智能传感及网络技术

1. 无线传感器网络可能采用哪些无线通信方式

基于XL.SN智能传感网络的无线传感器数据采集传输系统，可以实现对温度，压力，气体，温湿度，液位，流量，光照，降雨量，振动，转速等数据参数的实时采集，无线传输，无线监控与预警。在实际应用中，无线传感器数据采集传输系统常见的包括深圳信立科技农业物联网智能大棚环境监控系统，智慧养殖环境监控系统，智慧管网管沟监控系统，仓储馆藏环境监控系统，机房实验室环境监控系统，危险品仓库环境监控系统，大气环境监控系统，智能制造运行过程监控系统，能源管理系统，电力监控系统等。
无线传感器数据采集传输系统，比较常用的的无线数据传输组网技术包括433MHZ，Zigbee（2.4G），运营商网络(GPRS)等三种方式，其中433MHZ，Zigbee（2.4G）属于近距离无线通讯技术，并且都使用ISM免执照频段。运营商网络(GPRS)属于远距离无线通讯技术，按数据流量收费。
1、基于Zigbee（2.4G）的智能传感网络
ZigBee的特点是低功耗、高可靠性、强抗干扰性，布网容易，通过无线中继器可以非常方便地将网络覆盖范围扩展至数十倍，因此从小空间到大空间、从简单空间环境到复杂空间环境的场合都可以使用。但相比于WiFi技术，Zigbee是定位于低传输速率的应用，因此Zigbee显然不适合于高速上网、大文件下载等场合。对于餐饮行业的无线点餐应用，由于其数据传输量一般来说都不是很大，因此Zigbee技术是非常适合该应用的。

2、基于433MHz的智能传感网络
433MHz技术使用433MHz无线频段，因此相比于WiFi和Zigbee，433MHz的显著优势是无线信号的穿透性强、能够传播得更远。但其缺点也是很明显的，就是其数据传输速率只有9600bps，远远小于WiFi和Zigbee的数据速率，因此433Mhz技术一般只适用于数据传输量较少的应用场合。从通讯可靠性的角度来讲，433Mhz技术和WiFi一样，只支持星型网络的拓扑结构，通过多基站的方式实现网络覆盖空间的扩展，因此其无线通讯的可靠性和稳定性也逊于Zigbee技术。另外，不同于Zigbee和WiFi技术中所采用的加密功能，433Mhz网络中一般采用数据透明传输协议，因此其网络安全可靠性也是较差的。

3、基于运营商的智能传感网络
GPRS无线传输设备主要针对工业级应用，是一款内嵌GSM/GPRS核心单元的无线Modem，采用GSM/GPRS网络为传输媒介，是一款基于移动GSM短消息平台和GPRS数据业务的工业级通讯终端。它利用GSM 移动通信网络的短信息和GPRS业务为用户搭建了一个超远距离的数据传输平台。
标准工业规格设计，提供RS232标准接口，直接与用户设备连接，实现中英文短信功能，彩信功能，GPRS数据传输功能。具有完备的电源管理系统，标准的串行数据接口。外观小巧，软件接口简单易用。可广泛应用于工业短信收发、GPRS实时数据传输等诸多工业与民用领域。

2. 智能传感器的定义

智能传感器系统是一门现代综合技术，是当今世界正在迅速发展的高新技术，至今还没有形成规范化的定义。早期，人们简单、 机械地强调在工艺上将传感器与微处理器两者紧密结合， 认为“传感器的敏感元件及其信号调理电路与微处理器集成在一块芯片上就是智能传感器”。
关于智能传感器的中、英文称谓，尚未有统一的说法。John Brignell和Nell White认为“Intelligent Sensor”是英国人对智能传感器的称谓， 而“Smart Sensor” 是美国人对智能传感器的俗称。 而Johan H.Huijsing在“Integrated Smart Sensor”一文中按集成化程度的不同，分别称为“Smart Sensor”、 “Integrated Smart Sensor”。 对“Smart Sensor”的中文译名有译为“灵巧传感器”的， 也有译为“智能传感器”的。
《智能传感器系统》书上的定义： “传感器与微处理器赋予智能的结合，兼有信息检测与信息处理功能的传感器就是智能传感器(系统)”；模糊传感器也是一种智能传感器(系统)，将传感器与微处理器集成在一块芯片上是构成智能传感器(系统)的一种方式。（《智能传感器系统》，刘君华，西安电子科技大学出版社）
《现代新型传感器原理与应用》书上的定义：所渭智能式传感器就是一种带行微处理机的，兼有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维与判断功能的传感器。（ 《现代新型传感器原理与应用》 ，刘迎春，叶湘滨等，国防工业出版社，2000.5）

3. 传感器网络的作用

传感器网络主要包括三个方面：感应、通讯、计算（硬件、软件、算法）。其中的关键技术主要有无线数据库技术，比如使用在无线传感器网络的查询，和用于和其它传感器通讯的网络技术，特别是多次跳跃路由协议。例如摩托罗拉使用在家庭控制系统中的ZigBee无线协议。
传感器网络与传感器
传感器网络与传感器是什么关系呢？它究竟是一种传感器呢还是一种网络呢？在回答这个问题之前，我们先来看一下传感器网络中传感节点的系统组成吧。如图1所示，一般可以将传感节点分解为传感模块、微处理器最小系统、无线通信模块、电源模块和增强功能模块5个组成部分，其中增强功能模块为可选配置。

图1 传感器网络中传感节点的系统组成
可以把传感模块和电源模块看作传统的传感器，如果再加上微处理器最小系统就可对应于智能传感器，而无线通信模块是为了实现无线通信功能而比传统传感器新增加的功能模块。增强功能模块是可选配置，例如时间同步系统、卫星定位系统、用于移动的机械系统等。
从传感节点的系统组成上看，传感器网络可以看作是多个增加了无线通信模块的智能传感器组成的自组织网络。而从功能上看，传感器和传感器网络大致相同，都是用来感知监测环境信息的，不过显然传感器网络具备更高的可靠性。
传感器网络的发展
传感器网络是怎样发展起来的呢？
最早的传感器网络可以追溯到上世纪70年代美军在越战中使用的“热带树”传感器。为了遏制北越在胡志明小道的后勤补给，美军在这条小道上沿途投放了上万个“热带树”传感器，这是一种振动和声响传感器，当北越车队经过时传感器探测到振动和声响即向指挥中心发送感知信号，美军收到信号后即组织轰炸，有资料显示越战期间美军依靠“热带树”的帮助总共炸坏了4万多辆北越运输卡车。
“热带树”传感器之间没有通信能力，所以实际上还称不上网络的概念。20世纪80年代以来，美国军方陆续与高校开展传感器网络方面的研究合作，旨在建立能够用于军事用途的自组织的无线传感器网络，这期间在硬件、软件、标准化和产品化等方面取得了一系列的重大进展。
2000年，美国加州大学伯克利分校发布了传感器节点专用操作系统TinyOS，后续又推出专用程序设计语言nesC。2001年，伯克利分校又推出Mica系列传感器节点产品。TinyOS和Mica取得了巨大的成功，直到今天它们仍然得到了广泛的应用。
2001年，ZigBee联盟成立，并对无线传感器网络的通信协议进行了全面的标准化，后续多家公司发布了多款符合ZigBee协议标准的芯片和产品。
传感器网络未来的发展趋势
传感器网络未来的发展趋势又如何呢？
传感器网络技术诞生至今也不过几十年的时间，最近更是得到了美国之外欧洲、中国和日韩等国的重视和关注，目前其发展前沿也在不断延伸。总体说来，大致可以将其发展趋势划分为两大类：其一是设计用于完成特殊任务的无线传感器网络，例如无线多媒体传感器网络和无线传感执行网络。其二是设计用于特殊应用环境下工作的无线传感器网络，例如水下环境和地下环境。
无线多媒体传感器网络（WMSN, Wireless Multimedia Sensor Network）在传感器节点上借助多媒体传感单元将音频、视频、图像等多媒体信息传送到管理节点，能够实现对复杂多变环境的监测。
无线传感执行网络（WSAN, Wireless Sensor and Actor Network）在WSN的基础上加入了执行节点（Actor），执行节点根据收集到的监测信息做出决策并执行相关操作，从而在对环境监测的基础上进一步实现对环境的控制。
水声无线传感器网络（UW-ASN, Underwater Acoustic Sensor Network）采用水声无线通信技术实现水下传感器节点之间的通信连接，能够完成海洋采样、环境监测、水下开采、辅助航行等任务。