無線感測器技術前瞻

tags:    時間:2014-03-07 21:48:52
無線感測器技術前瞻簡介
不久以後的將來,您將會了解到無線感測器網路被廣泛應用於從農場到工廠的每個角落。那麼什麼是無線感測器網路呢?無線感測器網路由稱為“微塵(mote)”的微型計算機構成。……
無線感測器技術前瞻正文

不久以後的將來,您將會了解到無線感測器網路被廣泛應用於從農場到工廠的每個角落。那麼什麼是無線感測器網路呢?無線感測器網路由稱為“微塵(mote)”的微型計算機構成。這些微型計算機通常指帶有無線鏈路的微型獨立節能型計算機。無線鏈路使得各個微塵可以通過自我重組形成網路,彼此通信,並交換有關現實世界的信息。

無線感測器技術剛剛開始為眾多企業所採用,而這些企業在過去根本不會設想使用無線網路。想想那些提供重型機械和施工設備租賃的公司:它們現在可以在施工現場使用無線感測器網路監視並管理公司的拖拉機。例如,在一個新建居住綜合樓現場,其中一個租用的拖拉機發生了調協問題,導致引擎振動失常。不規律振動表明引擎出現了故障,最終會導致工作無法正常進行。通過採用公司部署在現場的無線感測器技術,感測器能夠提前檢測出不規則問題,並通過電子郵件告知給公司技術人員。不久,技術人員就會到達現場,在問題惡化之前加以修復,甚至客戶都不會發現需要進行調整。

據了解,目前微塵技術的研究工作是在英特爾與加利福尼亞州大學伯克利分校聯合主導下進行。它們成功創建了全功能感測器。這些感測器雖然只有瓶蓋大小,但卻可以執行計算、檢測與通信等功能。您可以想象一下這種小型感測器的巨大潛力。它們可以被置於塗料中,用於檢測地震后建築物結構的完整性!

感測器網路的工作方式

這些感測器相互連接的方式類似於無線筆記本電腦、台式機和PDA與互聯網連接的方式。它們只需極少功率,同時隨著其價格在未來幾年的不斷降低,相關應用將可以得到進一步推廣。它們如同種子一樣遍布每個角落,彼此互通,可在環境監視和信息收集過程中發揮重要作用。感測器網路可以告訴您發動機什麼時候需要維護,監視建築物或森林以預防火災,或警告使用微塵地區的水壩是否出現坍塌跡象。

這些感測器為實現“主動式計算”奠定了堅實基礎,通過數百個小型計算機共同協作來預測人類的切實需要。英特爾研究總監David Tennenhouse表示:“現在,要麼電腦等待我們,要麼我們等待電腦,在主動式計算世界里,計算機將能夠預測出您的需要,甚至有時會代表您執行某些職能。”

金門大橋、危險地域和農業

在舊金山,200個聯網微塵已被部署在金門大橋。這些微塵用於確定大橋從一邊到另一邊的擺動距離—可以精確到在強風中為幾英尺。當微塵檢測出移動距離時,它將把該信息通過微型計算機網路傳遞出去。信息最後到達一台更強大的計算機進行數據分析。任何與當前天氣情況不吻合的異常讀數都可能預示著大橋存在隱患。系統將根據這一信息通知工程師對其進行修繕,以確保橋樑在遭受地震或其它自然災害時仍保持完好無損。

微塵可用於確定光、溫度、濕度、加速度、磁力、運動以及其他物理條件。微塵在工業生產與製造中有著多種不同應用。就像只要汽車引擎調整得當就會發出“正常”聲音一樣,只要重型設備處於正常操作狀態,就會出現信號振動。目前,英特爾正在對工廠中的一個無線網路進行測試。該網路由安裝於工廠中40台機器上的210個感測器組成。每個英特爾半導體裝配工廠中大約有3000台機器,而這種微塵監控系統將可以讓工廠受益匪淺。這一概念幾乎可以應用於任意組裝線或引擎。它可以大幅降低檢查設備的成本,同時由於可以提前發現問題,因此將能夠縮短停機時間,提高效率,並延長設備的使用時間。

感測器網路的應用不僅限於機械領域。羅徹斯特大學的一項研究標明,這些計算機甚至可以用於醫療研究。科學家使用無線感測器創建了一個“智能醫療之家”,即一個5間房的公寓住宅,在這裡利用人類研究項目來測試概念和原型產品。“智能醫療之家”使用微塵來測量居住者的重要徵兆(血壓、脈搏和呼吸)、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。所搜集的數據將被用於開展以後的醫療研究。

此外,感測器網路還被應用於危險工作環境。當前在石油鑽井、核電廠和組裝線工作的員工將可以得到隨時監控。這些微塵可以告訴您工作現場有哪些員工、他們在做什麼,以及他們的安全保障等重要信息。

農業是微塵使用的另一個重要領域。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無線葡萄園。微塵被分佈在葡萄園的每個角落,每隔一分鐘檢測一次土壤溫度,以確保葡萄可以健康生長,進而獲得大豐收。不久以後,研究人員將實施一種系統,用於監視每一微塵區域的濕度,或該地區有害物的數量。他們甚至計劃在家畜(如狗)上使用微塵,以便可以在巡邏時搜集必要信息。這些信息將有助於開展有效的灌溉和噴洒農藥,進而降低成本和確保農場獲得高收益。

商業化前景

儘管該技術目前仍處於初步應用階段,但在未來5年內微塵的價格將會逐步下降,並將得到廣泛應用。Crossbow Technologies是首家提供商用微塵的公司。他們的最新一代設備具備微處理器、內存、存儲以及一個內部模數變轉換器,均集成於一個只有原設備四分之一大小的設備中。這些微塵可用於探測加速度、磁力、光、溫度、以及其他因素,目前成本大約為每個50美元。隨著對微塵需求的不斷增加,以及處理器成本的降低,這一價格將會大幅降低。

顯然,這些微型計算機將可以應用於我們可以想象到的所有領域。可以預見的是,它們可能在未來幾年內遍及整個亞洲。

 

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