无线传感网数据采集技术概述

随着对无线通信和网络的需求日益提升,短程无线通信及网络已成为解决最后一米通信、实现真正无隙覆盖的关键因素,也是下一代信息技术革命的主要技术力量。短程无线和传统的移动通信、无线局域网通信技术相比有很多自己的特点,短程无线设备成本更合理,又有很大的价格下降空间;更加节能,可以使用在大多数能量受限的场合;更加绿色,发射功率小,只使用电池供电,安全环保几乎适应任何场合;允许更多的设备共存;不需要其他基础设施配合,不需要基站或访问点(AP)等等 。

目前,短程无线通信中应用最为广泛的是无线传感网,无线传感网是将分布的传感器加上短程无线连接和传输能力,使传感器之间能够彼此协作进行数据转发传输的一种技术。即在一定的范围中如果包含若干个无线节点,即某一个点的数据可以通过其他邻近的节点进行转发,数据经过多次转发可以实现通信距离的大大增加和覆盖范围扩展。只要节点周围一定范围内有其他无线数据节点就可以实现数据传输,不用考虑普通无线数传系统中的通信距离问题。数据最后通过多次转发后汇集到数据收集端,收集端再通过有线,或无线来传送给计算机。

其应用领域非常广泛,包括:农业领域的土壤和家禽养殖环境的监控、建筑领域的楼宇温湿度采集、仓储内的环境监测、环保建筑和环境的温湿度监测,以及工业领域的排放检测等等。可以预计,无线传感网的广泛应用是一种必然趋势,它的出现将会给人类社会带来极大的变革。无线传感网将无处不在,是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络,其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时,更是将无线传感网列为第一项未来新兴技术,《商业周刊》预测的未来四大新技术中,无线传感网也列入其中。

无线传感网技术非常适合用于传感器数据采集和分析,新技术能够带来前所未有的新机遇,无线传感网数据采集技术能够大大扩展人类对自然环境和客观事物的感知能力,达到更高的层次。另外,无线传感网数据采集技术还能开拓新的应用,而这些应用在此之前几乎是无法实现或者成本非常昂贵。通过在信息系统和物理量之间搭建沟通桥梁,无线传感网将为更多的企业提供新的机遇。

无线传感网技术体系中数据传输可以采用多种无线连接方式,支持不同速率的数据传输,支持不同的国际无线标准,例如:IEEE 802.15.4 IEEE 802.11 等,也支持更低速或更高速的非标无线传输方式。

无线传感网数据采集技术和传统的数据采集技术相比有很多特点和优势。

• 无线传感网数据采集技术的特点:

• 安装非常简便:无需传输信号线,非常易于安装和调整,可以做到任意放置,不用拉线。

• 易于调整:由于没有传输线,所以可以随时根据需要进行位置调整。

• 所有采集点可以省电:传输数据的无线协议能够主动节能,在供电受限的场合可以利用电池供电使用,在使用电池供电使用的情况下,数据采集系统不需要任何电源线和信号线。

• 覆盖范围大:数据采集节点可以相互转发数据,克服可传统无线传输的距离限制。只要每个采集点附近有其他的采集点即可做到数据的自动转发。

• 采集数据同步:数据采集节点采集时钟完全同步,可以做到同步采集。

• 无地点限制:无线采集节点的数据传输是通过相互转发完成的,所有不需要依赖电信运营商的基站,在没有手机信号覆盖的地方也可以使用。

• 无信息费:无线采集节点的数据传输是通过相互转发完成的,所有不需要依赖电信运营商的基站,不需要经常维护,不需要SIM卡,没有通信费用。

• 数据可靠性高:所有节点都可把自己的数据缓存起来,不会丢失和破环,保证数据的完整可靠。

• 传输可靠:转发数据的节点出现问题时,采集点会自动搜寻新的转发点进行数据转发,保证数据的可靠传输。

• 更加绿色:由于每个采集点不用覆盖非常大的范围,所以射频发射功率小,更加安全环保,适合任何场合使用。

• 和有线数据采集系统比较:

• 无线传输:省去了传统有线数据采集系统中大量的传输线,避免了大量传输线带来的工作量,省去了大量布线的施工成本;避免了大量线可能引发的不稳定,不可靠。

• 安装方便:可以安装在任何地方,安装简便快速适合快速安装,安装位置灵活没有限制。

• 节电:可以用电池供电工作。

• 适合任何场合:适合任何场合使用,尤其是不能或者不方便布线的地方。

• 采集系统的总成本低:省掉了因为布线带来的成本,人员成本,工时成本,管理成本,维护成本等等。

• 和传统无线数据采集系统比较:

• 更加节能:传统的无线数据采集系统不能节能,非常耗电不能用电池供电。

• 更加灵活:数据采集点之间可以相互转发数据,可以更加灵活的布置测点,不需要过分考虑通信距离的问题。

• 更加简便:传统的无线数采系统需要测试和调试网络,否则容易因为通信距离导致不能正常传输。

• 更加绿色:由于采集点之间可以进行相互转发,所以每个采集点的发射功率不用太大,从而系统更加绿色不用对人或者其他系统造成影响。

• 成本更低:单个采集点不需要更大的发射功率,所以成本更低。

• 和GPRS数据采集系统比较:

• 无手机信号限制:没有手机信号的地方也可以使用。

• 无SIM卡,无通信信息费、包月费或流量费。

• 成本更低。

• 更加省电,可以电池供电工作。

• 寿命更长。

• 适应领域:

• 森林防火

• 自然环境监测

• 仓库管理

• 博物馆管理

• 智能农业

• 智能建筑

• 数据采集

• 桥梁建筑检测

• 智能烟感系统

• 智能温感系统

• 电力塔架监测

• 现代养殖业

• 工厂设备监测

• 智能仪表采集

• 无人值守环境监测

• 无线数据采集

• 低功率远距离无线数传与控制

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