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泛在传感器网络标准体系与系统架构研究

www.cechina.cn2010.06.11阅读 4799


  1  引言
  传感器网络是一个结合传感器、协同感知、协同信息处理、无线通信与网络、综合信息服务等多种技术的综合信息系统。它具有高度创造性、渗透性和带动性,不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域具有巨大的应用价值,还将在许多新兴领域体现其优越性CONTROL ENGINEERING China版权所有,如家庭、保健、交通等。作为物物互联的重要支撑技术之一,它也将为移动通信带来物物互联的新业务,成为推动经济发展与和谐社会的强大动力。
  目前,传感器网络领域尚处于发展初期,我国的科研、产业进展与国际几乎同步,大部分依托于科研成果,在部分领域有示范应用。但在已经实现的传感器网络中往往采用私有协议,尚缺乏完善的传感器网络标准体系,缺乏对如何采用现有技术标准的指导,在产品设计、系统集成时无统一标准可循,已经严重制约了技术应用和产业的迅速发展。为了实现泛在的传感器网络,要实现和核心网络的融合,大量关键技术尚需突破,标准化将对于实现大规模应用网络所需要的互联互通起到至关重要的作用。标准是传感器网络产业化发展的制高点,各国掌握核心技术的公司和研究机构对标准的制定都非常重视。在目前的传感器网络领域,德州仪器、微软、英特尔、诺基亚、霍尼韦尔、西门子等跨国公司正在开展相关技术标准的制定工作,我国也必须及时开展标准化工作,以避免我国传感器网络产业界再次成为产业链的最低端,沦为代工厂。所幸的是,我国传感器网络的技术、产业发展与国际基本同步,目前国际尚无完备的传感器网络标准体系,这为我国实质性参与该领域国际标准化工作、占领产业的制高点提供了一次难得的历史性机遇。
  传感器网络标准化研究将有利于巩固现有技术、产业成果,规范、推动产业有序、健康发展;通过统筹安排,产学研用联合攻关,对相关技术体制进行全面梳理,形成可行的技术标准体系,切入关键技术问题;通过“关键技术-标准化-应用示范-产业化-商用化”的渐进发展道路,保障传感器网络大规模应用的互联互通,推动传感器网络迅猛发展;有利于推动我国实质性参与传感器网络国际标准化工作,扩大产业界在国际上的影响力。
  2  传感器网络国际和国内标准化现状
  传感器网络涉及的技术领域和相关标准化组织较多www.cechina.cn,目前国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)的第一联合技术委员会(JTC1)、国际电子和电气工程师协会(IEEE)、国际电信联盟(ITU)和互联网工程师任务组(IETF)等国际标准化组织都在开展传感器网络标准相关的研究工作,但大多尚处于标准提案阶段。其中控制工程网版权所有,IEEE在为传感器网络提供支持的底层无线传输技术和传感器接口的标准化研究等方面已取得一定进展;ITU-T的多媒体编码、系统和应用(SG16)研究组开始进行泛在传感器网络(USN)应用和服务的研究,SG17研究组已开展USN安全框架的研究;IETF成立低功率无线个域网上的IPv6(6LOWPAN)工作组,已产生RFC 4944(IEEE 802。15。4上的IPv6)和RFC 4919(问题陈述和目标)。目前,公认的可以被称为传感器网络标准的只有IEEE 802。15。4和Zigbee联盟推出的传输、网络、应用层协议标准,以及IEEE 1451。
  IEEE 802。15。4定义了短距离无线通信的物理层及链路层规范。基于IEEE802。15。4,Zigbee制定出网络互联、传输和应用规范。Zigbee技术具有功耗低、成本低、网络容量大、时延短、安全可靠、工作频段灵活等诸多优点,目前是被普遍看好的无线个域网解决方案,也被很多人视为传感器网络的事实标准。Zigbee联盟对网络层协议和应用程序接口进行了标准化。尽管Zigbee技术试图在传感器网络需求的网络性能上(如功耗、成本、时延、安全等方面)可以提供一个解决方案,但从目前的应用情况来看,在可扩展性、能耗控制、网络性能等方面还存在明显的缺点。IEEE1451标准族是通过定义一套通用的通信接口CONTROL ENGINEERING China版权所有,以使工业变送器(传感器+执行器)能够独立于通信网络,并与现有的微处理器系统、仪器仪表和现场总线网络相连,解决不同网络之间的兼容性问题CONTROL ENGINEERING China版权所有,并最终实现变送器到网络的互换性和互操作性。
  为了在传感器网络国际标准的制定方面进行研究与探索,2007年ISO/IEC JTC1正式成立了传感器网络研究组(SGSN)。目前有22名专家,分别来自中国、法国、日本、韩国、挪威、英国和德国,以及其他组织的联络员。2008年6月,在中国上海召开了第1次全体会议,对传感器网络的应用需求、系统架构、协议、接口和安全等方面的提案进行了讨论。2008年9月和2009年1月,我国分别组团参加了在德国和澳大利亚举办的第2次和第3次SGSN会议,实质性地参与了《ISO/IEC JTC1传感器网络研究组技术报告》的编写工作,并在很多章节做出了重要的贡献。
  我国传感器网络技术的研究首次出现在1999年

标签:IEEE,传感,无线,
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