智能感測及網路技術

1. 無線感測器網路可能採用哪些無線通信方式

基於XL.SN智能感測網路的無線感測器數據採集傳輸系統，可以實現對溫度，壓力，氣體，溫濕度，液位，流量，光照，降雨量，振動，轉速等數據參數的實時採集，無線傳輸，無線監控與預警。在實際應用中，無線感測器數據採集傳輸系統常見的包括深圳信立科技農業物聯網智能大棚環境監控系統，智慧養殖環境監控系統，智慧管網管溝監控系統，倉儲館藏環境監控系統，機房實驗室環境監控系統，危險品倉庫環境監控系統，大氣環境監控系統，智能製造運行過程監控系統，能源管理系統，電力監控系統等。
無線感測器數據採集傳輸系統，比較常用的的無線數據傳輸組網技術包括433MHZ，Zigbee（2.4G），運營商網路(GPRS)等三種方式，其中433MHZ，Zigbee（2.4G）屬於近距離無線通訊技術，並且都使用ISM免執照頻段。運營商網路(GPRS)屬於遠距離無線通訊技術，按數據流量收費。
1、基於Zigbee（2.4G）的智能感測網路
ZigBee的特點是低功耗、高可靠性、強抗干擾性，布網容易，通過無線中繼器可以非常方便地將網路覆蓋范圍擴展至數十倍，因此從小空間到大空間、從簡單空間環境到復雜空間環境的場合都可以使用。但相比於WiFi技術，Zigbee是定位於低傳輸速率的應用，因此Zigbee顯然不適合於高速上網、大文件下載等場合。對於餐飲行業的無線點餐應用，由於其數據傳輸量一般來說都不是很大，因此Zigbee技術是非常適合該應用的。

2、基於433MHz的智能感測網路
433MHz技術使用433MHz無線頻段，因此相比於WiFi和Zigbee，433MHz的顯著優勢是無線信號的穿透性強、能夠傳播得更遠。但其缺點也是很明顯的，就是其數據傳輸速率只有9600bps，遠遠小於WiFi和Zigbee的數據速率，因此433Mhz技術一般只適用於數據傳輸量較少的應用場合。從通訊可靠性的角度來講，433Mhz技術和WiFi一樣，只支持星型網路的拓撲結構，通過多基站的方式實現網路覆蓋空間的擴展，因此其無線通訊的可靠性和穩定性也遜於Zigbee技術。另外，不同於Zigbee和WiFi技術中所採用的加密功能，433Mhz網路中一般採用數據透明傳輸協議，因此其網路安全可靠性也是較差的。

3、基於運營商的智能感測網路
GPRS無線傳輸設備主要針對工業級應用，是一款內嵌GSM/GPRS核心單元的無線Modem，採用GSM/GPRS網路為傳輸媒介，是一款基於移動GSM短消息平台和GPRS數據業務的工業級通訊終端。它利用GSM 移動通信網路的簡訊息和GPRS業務為用戶搭建了一個超遠距離的數據傳輸平台。
標准工業規格設計，提供RS232標准介面，直接與用戶設備連接，實現中英文簡訊功能，彩信功能，GPRS數據傳輸功能。具有完備的電源管理系統，標準的串列數據介面。外觀小巧，軟體介面簡單易用。可廣泛應用於工業簡訊收發、GPRS實時數據傳輸等諸多工業與民用領域。

2. 智能感測器的定義

智能感測器系統是一門現代綜合技術，是當今世界正在迅速發展的高新技術，至今還沒有形成規范化的定義。早期，人們簡單、 機械地強調在工藝上將感測器與微處理器兩者緊密結合， 認為「感測器的敏感元件及其信號調理電路與微處理器集成在一塊晶元上就是智能感測器」。
關於智能感測器的中、英文稱謂，尚未有統一的說法。John Brignell和Nell White認為「Intelligent Sensor」是英國人對智能感測器的稱謂， 而「Smart Sensor」 是美國人對智能感測器的俗稱。 而Johan H.Huijsing在「Integrated Smart Sensor」一文中按集成化程度的不同，分別稱為「Smart Sensor」、 「Integrated Smart Sensor」。 對「Smart Sensor」的中文譯名有譯為「靈巧感測器」的， 也有譯為「智能感測器」的。
《智能感測器系統》書上的定義： 「感測器與微處理器賦予智能的結合，兼有信息檢測與信息處理功能的感測器就是智能感測器(系統)」；模糊感測器也是一種智能感測器(系統)，將感測器與微處理器集成在一塊晶元上是構成智能感測器(系統)的一種方式。（《智能感測器系統》，劉君華，西安電子科技大學出版社）
《現代新型感測器原理與應用》書上的定義：所渭智能式感測器就是一種帶行微處理機的，兼有信息檢測、信息處理、信息記憶、邏輯思維與判斷功能的感測器。（ 《現代新型感測器原理與應用》 ，劉迎春，葉湘濱等，國防工業出版社，2000.5）

3. 感測器網路的作用

感測器網路主要包括三個方面：感應、通訊、計算（硬體、軟體、演算法）。其中的關鍵技術主要有無線資料庫技術，比如使用在無線感測器網路的查詢，和用於和其它感測器通訊的網路技術，特別是多次跳躍路由協議。例如摩托羅拉使用在家庭控制系統中的ZigBee無線協議。
感測器網路與感測器
感測器網路與感測器是什麼關系呢？它究竟是一種感測器呢還是一種網路呢？在回答這個問題之前，我們先來看一下感測器網路中感測節點的系統組成吧。如圖1所示，一般可以將感測節點分解為感測模塊、微處理器最小系統、無線通信模塊、電源模塊和增強功能模塊5個組成部分，其中增強功能模塊為可選配置。

圖1 感測器網路中感測節點的系統組成
可以把感測模塊和電源模塊看作傳統的感測器，如果再加上微處理器最小系統就可對應於智能感測器，而無線通信模塊是為了實現無線通信功能而比傳統感測器新增加的功能模塊。增強功能模塊是可選配置，例如時間同步系統、衛星定位系統、用於移動的機械繫統等。
從感測節點的系統組成上看，感測器網路可以看作是多個增加了無線通信模塊的智能感測器組成的自組織網路。而從功能上看，感測器和感測器網路大致相同，都是用來感知監測環境信息的，不過顯然感測器網路具備更高的可靠性。
感測器網路的發展
感測器網路是怎樣發展起來的呢？
最早的感測器網路可以追溯到上世紀70年代美軍在越戰中使用的「熱帶樹」感測器。為了遏制北越在胡志明小道的後勤補給，美軍在這條小道上沿途投放了上萬個「熱帶樹」感測器，這是一種振動和聲響感測器，當北越車隊經過時感測器探測到振動和聲響即向指揮中心發送感知信號，美軍收到信號後即組織轟炸，有資料顯示越戰期間美軍依靠「熱帶樹」的幫助總共炸壞了4萬多輛北越運輸卡車。
「熱帶樹」感測器之間沒有通信能力，所以實際上還稱不上網路的概念。20世紀80年代以來，美國軍方陸續與高校開展感測器網路方面的研究合作，旨在建立能夠用於軍事用途的自組織的無線感測器網路，這期間在硬體、軟體、標准化和產品化等方面取得了一系列的重大進展。
2000年，美國加州大學伯克利分校發布了感測器節點專用操作系統TinyOS，後續又推出專用程序設計語言nesC。2001年，伯克利分校又推出Mica系列感測器節點產品。TinyOS和Mica取得了巨大的成功，直到今天它們仍然得到了廣泛的應用。
2001年，ZigBee聯盟成立，並對無線感測器網路的通信協議進行了全面的標准化，後續多家公司發布了多款符合ZigBee協議標準的晶元和產品。
感測器網路未來的發展趨勢
感測器網路未來的發展趨勢又如何呢？
感測器網路技術誕生至今也不過幾十年的時間，最近更是得到了美國之外歐洲、中國和日韓等國的重視和關注，目前其發展前沿也在不斷延伸。總體說來，大致可以將其發展趨勢劃分為兩大類：其一是設計用於完成特殊任務的無線感測器網路，例如無線多媒體感測器網路和無線感測執行網路。其二是設計用於特殊應用環境下工作的無線感測器網路，例如水下環境和地下環境。
無線多媒體感測器網路（WMSN, Wireless Multimedia Sensor Network）在感測器節點上藉助多媒體感測單元將音頻、視頻、圖像等多媒體信息傳送到管理節點，能夠實現對復雜多變環境的監測。
無線感測執行網路（WSAN, Wireless Sensor and Actor Network）在WSN的基礎上加入了執行節點（Actor），執行節點根據收集到的監測信息做出決策並執行相關操作，從而在對環境監測的基礎上進一步實現對環境的控制。
水聲無線感測器網路（UW-ASN, Underwater Acoustic Sensor Network）採用水聲無線通信技術實現水下感測器節點之間的通信連接，能夠完成海洋采樣、環境監測、水下開采、輔助航行等任務。