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传感网与物联网的进展与趋势

时间:2010-07-05 00:00:00  来源:互联网  编辑:互联网

     一年来,从IT界到一些国家首脑,都高度关注传感网、物联网与智慧地球的发展动态,认为这是继20世纪8O年代PC机、90年代因特网(Intemet,又称互联网)、移动通信网之后,将引发IT业突破性发展的第三次IT产业化浪潮。当今世界,信息技术正处于新一轮重大技术突破的前夜。

  2009年1月,奥巴马就任总统后第一次举行的美国工商业领袖圆桌会上,IBM总裁兼CEO彭明盛提出“智慧地球”(smarteal'th)的新理念,建议投资新一代智慧型基础设施。奥巴马给予积极的回应,表示要投资宽带网络等新兴技术,以保持美国在21世纪的竞争优势。表明智慧型基础设施和“智慧地球”将可能上升为美国国家发展战略的动向。

  2009年8月7日,温家宝总理到中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心考察时说:“当计算机和互联网产业大规模发展时,大家因为没有掌握核心技术而走过一些弯路。在传感网发展中,要早一点谋划未来,早一点攻破核心技术。”提出要加快推进传感网发展,建立中国传感信息中心。

  2009年9月11日,传感网国家标准工作组在京成立。“感知中国”高峰论坛召开,中国移动称:物联网是“万亿”级产业。2009年11月3日,温家宝总理在北京向首都科技界发表了题为《让科技引领中国可持续发展》时强调,“要着力突破传感网、物联网关键技术,及早部署后IP时代相关技术研发,使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”。

  以上表明,传感网和物联网技术已成为当前各国科技和产业竞争的热点,许多发达国家都加大对物联网技术和智慧型基础设施的投入与研发力度,力图抡占科技制高点。我国也及时地将传感网和物联网列为国家重点发展的战略性的新兴产业之一。

  1、传感网的由来与进展

  信息技术(IT)是指实现信息的获取、传输、处理和应用等功能的一类技术。它由感测、通信网络、计算机和控制等四大基本部分组成。传感器技术、通信网络技术和计算机技术,分别承担对信息的获取、传输和处理,它们的融合构建了现代信息系统的“感官”、“神经”和“头脑”。

 (1)无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN)
  20世纪90年代末,随着现代传感器、无线通信、现代网络、嵌入式计算、微机电(Micro.Electro.MechanicalSystemsMEMS)、集成电路、分布式信息处理与人工智能等新兴技术的发展与融合,以及新材料、新工艺的出现,传感器技术向微型化、无线化、数字化、网络化、智能化方向迅速发展。由此研制出了各种具有感知、通信与计算功能的智能微型传感器。由大量的部署在监测区域内的微型传感器节点构成的无线传感器网络,通过无线通信方式智能组网,形成一个自组织网络系统,具有信号采集、实时监测、信息传输、协同处理、信息服务等功能,能感知、采集和处理网络所覆盖区域中感知对象的各种信息,并将处理后的信息传递给用户。

  WSN可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下,获取大量详实可靠的物理世界的信息,这种具有智能获取、传输和处理信息功能的网络化智能传感器和无线传感器网,正在逐步形成IT领域的新兴产业。它可以广泛应用于军事、科研、环境、交通、医疗、制造、反恐、抗灾、家居等领域。

  无线传感器网络系统是一个学科交叉综合的、常识高度集成的前沿热点研究领域,正受到各方面的高度关注。美国国防部在2000年时就把传感网定为五大国防建设领域之一;美国研究机构和媒体认为它是21世纪世界最具有影响力的、高技术领域的四大支柱型产业之一,是改变世界的十大新兴技术之一。日本在2004年就把传感器网络定为四项重点战略之一。

  我国《国家中长期科学与技术发展规划(2006.2020年)》中把智能感知技术、自组织网络与通信技术、宽带无线移动通信等技术列为重点发展的前沿技术。

 (2)基于射频识别(RFID)的传感器网络

  基于射频识别RFID(RadioFrequencyIdentification)的无线传感器网络,是目前最主要的一种无线传感器网络类型。射频识别是一种利用无线射频方式在读写器和电子标签之问进行非接触的双向数据传输,以达到目标识别和数据交换目的的技术。它能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,将客观世界的物理信号转换成电信号,从而实现物理世界、计算机世界以及人类社会的交流。

  通常,RFID系统由电子标签、读写器、微型天线和信息处理系统组成。
  1)电子标签:即应答器,它由耦合元件和微电子芯片组成,粘附在物体上,内部存储待识别物体的信息。通常电子标签没有自备的供电电源,其工作所需要的能量,由读写器通过耦合元件传递给电子标签。
  2)读写器:又称扫描器,它能发出射频信号,扫描电子标签而获取数据。读写器包含高频模块(发送器和接受器)、控制单元、与电子标签连接的耦合元件以及与PC机或其它控制装置进行数据传输的接口。
  3)微型天线:它在电子标签和阅读器问传递射频信号。
  4)信息处理系统:即计算机系统。

  在实际应用中,RFID系统内存储有约定格式数据的电子标签,粘附在待识别物体的表面。读写器通过天线发出一定频率的射频信号,当电子标签进入感应磁场范围时被激活产生感应电流从而获得能量,发送出自身的编码等信息,被读写器无接触地读取、解码与识别,从而达到自动识别物体的目的。然后将识别的信息送至主计算机系统进行有关的数据信息处理。

 (3)传感网技术优先攻关的瓶颈

  据有关方面研究表明:现在传感器问的信息量已超过计算机或其它应用,成为信息交互的主流。其在感知层、网络层与应用层都有各自攻关的关键技术。传感网与因特网的高效融合,能实现人与物、物与物的互联,从而形成“物联网”。因此,传感器核心芯片和传感器网接入因特网的技术将成为今后几年IT前沿技术进展中优先攻关的瓶颈。

  2、物联网的由来与进展

  (1)物联网的由来

  今年以来,“物联网”(IntemetofThings)成为国内外IT业界和社会关注的焦点之一,实际上它已经走过了l0年的发展历程。1999年正式提出物联网概念后,世界各国都在加紧物联网的研发。我国物联网研发始于1999年,当时中科院启动了传感网研究,在无线传感网络、智能微型传感器、现代通信技术等方面取得了重要进展。2004年国家金卡工程把RFID应用试点列为重点工作之一;2005年1O月原信息产业部批准成立了“电子标签标准工作组”,开展电子标签标准的研究;2006年23个部门f行业)共同成立了国家金卡办RFID应用工作组,启动了相关RFID应用试点工作。

  据了解,国内RFID企业数量不断增加,在市场中已占据主导地位。目前我国RFID产业链逐步扩大,集电子信息产业、App业、通信运营业、信息服务业和面向各相关行业的应用等产业链正在逐步形成。2008年上半年无锡市与中科院上海微系统研究所合作成立中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心,大力推进传感网、物联网产业化进程。目前,我国物联网从材料、器件、技术、系统到无线通信网络等方面也正在形成产业链。

  截至2009年6月,我国拥有固定电话3;30亿户、移动电话用户6.95亿户、因特网用户3.38亿户,均居

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