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分布式数据库技术在信息传输与传感网中的应用

【摘要】:MEMS能够把无线通信、传感器和信号处理集成到一起,形成一个传感节点。一组这样的传感节点就构成一个无线传感网。NB-IOT构建于蜂窝网络,只消耗约180 k Hz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本,实现平滑升级。图20.4WSN协议栈从体系结构看,ISO的OSI提出了一个七层协议体系。无线传感网的目标是获取数据。

感知到的数据往往要传输到其他设备,以便处理、存储或分析。这里,无线通信技术[6]扮演了重要角色。

无线传感网(wireless sensor network,WSN)是由无线连接的传感器和激励器构成的网络。传感器和激励器网络已存在很久,而WSN则新得多,因为无线通信技术是近些年来迅速发展起来的。微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)的涌现是一个诱因。MEMS能够把无线通信、传感器和信号处理集成到一起,形成一个传感节点(sensor node)。这样,传感节点有了信号处理和无线通信的功能。一组这样的传感节点就构成一个无线传感网。现在使用超小型的传感节点收集信息已经十分方便。这类传感节点往往使用电池尤其是锂电池供电,使得其部署十分灵活。无线传感器种类繁多,可以采集各种信息,如温度、湿度、声波、车辆移动、亮度、压力、噪声等。

一些无线通信标准为WSN的使用和推广起了重要作用,如IEEE 802.15.4(ZigBee和6Low PAN)。值得一提的是,目前NB-IOT十分吸引人。

NB-IOT是narrow band internet of things(窄带物联网)的简写,为了与现在的移动网络兼容,主要基于LTE技术(3GPP Release 13)。

NB-IOT构建于蜂窝网络,只消耗约180 k Hz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本,实现平滑升级。NB-IOT的特点如下。

●覆盖面广,相比传统的GSM,基站可以提供10倍的覆盖面。

NB-IOT基站可以覆盖10 km的范围,小县城一个基站就可以覆盖。同时,相比LTE和GPRS基站,NB-IOT提升了20 dB的增益,能覆盖到地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方,但NB-IOT仍然可以通信。

●海量连接,200 k Hz的频率可以提供10万个连接。提供的连接越多,基站建得越少,越省钱。(www.chuimin.cn)

●低功耗,使用AA电池(5号电池)便可以工作十年,无需充电。

现在,5G无线通信的迅速普及和应用,也为物联网的发展提供了良机。5G即第五代移动通信技术(5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-generation,简称5G或5G技术),是最新一代蜂窝移动通信技术,也就是4G(LTE-A、Wi Max)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系统之后的延伸。5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。

图20.4 WSN协议栈

从体系结构看,ISO的OSI提出了一个七层协议体系。类似地,WSN可以定义为一个五层体系。图20.4是一个WSN的协议栈。

无线传感网的目标是获取数据。以农业环境为例,假设有一个农业物联网,对植物和环境而言,需要采集温度、湿度、光照度、地下水位、土壤含氮量、植物长势、叶子颜色等。数据采集的周期各不相同,数据量很大。对存储而言,需要适应时间需求和数量需求。