物联网与泛在智能

之一。

本讲座针对物联网的3个重要组成部分——基于传感器网络的多元信息采集、基于泛在网络融合的信息传送，以及面向信息利用的新兴服务技术与业务为线索展开。本期重点介绍传感器网络相关内容。

1.2 传感网发展背景

20世纪中期以来，计算技术和网络技术的结合催生了许多新的应用模式和技术手段，但这二者的结合仍然基本属于传统的“人与人”或者“人与机”交互的范畴。直到20世纪90年代，随着通信技术、嵌入式计算技术，以及微电子技术的飞速发展，尤其是与摩尔定律相印证，各类电子产品的制造成本持续地降低到人们可以接受的时候，一种同时拥有感知、计算和通信能力，并且能适用于各类不同环境的微型智能传感器开始在世界范围内出现。而这些微小传感器节点的网络化将全面改变人们信息获取方式，这就是无线传感器网络技术(WSN)。 无线传感器网络是一种新兴的、极具发展潜力的网络技术，这种网络可以将大量简单的节点大冗余地随机部署在人迹罕至的恶劣环境中，节点之间通过自组织的组网，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种复杂环境或监测对象的信息，并对这些信息进行网内处理，从而获得详尽而准确的信息并传送给感兴趣的观测者。作为沟通客观物理世界和主观感知世界的载体与桥梁，无线传感器网络将是一种全新的信息获取和处理技术，是信息感知和采集的一场革命。

无线传感器网络的研究始于美国，最早是由美国国防部高级研究计划局(DARPA)为军事应用而发起的。无线传感器网络目前已经是美国网络通信和信息处理领域的热点研究之一，并且正步入一个高速发展的上升时期。此外，欧盟也在2007年的IST第七框架中将无线传感器网络列为网络化嵌入式控制系统的重要研究目标之一；韩国IT839计划也将“无处不在的传感器网络”列为三大尖端基础设施建设内容；日本的e-JAPAN和U-JAPAN战略也将传感器网络列为在2010年需要实现的下一代信息和通信技术(ICT)社会的远景目标之一。

2 传感网关键技术及发展现状

2.1 节点技术

节点技术是无线传感器网络研究与应用的基础，所有与无线传感器网络相关的协议、机制、算法等都需要在节点上得以实现才具有实际意义。因此，节点的设计和实现，是影响整个网络系统的功能、性能以及投入成本的最主要因素。

目前无线传感器网络大都采用通用嵌入式平台作为网络节点，例如Crossbow的Mica系列以及Telos系列节点。它们的特点是采用通用的CPU来外接传感器、射频芯片等外设以此构成传感器节点，并以软件开发为主要开发手段。由于有TinyOS等操作系统的支持，使得围绕此类节点的研发相对容易。但是由于节点上的硬件已经固定，使得研发的灵活性有限，并不能在物理设计上进行改进来减少节点的体积、成本和功耗。并且由于节点的处理能力有限，很难进行复杂程序的开发。

无线传感器网络的应用需求虽然多种多样，但大都要求网络节点具备低功耗、低成本、小体积、布设方便、工作可靠等关键性能。采用片上系统集成技术的节点通过高度集成化及在物理设计上进行改进以减小体积、成本和功耗，并设计无线传感器网络专用的体系结构以提高