传感器网络:虚实之间



   爱德华·贝尔是瑞士联邦铁路公司(Schweizerische Bundesbahnen,简称SSB)的一名普通的铁路巡检员,他自豪于SSB在瑞士的地位——从瑞士任何一个铁路站点出发,你可以达到欧洲的任何一个大都市,这是世界上最密集与繁忙的铁路网,而SSB运营着超过3000公里的铁路线,每天运送90万人次和2.2万多吨的货物。在过去10多年中,贝尔每周都要沿着辖区内的轨道线路来回巡检,以杜绝安全隐患,这样的人工操作模式占据了SSB资产维护成本的20%~30%。


  现在,嵌入到列车车厢、铁轨以及车站上的5万个固定传感器节点和2万个移动传感器节点,已经可以收集实时的运行数据,并通过光纤网络传送到监控中心,贝尔每天敲打铁轨的巡检方式已经成为过去时。


  负责提供该铁路智能传感解决方案的IBM公司称,SSB现在能提前发现并修复50%的安全隐患,每月火车延迟时间至少减少2000分钟,每年节省的维护成本达230万美元。


  早在2008年时,IBM就提出了名为“智慧地球”的传感器及物联网项目,意在为交通运输、电力网络、食品运输、医疗保健及水利管理等现实世界的庞大技术资产,提供更为智能化的感知系统。该战略在提出时,曾被视为IBM兜售其产品和服务的一种新营销策略,但现在此概念正在变为现实,IBM已经在全球开展了2000多个相关项目。


  传感商机


 传感器网络:虚实之间

  让我们看看虚拟世界中的已经和正在催生的巨头们——提供精确搜索的Google、在全球分发货物的Amazon、满足社交欲望的Facebook和其游戏寄生商Zynga、送来团购优惠的Groupon等,它们喜欢追踪你用鼠标点击、键盘输入以及触屏的行为,一旦感知到你的喜好,机会就来了。


  这种感知嗜好正在介入到现实世界——从你的手机、钱包、汽车、冰箱,到你所经过的桥梁、铁轨、楼宇、店铺,乃至你的身体本身。


  “互联网的下一次革命并不是基于5亿或10亿用户手动输入的数据上,只有把计算机和传感器连接在一起的话,潜力会更加巨大。”惠普公司CeNSE(地球中枢神经系统)项目负责人Peter Hartwell 博士称,1万亿个纳米传感器与驱动器组成物联网将相当于1000个因特网。


  CeNSE是惠普实验室近年来推动的一个重要研发项目,它是一个高度智能化的网络,由数以亿计的纳米传感器组成,具有感觉、味觉、嗅觉、视觉和听觉。一旦完成,它会成为一个全球性监测网络,测量和跟踪世界各地各种事物的变化,这将改变很多产业的运作模式。


  例如,惠普最近与壳牌共同开发出了一种惯性传感技术,它可以通过更高的灵敏度和超低频率来拍摄并记录地震勘探数据。两家公司把超过100万个无线传感器散布在沙漠中,然后制造一种类似坦克开过的微型地震,就能够得到大量的震感数据,经过一番分析,基本就能断定该区域是否藏有石油。


  苹果公司也对充当现实世界的感知入口产生了浓厚兴趣,它最近已经申请了一些生物传感方面的专利,包括指纹识别器、面部及虹膜识别感应器等,未来将其嵌入到iPhone、iPad等智能终端内。这意味着只要你一拿起手机,它就知道主人来了。


  这看上去似乎还有点遥远,但它可以做一些不那么遥远的事情——不久的将来,你将可以用iPhone测试自己的脉搏、心跳、血压等46~126项生理数据。这些数据可以通过无线通信网络传递至医院的诊断系统,从而演进成一种实时的远程医疗服务。


  当这些IT科技巨头们雄心勃勃宣布进入到新式传感以及物联网领域时,一些小型创业公司的激情也被激发出来。例如由苹果前高管托尼·法德尔(Tony Fadell)创办的硅谷公司Nest Labs,最近推出了一款数字调温器——它不仅可以感应气温,还能够探测房间内的人类活动及其进出房间的情况,并对室温进行相应的调整,从而达到节能的目的。


  还有一些科研机构正在进入一些更具挑战性的领域,比如美国的科学家已尝试在人类大脑内植入传感芯片,从而实现类似“隔空取物”、大脑自动连接互联网以下载信息等功能。


  看上去,已经没有什么可以阻挡人类将一切传感化的野心了,但确实如此么?


  传感之阻


  从最基础的传感器件来看,我们已经制造出了品类丰富并且工艺水平很高的传感器,有些传感器有着惊人的敏感度。例如惠普CeNSE项目第一阶段研发出了一种基于高速传感器运作的加速计,敏感度大约为Wii、iPhone或汽车气囊系统的敏感度的1000倍,几乎与人类的触觉一样敏感。惠普称要创造在传感器世界的摩尔定律,而很多科技巨头也对此信心满满,以延续它们在传统IT和互联网领域的成功。


  如果做一个简单的分拆,任何一个无线传感节点的4个普通部件中,传感器及其信号调节电路、微控制器、无线电收发器等3个部件可以受益于摩尔定律,但剩下的电源部件却不受此支配,电力损耗问题依然是一道尚没有完全逾越的屏障。


  更大的挑战来自于生态系统的建立与完善。微软亚洲研究院常务副院长赵锋称,就如同生物界中细胞不断新陈代谢以维系生命延续一样,传感器网络的最好状态就是可以形成一个类似生物学系统的体系,一部分传感器出现故障时,有其他的传感器可以替代,这就需要大的规模来保证。


  这意味着让“一切皆传感”从实验走入大规模的应用,没有人可以单独完成,还需要多个领域的共同配合,比如硬件、固件(firmware)、软件、界面等,这将是一条很漫长的产业链。


  现在,我们看到的更多是一些闭环的、小型的、局部的传感网试验,IBM中国研究院院长李实恭称之为“碎片化应用”:虽然布设了大量的传感器,但无法保障整个传感网络的可控性,即使能够做到可控,成本却非常高。


  现在,你可以将现在的传感试验视为一种热身运动,但“一切皆传感”的时代确实离我们越来越近。


  

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