節能減排新觸角―無線傳感網:節能減排
“感知”是節能減排前提
隨著半導體、微系統、無線通信和計算機等技術的發展，上世紀90年代開始出現的無線傳感網技術WSN（Wireless Sensor Networks）發展至今，已經進入了產業發展的初期。以下介紹兩種已經投入使用的系統。
●建築能耗監測系統
建築所必須的電梯動力、照明、空調、消防、通風、高低壓配電等用能信息的傳遞是建築節能和工業節能的基礎，高效實現建築節能信息化的關鍵問題之壹是解決這些信息的傳輸問題。在建築大樓中，特別是既有建築，遇到的最大問題是需要綜合布線，工程量大、成本高昂、對大樓環境具有破壞性。因此對建築大樓最佳的信息傳遞方式是通過無線方式，傳統的GSM、WLAN、SCADA等無線系統存在功耗高、設備和運行成本高、組網不靈活等局限，而無線傳感網技術正是解決這壹難題的最佳解決方案。
基於無線傳感網技術開發的建築能耗監測系統應運而生。系統的特點是基於無線傳感網技術進行信息的采集和傳輸，壹方面無線傳感網節點自身采集溫度參數，另壹方面它們與各種用能設備連接，通過無線自組網方式自動采集分散在各地的電、水、冷、暖等實時數據，使用戶能隨時監測現場耗能設備的運行數據，並且通過數據存儲和處理實施能耗診斷、能耗評估和能耗改造。系統適用於各種既有建築和新建建築，組網方便，不占空間，無需綜合布線施工，項目實施快速簡捷（如圖1、圖2所示）。
●基於無線傳感網技術的分體空調節能管理系統
對於使用分體空調的單位而言，最大的問題是無法對分體空調進行有效的管理和控制，從而導致過高的空調能耗和舒適度的損失。基於無線傳感網技術的分體空調節能管理系統，讓用戶能夠方便地在本地和遠程管理本單位的分體空調，並通過優化管理達到節能的目的。
系統通過無線傳感網節點，根據自身溫度、濕度的檢測算法或者預先設定的模式，以紅外線方式對分體空調實現合理控制，通過節點組成的網絡實現分體空調的集中化管理。每壹個節點可以自動組網，向主節點（網關）發送各種信息，甚至可以包括每壹臺分體空調的設備運行狀態參數。通過後臺的管理平臺，用戶可以實現各種工作模式（例如定時定溫、定時節能控制、定時費用控制等）的選擇和數據統計分析等功能，從而可以實現分體空調的高效管理，達到良好的節能效果。
無線傳感網走向應用
在整個信息技術朝著“泛在網絡”（Ubiquitous Computing Networks）方向發展的進程中，無線傳感網作為其中重要的組成部分，已經由概念開始走向實際的應用。
1988年，美國施樂公司的馬克?魏瑟博士第壹次提出了“泛在計算”（Ubiquitous Computing）概念，隨著這壹概念的不斷發展，世界上壹些國家已經把泛在理論融入到了社會經濟發展規劃和戰略中。2003年和2005年聯合國召開的兩次全球信息社會高峰會議都呼籲世界各國積極行動起來，建立泛在的信息社會（UIS: Ubiquitous Information Society）。2005年4月，國際電信聯盟在日內瓦召開了泛在網絡社會建設研討會，對泛在網絡社會建設的理論、技術進行了探討，並介紹了美國、日本、韓國、英國、意大利的應用案例。日、韓等國已經將其視為新壹輪經濟增長的強力引擎和改善民生的重要手段。
泛在網絡的本質是情景感知（Context Awareness），將微小的計算機嵌入到各種物體中和人們生活中的每壹個角落，被智能化了的物體和角落通過相互之間的自動感知，主動為人們提供各種服務，而不是像現在的個人電腦壹樣，需要人坐在電腦前面操作復雜的機器。情景感知可以通過標識（IDentifier）識別或者傳感器主動獲取信息實現，並且都通過無線通信的方式。通過標識識別感知即是目前發展勢頭正猛的RFID，通過傳感器感知即是無線傳感網。所以，RFID與無線傳感網應該統壹到泛在網絡的範疇中。目前RFID的實際應用已經很多，而無線傳感網的實際應用也已經開始了。
無線傳感網的技術特點是節點體積微小、超低功耗、支持大規模的節點數量，以自組織的方式組成多跳的和高可靠的無線通信網絡。節點的硬件核心是8/16/32位嵌入式微控制器。節點體積微小是由於需要嵌入到物體中的需要，這種需要也要求節點在絕大多數情況下自己解決供電，所以超低功耗是無線傳感網節點的另壹個基本要求。微小的體積和超低功耗決定了節點的無線通信距離短，對於需要較遠距離傳輸的需求，則通過多跳的網絡實現。而自組織的方式是根據情景感知需要自動實現的要求決定的。在無線通信鏈路本身不穩定的情況下實現壹個自組織的、多跳的和高可靠的網絡是壹項技術挑戰，是無線傳感網技術實現的難點和重點。
標準決定出路
目前，無線傳感網技術已經發展到了可以將壹部分傳感器、嵌入式MCU和無線通信收發器集成到壹顆芯片的程度。美國和歐洲的壹些大大小小的半導體公司已經推出這樣的芯片了，例如TI、Freescale、Jennic、Ember、Nordic等。同時推出的還有溫度、濕度、光照、加速度、紅外、氣體檢測等低功耗傳感器芯片。所以，目前已經可以制造出微小的無線傳感網節點硬件了。盡管還沒有形成壹種能成為標準的主流協議，但作為軟件核心的無線傳感網通信協議已經出現。此外，無線傳感網技術範疇中的統壹標識、操作系統、安全機制、廣域分布式數據庫和後臺服務等內容正在不斷發展和完善。總之，技術的發展已經允許開始進行無線傳感網的實際應用了。
但是，目前開始開展的無線傳感網的應用都是基於私有技術實現，還處於壹種比較分散和孤立的狀態。在通信方面影響力較大的Zigbee技術由於頻段繞射能力、組網以及功耗等方面的問題只適合於解決某些需求，離無線傳感網的要求還比較遠。所以，無線傳感網的技術進展急需在應用開始推進的過程中從壹開始就制定並逐步形成壹種占主流的標準技術。而且，由於無線傳感網與RFID技術的目標壹致，標準應該將兩者統壹起來，形成壹個完整的泛在網絡的技術體系。
目前，國際標準化組織/國際電工委員會ISO/IEC正在組織成立無線傳感網工作小組。我國信息技術標準化技術委員會也已經成立了無線傳感網工作小組，標準的制定正在進行。工作組由國內從事無線傳感網研究的主要單位以及相關企業***同組成，正在努力制定無線傳感網的標準並同時將標準落實到芯片，實現產業化，因為產業化的成功才意味著標準的成功，要克服標準與產業脫離的問題。值得欣喜的是，國內已經出現了有能力設計和生產符合中國無線個域網通信標準的並有望成為無線傳感網主流硬件的芯片公司。
我國無線傳感網的研究起步不晚，中國科學院從1999年就專設相關知識創新工程開始了無線傳感網的研究，並在國家中長期科學技術規劃綱要中明確將無線傳感網作為壹項優先發展主題。目前，無線傳感網已經成為國內有關大學和研究所的研究熱點之壹。所以，為無線傳感網標準的制定奠定了很好的學術基礎。而國外近年來無線傳感網的學術研究壹直都很活躍，而且，壹些大的半導體公司甚至已經將無線傳感網作為將來發展的業務之壹。國外最近幾年也出現了專門從事無線傳感網的公司。
需要特別指出的是，無線傳感網在日本的發展甚至比美國和歐洲更加完善，日本的T-Engine論壇/uID中心早已將無線傳感網和RFID甚至傳統的條形碼等統壹成了壹個完整的技術體系，稱為uID技術。包含ucode標識、各種ucode標簽、新形式的終端―泛在通、廣域分布式泛在數據庫及操作協議ucodeRP、eTRON安全架構、UWB無線傳感網硬件、多跳無線通信協議等具體內容，是壹個很完整的泛在網絡的技術體系。
無線傳感網必須向標準化的趨勢發展，不然，私有技術下的各種系統即便解決了無線通信上的頻率幹擾問題，也不能很好地實現彼此兼容和互聯互通。這樣勢必帶來巨大的技術轉換成本，信息難以實現後臺的集中化和進壹步精確化，難以形成統壹的泛在網絡體系，從而無法得到快速、多樣和精確的服務。
最新市場進展
分析無線傳感網的技術本質，如果說因特網構成了虛擬的信息世界，改變了人與人之間的溝通方式，那麽，無線傳感網就是將虛擬的信息世界與人們生活的真實物理世界連接在壹起。所以，分析無線傳感網的應用，那範圍壹定極其廣泛，待挖掘的新興應用遠無止境。
隨著無線傳感網技術的不斷成熟，勢必會出現越來越多的創新型產品，出現新興的網絡設備制造商、新興的軟件和服務商以及新興的互聯網經濟。
無線傳感網在國外已經被初步用於環境監測、工業自動化、智能家居、智能樓宇、精密農業、智能交通、物流、醫療護理、供應鏈管理、物品管理、智能導遊、移動信息服務等廣泛的領域。
國內的壹些從事無線傳感網研究和應用的活躍單位也已經在節能減排、電力線安全、新興電信信息服務、環境監測、精密農業、智能導遊、煤礦安全、車輛定位、智能交通等領域開始了應用。特別需要提及的是國內第壹個無線傳感網產業發展聯盟於2007年11月在杭州成立，可見產業嗅覺靈敏的地區和企業已經看到了無線傳感網產業的廣闊前景並開始發力。
總之，無線傳感網的市場進展情況是它目前正處於剛剛開始的階段，相信隨著技術和市場的不斷發展，無線傳感網技術將以強勁的勢頭迅速滲透到各行各業，體現出巨大的產業發展前景。
（作者系杭州家和智能控制有限公司上海研發中心主任）