊聽、主動入侵、拒絕服務則是這些攻擊的常見方式。因此,安全性在網路的設計中至關重要。

感測網的功能

  藉助於節點中內置的感測器測量周邊環境中的熱、紅外、聲納、雷達和地震波信號,從而探測包括溫度、濕度、雜訊、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等物質現象。

  以互聯網為代表的電腦網路技術是二十世紀電腦科學的一項偉大成果,它給我們的生活帶來了深刻的變化,然而在,網路功能再強大,網路世界再豐富,也終究是虛擬的,它與我們所生活的現實世界還是相隔的,在網路世界中,很難感知現實世界,很多事情還是不可能的,時代呼喚著新的網路技術。感測網路正是在這樣的背景下應運而生的全新網路技術,它綜合了感測器、低功耗、通訊以及微機電等等技術,可以預見,在不久的將來,感測網路將給我們的生活方式帶來革命性的變化。

發展感測網的重大意義

  1.有利於促進中國從“信息大國”向“信息強國”轉變

  從1G3G時代,中國通信經歷了從遠遠落後到高速發展迎頭趕上,再到目前“通信大國”的局面,與此同時,中國也從“信息弱國”發展成為了“信息大國。目前,中國在信息系統部署範圍、信息化普及程度、信息資源綜合利用程度、信息資源服務水平、知識產權的控制力和話語權等方面仍落後於世界發達國家,與“信息強國”還存在著一定的差距。感測網產業的快速發展,將能夠加快我國新一代信息系統基礎建設部署步伐,提升社會和企業信息化層次和水平,提高信息資源利用效率和信息資源服務效度,增強中國在信息領域知識產權的貢獻度、競爭力、控制力和影響力,從而推動中國從“信息大國”向“信息強國”轉變。

  2.有利於刺激經濟內需發展,促進國民經濟增長

  首先,隨著國家“智能中國”戰略的不斷深入貫徹和落實,相關部委、政府將會通過以項目或園區建設為依托增加資金投入,與感測網產業相關的大小園區的陸續興建,以及相關配套產業的發展都將成為拉動地方經濟的一股力量,江蘇產業園區的興建就是感測網產業園區興建的一個重要里程碑。第二,感測網產業鏈上眾多企業將會在國家政策的引導下,不斷加大相關投資,從而在產業內部形成經濟發展活力,中國運營商近期不斷加大對M2M的投資力度就是感測網產業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”、“智能農業”都對感測網存在著眾多需求,具體到行業可以看出,感測網所服務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,也包括了直接影響著人們日常生活的醫療、家居行業,因此,感測網在滿足各行業需求向前不斷發展的同時,勢必會牽動這些行業需求的不斷釋放,正如有關專家評估,感測網這一技術的發展將會撬動一個上萬億元規模的高科技市場。綜上所述,大力感測網產業的發展,將會為中國經濟內需發展、國民經濟增長註入強勁的推動力。

  3.有利於推動3G、互聯網、手機RFID和感測器等相關產業發展

  目前業界已經達成共識,感測網是繼電腦互聯網移動通信網之後的又一次信息產業浪潮。隨著感測器、軟體、網路等關鍵技術迅猛發展,感測網產業規模的快速增長,應用領域的廣泛拓展,信息產業發展的新機遇也會不斷呈現。從目前感測網應用的現狀和發展態勢來分析,3G產業、互聯網產業、手機產業、RFID產業和感測器產業都與感測網的發展密切相關,感測網的發展將會有力推動以3G產業、互聯網產業、終端產業、RFID產業、感測器產業為先導的相關產業的發展,這是因為:第一,要想使感測網能夠為客戶、尤其是企業客戶所廣泛使用,就要通過一個“媒介”來實現的廣域範圍互聯,因此在網路部署方面,它就要依托當前的以3G網路為核心的通信網路、遍及全國四通八達的互聯網以及一定數量和範圍的駐地網,將其作為傳輸“媒介”,並與其融合。而感測網要實現與這些網路的融合,使這些網路能夠讓其暢通無阻的傳輸信息,就要使這些網路的部署範圍變得更廣,對帶寬業務支持與承載能力變得更強,運營模式變得更加完善,這些勢必會推動3G產業、互聯網產業等網路產業的發展。第二,一方面,只有讓用戶持有的終端變得更強,才能使得人對物的控制能力的增強;另一方面,只有讓所有的“物”都在RFID和感測器的作用下具有智能,才能使得他們加入感測網,因此感測網的發展勢必會推動終端產業、RFID產業、感測器產業等相關產業的快速發展。

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Gaoshan2013,林巧玲,方小莉,Lin,寒曦,Mis铭,刘维燎.

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