第1章无线传感器网络概述.ppt

　　4．智能家居方面的应用　　传感器网络能够应用在家居中。在家电和家具中嵌入传感器节点，通过无线网络与因特网连接在一起，将会为人们提供更加舒适、方便和更具人性化的智能家居环境。利用远程监控系统可完成对家电的远程遥控，例如可以在回家之前半小时打开空调，也可以遥控电饭锅、微波炉、电冰箱、电话机、电视机、电脑等家电，使它们按照自己的意愿完成相应的煮饭、炒菜、查收电话留言、选择录制电视和电台节目以及下载网上资料到电脑中等工作，也可以通过图像传感设备随时监控家庭安全情况。利用传感器网络可以建立智能幼儿园，监测孩童的早期教育环境，跟踪孩童的活动轨迹，可以让父母和老师全面地了解学生的学习过程。 　　5．建筑物状态监控方面的应用　　建筑物状态监控(Structure Health Monitoring，SHM)是利用传感器网络来监控建筑物的安全状态的。作为CITRIS(Center of Information Technology Research in the Interest of Society)计划的一部分，美国加州大学伯克利分校的环境工程和计算机科学家们采用传感器网络，让大楼、桥梁和其他建筑物能够自身感觉并识别它们本身的状况。使得安装了传感器网络的智能建筑自动告诉管理部门它们的状态信息，并且能够自动按照优先级来进行一系列自我修复工作。未来的各种摩天大楼可能就会安装这种类似红绿灯的装置，从而建筑物可自动告诉人们当前是否安全、稳固程度如何等信息。 　　6．空间探索方面的应用　　探索外部星球一直是人类梦寐以求的理想，借助于航天器布撒的传感器网络节点实现对星球表面长时间的监测，这种方式成本很低，另外节点体积小，节点相互之间可以通信，也可以和地面站进行通信，应该是一种经济可行的方案。美国国家航空航天局(NASA)的JPL(Jet Propulsion Laboratory)实验室研制的Sensor Webs就是为将来的火星探测进行技术准备的，已在佛罗里达宇航中心周围的环境监测项目中进行了测试和完善。 　　7．商业领域方面的应用　　自组织、微型化和对外部世界的感知能力是传感器网络的三大特点，这些特点决定了传感器网络在商业领域应该也会有不少的机会。比如传感器网络可用于城市车辆监测和跟踪系统中。德国某研究机构正在利用传感器网络技术为足球裁判研制一套辅助系统，以减少足球比赛中越位和进球的误判断。此外，在灾难拯救、仓库管理、交互式博物馆、交互式玩具、工厂自动化生产等众多领域中，无线传感器网络都将会孕育出全新的设计和应用模式。 1.3.2 无线传感器网络的发展现状　　传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期。由于其巨大的应用价值，已经引起了世界许多国家军事部门、工业界和学术界的极大关注。从2000年起，国际上开始出现一些有关传感器网络研究结果的报道。但这些研究成果目前还处于起步阶段，距离实际需求还很远。美国国家自然科学基金委员会在2003年制定了传感器网络的研究计划，主要注重相关基础理论研究。美国国防部和各军事部门也对传感器网络及为重视，设立了一系列军事传感器网络研究项目。 　　英特尔、微软公司等信息工业界巨头也开始了传感器网络方面的工作。日本、德国、英国、意大利等科技发达国家也对无线传感器网络表现出了极大的兴趣，纷纷展开了该领域的研究工作。我国对无线传感器网络的研究才刚刚起步，在传感器网络方面的研究工作还不多。目前，国内一些高等院校与研究机构已积极开展无线传感器网络的相关研究工作，这些高等院校与研究机构主要有清华大学、中科院软件所、浙江大学、哈尔滨工业大学、中科院自动化所等。 　　国内外研究机构纷纷开展的无线传感器网络研究，完全归功于其广阔的应用前景和对社会生活的巨大影响。　　到目前为止，无线传感器网络的发展大致经历了两个阶段。第一阶段主要是利用MEMS技术设计小型化的节点设备。第二阶段主要集中于对网络本身问题的研究，它是目前无线传感器网络研究领域的主要方向。 1.3.3 无线传感器网络的关键技术　　无线传感器网络作为当今信息领域新的研究热点，有许多亟待解决的关键技术问题。　　1．能源管理　　由于无线传感器节点的电池容量十分有限，且在实际应用中及时补充或更换电池是不可行的，因此节约能量对于无线传感器网络尤为重要。如前所述，传感器节点的能耗主要集中在计算模块和通信模块，其中，发送状态耗能最多，休眠状态耗能最少，二者之间的差距达上千倍。通常采用节点休眠调度策略，使节点轮流工作与休眠来实现节能的目标。此外，动态功率调节、数据融合、能量高效的MAC协议与路由协议的设计、拓扑控制等也可以降低网络的能耗。 　　此外，为了在降低网络能耗的同时，保证网络数据采集与监测质量不变。要求能量管理还必须注意到：① 网络的能量管理不是一个独立的研究内容