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技術(shù)頻道

無線傳感器技術(shù)前瞻

不久以后的將來,您將會(huì)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(gè)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(jì)算機(jī)構(gòu)成。這些微型計(jì)算機(jī)通常指帶有無線鏈路的微型獨(dú)立節(jié)能型計(jì)算機(jī)。無線鏈路使得各個(gè)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(huì)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(gè)新建居住綜合樓現(xiàn)場,其中一個(gè)租用的拖拉機(jī)發(fā)生了調(diào)協(xié)問題,導(dǎo)致引擎振動(dòng)失常。不規(guī)律振動(dòng)表明引擎出現(xiàn)了故障,最終會(huì)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(huì)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(huì)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(jì)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(tái)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(shí)隨著其價(jià)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(gè)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(dòng)機(jī)什么時(shí)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(dòng)式計(jì)算”奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),通過數(shù)百個(gè)小型計(jì)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(dòng)式計(jì)算世界里,計(jì)算機(jī)將能夠預(yù)測出您的需要,甚至有時(shí)會(huì)代表您執(zhí)行某些職能。”

金門大橋、危險(xiǎn)地域和農(nóng)業(yè)

在舊金山,200個(gè)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(dòng)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(dòng)距離時(shí),它將把該信息通過微型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳遞出去。信息最后到達(dá)一臺(tái)更強(qiáng)大的計(jì)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(duì)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(shí)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(dòng)以及其他物理?xiàng)l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(huì)發(fā)出“正常”聲音一樣,只要重型設(shè)備處于正常操作狀態(tài),就會(huì)出現(xiàn)信號(hào)振動(dòng)。目前,英特爾正在對(duì)工廠中的一個(gè)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(tái)機(jī)器上的210個(gè)傳感器組成。每個(gè)英特爾半導(dǎo)體裝配工廠中大約有3000臺(tái)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(shí)由于可以提前發(fā)現(xiàn)問題,因此將能夠縮短停機(jī)時(shí)間,提高效率,并延長設(shè)備的使用時(shí)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(xiàng)研究標(biāo)明,這些計(jì)算機(jī)甚至可以用于醫(yī)療研究。科學(xué)家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個(gè)“智能醫(yī)療之家”,即一個(gè)5間房的公寓住宅,在這里利用人類研究項(xiàng)目來測試概念和原型產(chǎn)品。“智能醫(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(shí)的活動(dòng)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(xiǎn)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(shí)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(gè)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(gè)無線葡萄園。微塵被分布在葡萄園的每個(gè)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(jì)劃在家畜(如狗)上使用微塵,以便可以在巡邏時(shí)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(jià)格將會(huì)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(chǔ)以及一個(gè)內(nèi)部模數(shù)變轉(zhuǎn)換器,均集成于一個(gè)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(gè)50美元。隨著對(duì)微塵需求的不斷增加,以及處理器成本的降低,這一價(jià)格將會(huì)大幅降低。

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

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