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无线传感器网络在安防报警领域中的应用

随着无线通信技术和电子器件技术的进步,促进了低成本、低功耗、体积小、多功能(感知、处理、通信功能)传感器的发展,从而使得开发低成本的传感器网络成为可能...
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  随着无线通信技术和电子器件技术的进步,促进了低成本、低功耗、体积小、多功能(感知、处理、通信功能)传感器的发展,从而使得开发低成本的传感器网络成为可能。

  一个传感器网络由分布在特定环境中的大量传感器节点组成,传感器节点的位置可以根据需要随机部署,传感器的网络协议和算法具有自组织能力,传感器节点之间相互协作,利用它们自身的处理能力执行局部的计算,仅发送处理后的数据信息。

  目前国外对传感器网络的研究大都还处于研究和开发阶段,相关的研究开发课题都还在进行中。其中,有对传感器网的传送层、网络层、数据层以及物理层进行整体研究的SensoNet、SINA、SCADDS和PACMAN项目,有对传感器网络互连、路由协议和功率控制等方面进行研究的WINS 、Mamps 、LEATH 和Dynamic Sensor Network 项目,以及针对传感器网络安全、数据分发的一些项目如SPINS、DataSpace等。这些项目几乎全都集中在美国各高校的研究机构内。

  2002年,英特尔研究中心伯克利实验室和大西洋学院的研究人员在缅因州Great Duck Island 把称做“尘埃”的很小的监控装置装到了有海燕巢的洞穴中,用于监控光、湿度、压力和热量等参数。这些“尘埃”还预示着一个到处是以电池为电源的无线传感器网络的未来,这些传感器可监控环境、机器甚至人类自己。

  三菱电机日前开发成功一种用于传感器网络的小型低耗电无线模块,能够使用特定小功率无线构筑对等(Ad-hoc)网络,目标是取代目前利用专线构筑的家用安全网络,计划2005年~2006年达到实用水平。具体而言,与红外线传感器配合,检测是否有人。与加速度传感器配合,检测窗玻璃和家具的振动。与磁传感器配合,检测门的开关,等等。

  安防报警领域中的应用

  无线传感器网络具有广泛的应用领域,不同应用领域面临不同的技术问题。针对社会公共安全防范应用领域来讲,具有快速部署、自组织和容错能力的传感器网络是一种非常有前途的感知技术系统,可应用于监控、控制、通信、计算等领域。相对于传统的安全防范技术具有很明显的优势。

  1.网络结构及工作原理

  应用无线传感器网络技术的报警网络可由门磁开关、红外线传感器、火灾烟感传感器、煤气泄露传感器、红外线发生器、双鉴探测器、玻璃破碎报警器等传感器网络节点形成一个无线传感器网络。无线报警网络系统将会应用在不同的场合,如办公大楼、家庭、别墅以及小区等,因此要求网络中节点的位置能随机分布、随意扩充和组合,能满足报警范围的不确定性,并能够对房屋、墙壁对无线电波的衰减、反射、噪声产生抗干扰的能力,所以无线报警网络采用了无规则网络拓扑结构,这种无规则的拓扑结构能够很好地扩展组合,容易增加网络节点,满足无线网络节点位置分布的不确定性;可在房间、隔离处放置一个传感器节点,避免无线干扰和报警区域不确定性的问题,其中在网络中仅分布少量价格昂贵节点就可对多个传感器节点所传送的数据进行综合处理,分析是否发送报警信号,在一定程度上降低报警系统的误报,提高无线报警系统的可靠性。在网络中传感器节点的主要作用是采集数据,并把数据以无线传输的方式传输给距离它最近的报警节点,报警节点对这些数据进行综合分析,以此决定是否给予报警。

  2.节点的结构及功能

  在不同的应用领域节点的结构各有区别,但一般一个传感器节点由ROM、RAM 、系统控制、用户接口、能量、协议处理、RF收发等部分构成,如下图所示:

  RF主要完成无线收发的功能,ROM、RAM主要用于存储传输的数据,协议处理主要完成无线通信协议的处理,能量主要完成能源的调整,收集等功能。处理器通常选用嵌入式CPU,如Motorola的68HC16,ARM公司的ARM7和Intel的PXA255 、StrongARM 等。数据传输单元主要由低功耗、短距离的无线通信模块组成,如RFM公司的TR1000 等。因为需要进行较复杂的任务调度与管理,系统需要一个微型化的操作系统,UC Berkeley 为此专门开发了TinyOS。当然,uCOS-II 和嵌入式Linux等也是不错的选择。

  无线传感器网络是一种新的信息获取和处理技术。在特殊领域,它有着传统技术不可比拟的优势,同时也必将开辟出不少新颖而有价值的商业应用。随着科学技术的发展,无线传感器网络必将进入实际应用,当然安防报警仅仅是无线传感器网络应用的冰山一角。希望通过此文能推动国内对这一新兴网络技术的关注与研究。

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