无线传感器网络和RFID技术开始走向融合

中国微计算机学会理事长、复旦大学计算机科学系教授陈章龙在上海举行的“瑞萨论坛2005”上建议中国本土企业应该加大对RFID和无线传感器网络(WSN)技术的关注力度,并特别指出:“WSN与RFID结合起来组成的WSID网络,其应用前景不可估量。”

无线传感器网络是由大量传感器结点通过无线通信技术自组织构成的网络。它能够实现数据的采集量化、处理融合和传输应用。这些应用一般不需要很高的带宽,但是对功耗要求却很高,大部分时间必须保持低功耗。由于无线传感结点通常使用存储容量受限的嵌入式处理器/控制器,因此对协议栈的大小也有严格限制。另外,WSN对网络安全性、结点自动配置、网络动态重组等方面也有一定的要求。

WSN的特殊性对应用于该技术的网络协议提出了较高要求。虽然蓝牙、Ad hoc等技术都是人们谈论的热点,不过,陈章龙表示,Zigbee(IEEE802.15.4)才是目前最具竞争力的WSN网络协议。

“ZigBee传输速度为20k~250kbps,这对于3C和IA(信息家电)来说,已经足够了。”陈章龙表示。ZigBee的其他优势还包括:16位/64位 IEEE寻址、CSMA-CA信道接入、支持点对点、星状及网格网络拓扑、可自组成网、全握手(Fully handshaked)协议保证了传输的稳定性。ZigBee在2.4G ISM频段内有5MHz 16个频道,915MHz频段内有10个频道,868MHz频段内有1个频道。此外,它还具有低功耗的特点。

WSN并不是一种新兴的技术,早在海湾战争中它就被派上了用场:当时的美军部队使用大量的智能灰尘传感器结点,将光、声信息汇集起来,从而能够实现快速锁定目标,进行定向轰炸。随着相关技术(如网络协议)的不断成熟,WSN的应用范围也在逐渐扩大。陈章龙举例说:“目前家庭网关、家电设备以及外设控制之间都是利用RS485电力线或专线进行互连。这在价格上很难接受。如果选用Zigbee的WSN,则会大大节省开支。”

图1:一个完整的无线传感
器网络通常包括数据捕获网和
数据分配网两部分。

美国国防部国防高级研究计划局(DARPA)和美国空军(USAF)正在合作开发的网络嵌入式系统技术(NEST)是WSN在军事方面的最新应用。利用广泛散布于特定区域、检查站、建筑物和护卫车队等地的WSN结点,作战人员能够对狙击手和其他隐蔽的射手进行定位。这些结点能够跟踪子弹产生的冲击波,在结点范围内测定子弹发射时产生声震和枪震的时间,以判定子弹的发射源。

“WSN还可以应用在环境监测、洪水预报、动物栖息的监控、温度/照明/安全控制、城市交通管理、库存和物流管理等。”陈章龙说,“特别要指出的是,WSN和RFID技术的融合。由于RFID抗干扰性较差,而且有效距离一般小于10m,这对它的应用是个限制。如果将Zigbee的WSN同RFID结合起来,利用前者高达100m的有效半径,形成WSID网络,其应用前景不可估量。”

陈章龙的建议得到了业界其他人士的认同。无线数据研究集团总裁Ian McPherson表示,Zigbee无线电有希望成为主动的RFID标签。尽管Zigbee产品的主要用途并不是用来代替被动RFID,但利用更多的传感器和更少的网关,它们可以降低主动RFID的成本。

WSN正在受到越来越多技术人员和科学家们的关注。波士顿大学在去年底牵头创办了传感器网络协会,期望通过相互合作促进传感器联网技术领域的合作项目。该协会吸收了BP、霍尼韦尔、Inetco Systems、Invensys、L-3 Communications、Millennial Net、Radianse、Sensicast Systems及Textron Systems等多家公司参与其中。而哈佛大学及麻萨诸塞大学也成为学术参与者之一。此外,在中国,国防科技大学、复旦大学、中科院计算所等科研院所也已开始进行WSN的项目研究。

目前,WSN 的研究热点主要有:网络体系结构、路由及数据分发、链路层协议、WSN和IPv6的结合、数据的采集捕获技术、融合处理技术和数据库技术、功耗管理、定位技术、安全、适合WSN 的软件开发环境和软件工具、模拟器、应用系统的开发等。

作者:王彦