低成本的无线传感器网络时代即将到来

   日期:2007-05-31     来源:电子系统设计    评论:0    

    随着节点成本、功耗和体积问题的解决,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks)正将其强大的计算能力和无线通信能力带入各种实际的应用场合。在工厂环境中,无线传感器可以免去车间内的长电缆,并实现以往不可及地点的信号检测,时刻监测工厂环境各种参数的变化或者跟踪加工过程和库存情况;在医疗领域中,它可以用于诊断成像、药物投放和患者监护;它同样能在交通监控、环境监测、建筑自动化等领域大派用场。

    无线传感器网络的通过网络中不同的传感器采集数据,各个不同的节点组成了灵活的Mesh网络,通过无线方式发射、接收信号,网络所有的节点都可以被用作路由器,即便中间有一个或者数个节点失效,只要在传输距离内便可以通过其它的路径传输数据。

    近日,惠普公司为其在美国的一座办公大楼的会议室配置了无线传感器网络,其传感器节点能够自动采集会议室的使用状况,并将其发送至会议管理系统统一监测、协调公司各个会议室的使用状况。惠普公司会议室配置的正是由克尔斯博科技公司(Crossbow)无线传感器网络产品。

    Crossbow一直深耕无线传感器网络和智能尘埃(Mote),同时也是业界最大的无线传感器网络产品供应商。作为这一领域的领先厂商,Crossbow近日又推出了高性能低成本的WSN新产品以进一步推动无线传感器网络的应用。

配置在惠普公司的无线传感器节点

配置在惠普公司的无线传感器节点

    一直以来,测量多个数据并且保持低功耗和以及足够的传输距离是无线传感器网络的两大软肋,成为阻碍其进一步普及的瓶颈。Crossbow最新推出的IRIS节点能够提供低功耗和远距离传输的双重优势,并将节点成本降到了300元人民币以内。它工作在2.4 GHz、支持IEEE 802.15.4/ZigBee协议,具有更广的作用范围,传输距离较以往产品提高三倍,并且具有超低功耗,相对以往产品休眠电流减半,从来带来更长的电池寿命。Crossbow应用工程师秦飞表示,在湖面测试环境下,IRIS节点的最大传输距离可达1公里,另外由于IRIS采用提高接收灵敏度的方式实现更远的传输距离,因此它也兼顾了低功耗的需求。

    目前,IRIS已经在香港特别行政区土力工程处一个预警山体滑坡的工程项目中得到了应用。在该项目中,IRIS配合倾角传感器被分布在山体滑坡的危险区域,每隔预先设定的时长发送一次山体状况的最新数据,能够穿过山体的植被并不受恶劣天气的干扰发送信号。秦飞表示,在该实际应用中,IRIS节点只需要通过两节AA电池供电便能保证2年的正常工作。

    Crossbow应用及软件工程师冯涛表示,IRIS作为业内采用Atmel的RF230开发出的首款产品,能够支持多种不同类型的传感器,用户能通过使用自定义传感器比如光、温度、湿度、声音、加速度等不同的传感器实现对多种信号的监测。

IRIS模块仅有邮票大小

IRIS模块仅有邮票大小

    对于研究单位或者需要高精度监控的工业环境如机床状态监测,需要对数据作预先的分析处理,这就要求传感器节点同时具有强大的计算能力。Crossbox同时推出的Imote2搭载了一个强大的PXA271 Intel XScale处理器芯片,既可以设置成低电压(0.85V)、低频率(13MHz)模式,也可设置至416MHz频率的可升级处理模式。与以往无线传感器网路的硬件平台相比,Imote2提供了更多存储资源,包括256KB的SRAM、32MB的SDRAM和32MB的Flash。

    芯片上的I/O和传感器接口非常方便Imote2进行二次开发和集成,大大提高了Imote2的兼容性。Imote2所提供通用而灵活的平台可广泛的应用于图像、声学、地震和振动的信号处理。IEEE 802.15.4标准射频与2.4GHz带宽、16通道、250kb/s数据传输率兼容。内置的2.4GHz天线能够达到30m的标准接收范围。提高接收范围可通过SMA接头连接外置天线。

    与所有正在发展的新技术一样,除了成本问题外,无线传感器网络产品仍然缺乏一个统一的标准解决互操作性问题,这种情况同样成为了无线传感器网络发展的不利因素。采用伯克利加利福尼亚大学开发的TinyOS有所帮助。Crossbow的MoteWorks软硬件无线Mesh网络开发平台就采用了TinyOS,它支持基于IEEE 802.15.4/ZigBee标准的快速、灵活和开放式的设计。该开放架构能够使高智能多用途传感装置动态的和可靠的进行自我调整,以便在任何时间,任何地点来有效地获取和发送物理数据。

    无线传感器网络在智能家居中的应用也被寄予厚望,它能够实现人们关于“未来小屋”的许多设想。比如自动调节室温和灯光,在卧室内监控客厅中的情况等。尽管IRIS节点的成本已经降到300元人民币以内,但仍然无法达到价格敏感的家用市场的期待。Crossbow的秦飞表示,无线传感器网络进入家庭是一个必然的趋势,但仍需要漫长的过程。

作者:周芾
 
  
  
  
  
 
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