傳感網(wǎng)可以使人們在任何時間、任何地點和任何環(huán)境條件下獲取大量翔實、可靠的信息，真正實現(xiàn)“無處不在的計算”理念。它是信息感知和采集的一場革命，將進一步推動計算機、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信的發(fā)展和融合。
傳感器網(wǎng)絡(luò)的最初定義是由若干具有無線通信能力的傳感器節(jié)點自身組織構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進步、多種接入網(wǎng)絡(luò)以及智能計算技術(shù)的發(fā)展，傳感器網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)涵和外延都發(fā)生了顯著變化。現(xiàn)在的傳感器網(wǎng)絡(luò)是指以對物理世界的數(shù)據(jù)采集和信息處理為主要任務(wù)，以網(wǎng)絡(luò)為信息傳遞載體，實現(xiàn)物與物(物與人、人與物)之間的信息交互，提供信息服務(wù)的智能網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，即通常所稱的傳感網(wǎng)。
傳感網(wǎng)可以使人們在任何時間、任何地點和任何環(huán)境條件下獲取大量翔實、可靠的信息，真正實現(xiàn)“無處不在的計算”理念。它是信息感知和采集的一場革命，將進一步推動計算機、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信的發(fā)展和融合。
傳感網(wǎng)涉及七項關(guān)鍵技術(shù)
傳感網(wǎng)需要實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對其進行處理，傳送到需要這些信息的用戶。傳感網(wǎng)的特點使其設(shè)計方法不同于其他計算機網(wǎng)絡(luò)(包括互聯(lián)網(wǎng))，需將網(wǎng)絡(luò)傳輸，數(shù)據(jù)采集、處理、管理等技術(shù)緊密結(jié)合，實現(xiàn)一個高性能、以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為用戶或觀察者提供一個有效的感知數(shù)據(jù)空間或感知數(shù)據(jù)庫管理和處理的系統(tǒng)，使用戶可自如地通過傳感網(wǎng)進行感知數(shù)據(jù)的管理和處理。傳感網(wǎng)涉及技術(shù)眾多，從功能結(jié)構(gòu)的角度看，其抽象模型包括如下組成部分：
1.數(shù)據(jù)采集
數(shù)據(jù)采集模塊的功能為監(jiān)測感知對象、采集感知對象的信息、傳輸發(fā)布感知信息以及進行初步的信息處理。它是以傳感器集合為核心，包括每個傳感器的軟、硬件資源，如感知器件、傳感器接口、嵌入式處理器與存儲器、通信器件、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。作為一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件，數(shù)據(jù)采集包括壓力、溫度、濕度、流量、加速度、水平、電磁傳感器、射頻標(biāo)簽(RFID)及二維條碼等多種類型。
2.傳輸和組網(wǎng)
傳感網(wǎng)是以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)，傳輸和組網(wǎng)模塊是傳感網(wǎng)實現(xiàn)傳感器與傳感器、傳感器與用戶之間的通信，并進行有效率的組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)管理的重要傳輸功能單元。在設(shè)計上必須考慮能滿足能量有效使用，具有可擴展性、魯棒性和安全性，提供QoS支持，分布式的自組網(wǎng)技術(shù)等性能要求。
3.網(wǎng)絡(luò)融合
網(wǎng)絡(luò)融合是指專注于探測和收集環(huán)境信息的傳感網(wǎng)與具有較強傳輸、數(shù)據(jù)處理和存儲能力的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)施(如TD等移動通信網(wǎng)絡(luò))的融合，能夠為大型的軍事應(yīng)用、科研、工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)交易等領(lǐng)域提供一個集數(shù)據(jù)感知、密集處理和海量存儲于一體的強大的操作平臺。
4.協(xié)同信息處理
作為傳感網(wǎng)后端對信息進行協(xié)同處理的重要技術(shù)和傳感網(wǎng)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，云計算是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計算的發(fā)展。其基本原理是使計算分布在大量的分布式計算機上，而非本地計算機或遠(yuǎn)程服務(wù)器中，這使得用戶能夠?qū)①Y源切換到需要的應(yīng)用上，根據(jù)需求訪問計算機和存儲系統(tǒng)。面向服務(wù)的體系架構(gòu)(SOA)是一種建立應(yīng)用系統(tǒng)的架構(gòu)模式，其特征是松耦合、允許合成。根據(jù)SOA原則建立一個數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施其實就是云計算。因此，云計算是一個面向服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施，它采用了SOA的架構(gòu)原則并且把這個原則應(yīng)用到了這個基礎(chǔ)設(shè)施。
5.信息資源和服務(wù)描述處理
信息資源和服務(wù)描述包括用于確定傳感網(wǎng)中特定信息資源對象唯一身份的標(biāo)志技術(shù)，用于命名和定位網(wǎng)絡(luò)資源的目錄服務(wù)，以及通過特定協(xié)議獲取目錄服務(wù)特定信息的解析服務(wù)過程等技術(shù)。在傳感網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)中，信息資源和服務(wù)描述起到了連接數(shù)據(jù)采集設(shè)備和服務(wù)應(yīng)用的紐帶的作用。
6.數(shù)據(jù)管理
數(shù)據(jù)管理包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理，又稱為數(shù)字內(nèi)容管理。通過傳感網(wǎng)獲取的包括視頻、音頻、圖像、水紋地質(zhì)、氣象天文的，或用于交通、銀行、機場防侵入的海量信息，將通過數(shù)字內(nèi)容管理手段被智能感知、傳播和處理。數(shù)字內(nèi)容管理的過程涵蓋了數(shù)字內(nèi)容活動的全過程，包括內(nèi)容的產(chǎn)生、記錄、傳播、收集、處理、存儲、檢索、傳遞、分析、選擇、評價、利用、銷毀等。通過數(shù)據(jù)挖掘、模式識別等數(shù)據(jù)管理手段對感知到的信息進行進一步分析、處理、挖掘和加工，從而支持傳感網(wǎng)的全面智能化。
7.安全技術(shù)
傳感網(wǎng)具有一般網(wǎng)絡(luò)信息安全的基本特點，但由于傳感器節(jié)點本身的處理能力、電源以及通信能力方面的限制，傳感網(wǎng)的安全機制設(shè)計也面臨很多新的挑戰(zhàn)，比如物理層的高效加密算法、數(shù)據(jù)鏈路層的抗DOS攻擊的安全MAC協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)層的安全路由協(xié)議以及應(yīng)用層的密鑰管理和安全組播等。
不同概念體現(xiàn)相同理念
1.傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)概念最早提出于1999年，其定義很簡單，即：把所有物品通過射頻識別和條碼等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。在早期的概念中，物聯(lián)網(wǎng)實質(zhì)上等于RFID技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合應(yīng)用。RFID標(biāo)簽可謂是早期物聯(lián)網(wǎng)最為關(guān)鍵的技術(shù)與產(chǎn)品環(huán)節(jié)，當(dāng)時認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)最大規(guī)模、最有前景的應(yīng)用就是在零售和物流領(lǐng)域，利用RFID技術(shù)，通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物品(商品)的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。
而最新的物聯(lián)網(wǎng)概念應(yīng)該具備三個特征：“一是全面感知，即利用RFID、傳感器、二維碼等隨時隨地獲取物體的信息；二是可靠傳遞，通過各種電信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實時準(zhǔn)確地傳遞出去；三是智能處理，利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術(shù)，對海量的數(shù)據(jù)和信息進行分析和處理，對物體實施智能化的控制。”(引自中國移動總裁王建宙在2009年ITU世界電信展開幕式上的發(fā)言)
從以上特征可見，現(xiàn)在廣泛談?wù)摰奈锫?lián)網(wǎng)概念其實是早期的物聯(lián)網(wǎng)和無線通信技術(shù)、智能計算技術(shù)的結(jié)合，等同于現(xiàn)在的傳感網(wǎng)。有人錯誤地認(rèn)為，傳感網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的組成部分。這其實是用現(xiàn)在范圍擴展后的物聯(lián)網(wǎng)概念去“裝”最初的傳感器網(wǎng)絡(luò)概念，而忽視了傳感器網(wǎng)絡(luò)概念的內(nèi)涵和外延也在同步演進和發(fā)展。經(jīng)過近十年技術(shù)和概念演變后的物聯(lián)網(wǎng)和傳感網(wǎng)，在目標(biāo)和內(nèi)涵上并沒有本質(zhì)區(qū)別。
2.傳感網(wǎng)與泛在網(wǎng)
泛在(Ubiquitous)網(wǎng)，即廣泛存在的網(wǎng)絡(luò)，以無所不在、無所不包、無所不能為基本特征，即在任何時間、任何地點、任何人、任何物都能順暢地通信。從泛在的內(nèi)涵來看，首先關(guān)注的是人與周邊的和諧交互，強調(diào)網(wǎng)絡(luò)的無所不在，服務(wù)的隨處可得，各種感知設(shè)備與無線網(wǎng)絡(luò)不過是手段。泛在網(wǎng)在形態(tài)上既有互聯(lián)網(wǎng)的部分也有物聯(lián)網(wǎng)的部分，同時還有一部分屬于智能系統(tǒng)(推理、情境建模、上下文處理、業(yè)務(wù)觸發(fā))范疇。
泛在網(wǎng)是將不屬于電信范疇的技術(shù)，如傳感器技術(shù)、標(biāo)簽技術(shù)等各種近距離通信技術(shù)納入其中，從而構(gòu)建起一個范疇更大的網(wǎng)絡(luò)體系。從這個意義上說，現(xiàn)有的FTTH、IPv6、3G、WiFi、RFID、藍(lán)牙等等都是組成泛在網(wǎng)的重要技術(shù)。
3.傳感網(wǎng)與智慧地球
智慧地球提出：“把感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，并且實現(xiàn)普遍連接，形成所謂物聯(lián)網(wǎng)。并通過超級計算機和云計算將物聯(lián)網(wǎng)整合起來，實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的整合。”由此可見，智慧地球的理念與傳感網(wǎng)基本一致。IBM的智慧地球概念，體現(xiàn)的也是互聯(lián)網(wǎng)和傳感的融合，即：信息革命的迅速發(fā)展使任何系統(tǒng)都可以實現(xiàn)數(shù)字量化和互聯(lián)；同時計算能力的高度發(fā)展，使爆炸式增長的信息得到高速有效處理，并實現(xiàn)智慧的判斷、處理和決策。智慧地球更強調(diào)決策和處理過程的智能化。
積極參與傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作
當(dāng)前國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的研究工作剛剛啟動，尚未形成統(tǒng)一意見。2008年ISO/IECJTC1(第一聯(lián)合技術(shù)委員會)建立傳感網(wǎng)研究組(SGSN)，開始標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)工作的研究，今年10月正式組建了JTC1直屬的傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)工作組(WGSN)進行標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。我國已抓住有利時機，積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化研究工作，并在傳感網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系、系統(tǒng)架構(gòu)和參考模型等標(biāo)準(zhǔn)化頂層設(shè)計環(huán)節(jié)作出了突出貢獻。
全國信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(簡稱全國信標(biāo)委)在2007年就開始召集國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)學(xué)研單位研究傳感網(wǎng)國家標(biāo)準(zhǔn)的制定。2009年9月11日，經(jīng)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會批準(zhǔn)，在全國信標(biāo)委下正式成立傳感網(wǎng)國家標(biāo)準(zhǔn)工作組，包含國內(nèi)傳感網(wǎng)研發(fā)領(lǐng)域最具實力和影響力的60多家產(chǎn)學(xué)研用單位，共同開展組網(wǎng)、接口、標(biāo)識、安全、協(xié)同信息處理等標(biāo)準(zhǔn)項目的研制工作，力圖制定適合我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點的傳感網(wǎng)國家標(biāo)準(zhǔn)，以引導(dǎo)我國傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模快速發(fā)展。
我國應(yīng)加快發(fā)展傳感網(wǎng)
國內(nèi)傳感網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化進程正逐漸加速，在智能電網(wǎng)、智能交通、防入侵、水質(zhì)檢測、公共安全等領(lǐng)域具有巨大的產(chǎn)業(yè)化需求。少數(shù)發(fā)達(dá)國家的傳感網(wǎng)技術(shù)正進入我國金融、電力、醫(yī)療、城市管理、交通運輸?shù)戎匾I(lǐng)域，這將對我國經(jīng)濟和國防安全帶來隱患。推進傳感網(wǎng)技術(shù)的突破與標(biāo)準(zhǔn)化，加快形成自主的傳感網(wǎng)核心技術(shù)和技術(shù)體系，是保障國家公共安全和經(jīng)濟安全的重要基礎(chǔ)，是推動自主產(chǎn)業(yè)發(fā)展、促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和推進兩化融合的迫切需要。基于此，我們認(rèn)為應(yīng)當(dāng)加快以下工作進程：
第一，加快集聚一批傳感網(wǎng)技術(shù)研發(fā)機構(gòu)，開展重大技術(shù)研究，攻破核心技術(shù)，著力提升自主創(chuàng)新能力，研制關(guān)鍵設(shè)備和創(chuàng)新產(chǎn)品，制定國際國內(nèi)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。圍繞企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新共性需求，建設(shè)國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進的傳感網(wǎng)公共技術(shù)服務(wù)平臺、公共測試服務(wù)平臺、綜合信息咨詢服務(wù)平臺。
第二，營造有利于傳感網(wǎng)發(fā)展的人才、資本、政策和服務(wù)環(huán)境，采取有力措施，通過技術(shù)創(chuàng)新、規(guī)模擴張和并購重組，做大做強龍頭和骨干企業(yè)，通過加大扶持力度，孵化和培育具有“專、精、特、新”特色的中小企業(yè)，形成具有持續(xù)創(chuàng)新能力和完整配套能力的產(chǎn)業(yè)集群，著力提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平。
第三，面向行業(yè)應(yīng)用和公眾應(yīng)用，培育領(lǐng)域廣泛、結(jié)構(gòu)合理和體系完整的網(wǎng)絡(luò)運營商、信息服務(wù)商、應(yīng)用服務(wù)商等服務(wù)機構(gòu)，提供集感知、傳輸和計算于一體的傳感網(wǎng)綜合信息服務(wù)，為全面推廣和大規(guī)模應(yīng)用提供完善的解決方案，形成完整的市場應(yīng)用服務(wù)體系，著力提升市場服務(wù)能力。
第四，傳感網(wǎng)將逐漸滲透到各行各業(yè)，網(wǎng)絡(luò)信息安全將升級到國家安全層面，提前開展傳感網(wǎng)對國家安全問題的研究，在推進傳感網(wǎng)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的同時，保障國家的信息安全和經(jīng)濟安全，著力提升信息安全保障水平。
