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科技日报:无线传感器网络技术专利分析

行业聚焦点中国仪表网2010年06月02日 09:14人气:4461

  导读: 过去几年来,国内外无线传感器网络技术的发展和应用取得了很大的进展。在家庭自动化、工业自动化、楼宇控制、智能计量和电源管理市场等市场尤为显著。同时,无线传感器网络的标准制订工作进展迅速,大大减少了智能传感器和无线传感器网络的复杂性。美国颁布的专利总数依然逐年增加,2009年颁布的专利是2005年的两倍以上,这表明无线传感器网络技术的研发活动在近几年十分强劲。

  信息革命的第三次浪潮正悄然来临并将最终改变社会、企业、社区和个人生活的方式。这次信息革命既是大家热论的物联网,也是新一代互联网和无处不在计算模式的最新版本。为使物联网能达到全球互联和随时随地与任何人和物通信的能力,物联网涉及非常广泛的信息产业技术。其中无线传感器网络(WSN)技术备受关注。

  无线传感器网络一般是由在空间分布的和独立的网络节点组成的。节点包含有传感器来监控节点的物理或环境条件,如温度、声音、震动、压力、运动或污染物等。每个节点通常带有无线电收发器或其他无线设备通信设备以通过网络把传感数据传输给数据库和其他用户。这样,无线传感器网络可以用于数据收集(Data Collection)、目标跟踪(Object tracking)以及报警监控(Alarm monitoring)等。

  过去几年来,国内外无线传感器网络技术的发展和应用取得了很大的进展。在家庭自动化、工业自动化、楼宇控制、智能计量和电源管理市场等市场尤为显著。同时,无线传感器网络的标准制订工作进展迅速,大大减少了智能传感器和无线传感器网络的复杂性。例如,国际电机及电子学工程师联合会(IEEE)的1451工作组(IEEE 1451)建立了一个智能传感器即插即用(plug-and-play)的标准,使所有符合标准的传感器能和其他仪器和系统一起工作。

  这一系列标准被称为IEEE 1451的智能传感器(包括传感器和驱动器)接口标准,包括界定不同接口的不同标准用来连接传感器和微处理器、仪表系统以及控制异地网络。在这些标准中,IEEE 1451.5部分是目前很多研发活动的集中点。IEEE 1451.5部分规定了能使与1451兼容的传感器和其他设备进行无线通讯的技术。

  IEEE目前也正在制定无线个人区域网路(即WPAN)的两个标准IEEE 802.11和IEEE 802.15。其中,IEEE 802.15.4标准正逐渐被接受成为低速率无线个人区域网络(LR-WPANs)物理层和媒体访问控制的标准。另外,无线传感器网领域还有两个基于IEEE 802.15.4的工业标准:ZigBee和WirelessHART。ZigBee是一种作为一个开放的全球标准而制定的无线技术,是为解决低成本、低功耗无线传感器网络的特殊需求开发的。该标准充分利用IEEE 802.15.4的无线收发器物理层规范,并采用在全球均可经营而无需特殊许可的频率范围:2.400—2.484千兆赫,902—928 兆赫和868.0—868.6兆赫;WirelessHART是另一个由HART通信基金会开发的开放标准的无线网络技术。该协议采用了时间同步、自我组织和自我修复的网状网络结构。该协议目前支持通过使用IEEE 802.15.4标准的无线电媒体并在2.4GHz ISM波段操作。

  此外,其他行业标准和专有系统也可能作为用于实施无线传感器网络技术的选择。例如,EnOcean是在楼宇自动化领域广泛使用的无线通信系统,也被认为是可能用在无线传感器网络的一种技术,但它并没有经任何公认的标准化机构进行标准化。而Z-Wave是为家庭自动化设计的无线通讯专有标准,特别针对在家用和轻型商用环境中的遥控应用。该技术采用低功耗无线收发器嵌入或装到家庭电子设备和系统中,例如照明系统、家庭访问控制系统、娱乐系统和家用电器。这项技术已被Z-Wave联盟标准化。Z-Wave联盟是一个国际生产厂商之间的联盟,负责协调Z-Wave产品和设备的兼容性。

  同时,一些现有的标准也正在被修改以适应无线传感器网络技术。例如,基于IEEE 802.11标准的无线局域网(WLAN)标准、称作WiFi标准、被加入了一种支持低功耗的版本——所谓的低功率WiFi,以用于实现无线传感器网络技术。

  美国专利局的数据显示,在无线传感网技术方面,美国拥有最多的已授权的专利,日本其次,加拿大、韩国和法国随后。同时,美国也拥有最多的已公开的专利申请,韩国其次,日本、瑞典和台湾随后。美国颁布的专利总数依然逐年增加,2009年颁布的专利是2005年的两倍以上,这表明无线传感器网络技术的研发活动在近几年十分强劲。

  如将美国专利分布状况按照公司来分析,在无线传感器网络技术上领先的15个顶级公司分别是:思科(Cisco)、爱立信(Ericsson)、费希尔罗斯蒙特(Fisher-Rosemount)、通用电气(GE)、霍尼韦尔(Honeywell)、IBM公司、英特尔公司(Intel)、微软公司(Mircosoft)、摩托罗拉(Motorola)、NEC公司、诺基亚公司(Nokia)、飞利浦公司(Philips)、三星公司(Samsung)、西门子公司(Siemens)和索尼公司(Sony)。其中,诺基亚公司拥有的已授权的美国专利数量最多,摩托罗拉、英特尔和微软紧随其后;三星公司拥有的已公开的美国专利申请数量最多,随后是霍尼韦尔、微软、摩托罗拉和NEC公司。另外,值得注意的是,IBM公司是目前在物联网方面全面领先的公司之一。(科技日报 谭文晔 薛之扬)

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