YOCSEF上海－无线传感网络与普适计算技术学术报告会

YOCSEF上海
于2008年3月15日 (星期六)14:00-16:30在
上海交通大学工程馆315室（上海市华山路1954号）
举行报告会，敬请光临!
报告会主题－无线传感网络与普适计算技术
    无线传感网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息。无线传感网络可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量详实而可靠的信息，从而真正实现“无处不在的计算”理念。
    无线传感网络是传统计算机网络技术发展的延伸，是一个全新的研究领域，孕育了巨大的创新空间。然而在无线传感网络研究发展过程中仍有一些关键问题困扰这国内外的研究者。如何找到迫切需要发挥无线传感网络自身特点及优势的关键应用？我国的研究者如何从跟随研究进步到创新型研究？使我国本领域的科研跻身于国际学术前沿。
    本次报告会将从多个角度探讨无线传感网络与普适计算的关键问题，演讲者将探讨非绑定的普适计算概念，并由此延展至无线传感器网络在智能空间的应用。我们诚挚邀请广大专家学者和研究生积极参加本次学术报告会，与国内顶级研究机构的资深研究者共同讨论无线传感网络的未来的发展。

程  序
14:00    报告会开始
特邀讲者：刘云浩  香港科技大学副教授
演讲题目：无线传感网与非绑定普适计算
特邀讲者：王  漫  上海市计算技术研究所高级工程师
演讲题目：无线传感自组织基站网
执行主席：薛广涛  博士，上海交通大学副教授
执行主席：王  漫  博士，上海市计算技术研究所

联系人：
薛广涛，电话：13032191882，Email：xue-gt@cs.sjtu.edu.cn
王  漫，电话：13816003385，Email：manwang@163.com

特邀讲者  刘云浩
毕业于清华大学自动化系，获工学学士学位；在北京外国语大学获文学硕士学位；并在美国密歇根州立大学计算机系获得硕士和博士学位。他的博士论文在美国密歇根州立大学获得优秀奖(DCF: Dissertation Completion Fellowship)。目前是香港科技大学计算机科学与工程系博士生导师，西安交通大学特聘教授，中国海洋大学客座教授，IEEE 高级会员（IEEE Senior Member ）。刘云浩博士担任MobiHoc、INFOCOM、WWW、ICNP、ICDCS、SenSys、RTSS、PerCom 等多个国际主流会议程序委员，并担任 2008 年世界互联网大会（ WWW2008 ）副主席。他在很多国际一流学术期刊如《IEEE/ACM Transactions on Networking》，《IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems》，《IEEE Transactions on Computers》以及主流会议MobiCom、INFOCOM、SIGMOD、VLDB、ICNP等发表过二十余篇很有影响的论文，迄今已在国际会议及期刊杂志发表80 篇以上论文，国际引用累计超过800次。2005 年其论文被 IEEE 国际电子商务年会 (ICEBE) 授予大会最佳论文奖。2007年其论文被IEEE PerCom选入Best Papers Session并作大会演讲。2008年1月被授予香港最佳创新与研究特等奖（Hong Kong Best Innovation and Research Award: Grand Award）。本次演讲将探讨非绑定的普适计算概念，并由此延展至无线传感器网络在智能空间的应用。

特邀讲者  王  漫
博士，高级工程师，现任上海市计算技术研究所研发三部主任，2004年10月中国科学院上海微系统与信息技术研究所，博士后出站。现担任上海市计算机学会CSCW专业委员会委员，上海市计算机学会普适计算专业委员会常委。从2001年起，一直从无线传感器网络的研发工作，近三年来作为课题责任人或主要技术人员主持及参与了主持上海市科委项目《基于无线传感器网络的实用监控系统开发》、世博科技专项《基于RFID现场感应的世博信息服务关键技术及示范系统的研究开发》中的《RFID无线数据链技术研究》项目、"E-上海"科技攻关项目 《无线传感器网络关键技术攻关及其在道路交通中的应用示范研究》中的《基于Linux的传感网操作系统的低功耗、轻量化研究》项目、上海市科委项目《面向能量不均衡型应用的无线传感自组织基站网系统开发》、科技部与上海市“部市合作”、“国家科技支撑项目”世博专项 《世博园区导览综合信息服务和宣传展示系统关键技术研究》中的《自适应选频无线传感器网络系统》和《自适应选频无线微网数据链》课题。是国内最早从事无线传感网络领域研究的专家，具有丰富的实际系统设计经验。

使用Net Micro Framework加速无线传感器网络开发

使用Net Micro Framework加速无线传感器网络开发

上网时间：2007-09-01

秦飞  著

新生的无线传感器网络经过了几年的研发与应用工作，科技人员已经从EE CS为代表的路由算法研究，扩展到了土木工程、环境监测、工业、自动控制等面向实际应用的系统开发。对于后者而言，一个简单的、容易上手的研发平台意义重大，意味着开发者不必再花费数周时间去学习新的开发语言，熟悉新的操作系统流程。

Crossbow公司考虑到这种日益扩大的需求，推出了简便的WSN开发方法。该方法使用成熟的.Net Micro Framework软件架构，与上层开发软件相同的开发环境配合，运用下一代无线传感器网络平台Imote2进行面向实际应用WSN开发。该种方式可以极大地缩短无线传感器网络的研发周期，简化系统开发复杂度。开发人员可以在数小时或几天内快速实现概念验证，完成无线传感器应用原型系统的实现，这个过程以前通常需要花费数周甚至数月时间。在有特殊传感器需求时，研究人员还可以通过.Net Micro Framework开放的接口，修改HAL层代码来自定义硬件支持系统。

.Net Micro Framework是微软专门针对超轻量级平台设计的软件架构。与.Net Framework和.Net Compact Framework不同的地方是，.Net Micro Framework具有自启动的特性，并且在HAL层，微软将操作系统的必要特性引入，如：启动管理、中断处理、线程调度、内存管理等。.Net Micro Framework可以单独使用，不需要依托其他操作系统，因此占用空间很小。其最小需求为120K FLASH和70K RAM空间。可以灵活部署在Imote2无线传感器网络节点之上，Imote2平台提供了各32M的FLASH和RAM空间，部署.Net Micro Framework仅占用其1%左右的存储空间，剩余部分可以留给开发者进行算法设计或存储本地数据。

.NET MF的技术架构示意图。

.Net Micro Framework依然保留将Common Language Runtime(CLR)做为核心处理，通过CLR的安全保护机制，开发者可以将更多的精力放在高复杂度的无线路由算法和数据处理算法上(如视频传感器的目标识别等)，而无需担心内存溢出等问题。同时CLR支持整个Framework的可裁剪特性，开发者可以自定义需要的组件而将不需要的部分编译在最终可执行映像之外。

.Net Micro Framework相对于.Net环境而言，适当消减了支持库的数目，如数据库访问、Web服务、打印服务等超轻量级平台不会用到的支持库被排除在. Net Micro Framework之外。与此同时，Crossbow则将研究多年的支持IEEE 802.15.4的Xmesh无线协议栈以支持库的方式加入到.Net Micro Framework SDK之中，用以做为用户上层应用程序开发的基础。该协议栈具有自组织、自愈合的特性，在科学研究，环境监测，工业自动化，智能家居等领域具有广阔的市场前景。

Imote2.builder套件之中提供了3个Imote2无线传感器节点、2个ITS400基础传感器板。Imote2采用了PXA271做为主处理器，可以工作在0.85V、13MHz的低电压低频率模式下。在0.85V的最低电压状态下，处理频率可以升至104MHz；而在升高工作电压后，处理器可以工作在416MHz。该处理器可以支持睡眠和深度睡眠模式，Imote2可以通过配置工作在不同的模式之下，在处理能力和功耗之间灵活选择平衡点。

同时Imote2提供了丰富的外部接口。其中包括的快速SPI总线接口可以连接高速ADC采样芯片进行高频振动监测，CCD芯片接口与AC97接口可以进行无线传感器网络的音视频开发，除此之外还具有常用的I²C,UART,GPIO等传感器接口。

利用主处理芯片PXA271内嵌的MMX指令集，可以加速多媒体和数字信号处理的执行效率。因此Imote2的发布使得研究人员可以着手进行在以往的无线传感器网络中由于处理量限制而无法涉及的领域，例如，耶鲁大学目前开发的无线视频传感器网络，伊利诺伊大学香槟分校进行的用以监测建筑物振动的无线传感器网络等。

ITS400基础传感器板包含了常用的光线传感器、温度传感器、湿度传感器、三轴加速度计、以及用以外接传感器的4通道ADC接口。分别通过I²C、 SPI以及GPIO与Imote2相连。具体包括：ST Micro LIS3L02DQ 3D轴12位±2g加速度计、高精度±3℃ Sensirion SHT15温湿度传感器、TAOS TSL2651光传感器、Maxim MAX1363 4通道ADC模数转换器、TI Tmp175数字温度传感器。

Imote2.builder套件在出厂时已经完成了Bootloader的加载工作。开发者将其通过USB接至开发主机后，PC机可以自动识别并加载。其后通过Visual Studio 2005或之上的版本，配合C#语言可以直接对Imote2编程开发，支持ISP、单步调试等功能，无需另外使用JTAG仿真器，简化了用户的开发复杂度。

using Microsoft.SPOT.Hardware;

using Microsoft.SPOT.Hardware.Mote2;

.Net Micro Framework提供了对I²C、SPI的完善支持，以采用I²C总线的温度和光度传感器为例，在引用了上面语句所指向的硬件支持库之后，只需建立一个新的I²C对象并定义目标设备的I²C地址，即可非常方便的对其访问操作。

private static I²C Device I²CBus = new I²C Device(new I²C Device.Configuration(0, 0));

private const ushort TemperatureAddress = 0x4A;

private const ushort LightSensorAddress = 0x49;

传感器板的功耗在全部工作时，约为15mA左右。而Imote2主板在低压低频的工作模式下功耗约在60mA左右。通过调用：

Microsoft.SPOT.Hardware.Utility.HibernateSystem();

可以进入深度休眠状态，功耗可以低至600uA。

射频驱动库涵盖了PAL(Platform Abstraction Layer)和HAL(Hardware Abstraction Layer)层。前者存在于Crossbow.platform.imote2中，而后者则由Crossbow.radio.cc2420定义。而为了和目前普遍应用TinyOS的无线传感器网络兼容，Crossbow专门定了一个转换类：Crossbow.lib.tos.其中在：

1. 无线设备可以由Radio类的构造函数初始化：

public Radio(ushort freq, ushort power, ushort pan_address, ushort address);

可选项包括：

LocalAddress:= [0x0000, 0xFFFF]

PANAddress := [0x0000, 0xFFFF]

Channel := [11, 26]

Frequency := [2400, 2483] (MHz)

RFPower := [1, 31] (1:= -25dBm, 31:= 0dBm)

2. 发送数据可以通过调用以下函数实现：

public bool Send(ushort dstPanAddr, ushort dstAddr, byte[ ] data);

3. ReceiveSrc提供给了开发者从指定信源接受数据包的功能，timeout则指定了超时退出时间：

public byte[ ] ReceiveSrc(ushort srcPanAddr, ushort srcAddr, int timeout);

4. ReceiveAny则提供给了开发者从任意信源接受数据包的功能：

public byte[ ] ReceiveAny(ref ushort srcPanAddr, ref ushort srcAddr, int timeout);

5. in TOSRadio.cs提供了将数据包转换为标准TinyOS数据包的功能并可灵活设置amType,GrouID等变量用以和Mica系列无线传感器网络结合。该功能的存在使得将Imote2用作簇头节点与普通Mica节点配合工作的设想变为现实：

Public byte[ ] ConvertToMica2Msg();

在项目的顶层类中，存在Main()函数做为程序入口。.Net Micro Framework支持线程的概念。多线程的应用可以充分利用Imote2的强大处理能力，同时多任务并发。因此我们通常将传感器采集工作独立出来，用单独的线程处理，而在主线程中处理无线通信。而数据处理工作(如视频处理，数字信号处理等)也可单独列为线程在通信和采集的余裕时间内进行。

灵活性与安全性并存的.Net Micro Framework架构将能极大的扩展无线传感器网络的适用范围，加速无线传感器网络的工业化进程。

作者：秦飞

Crossbow Technology公司北京代表处

此文章源自《电子系统设计》网站：
http://www.ed-china.com/ART_8800022322_400005_500001_OT_93115867.HTM

调查显示无线传感网在建筑节能方面作用日益显著

调查显示无线传感网在建筑节能方面作用日益显著

来自市场调查公司 ON World 的数据显示，清洁价廉的无线传感网系统的应用正在使建筑的能耗降低、维护减少、碳排放量下降。到 2011 年，无限传感网在商业建筑方面应用所获得的收入将达到 26 亿美元。

终端用户节能意识和需求的提高、价值体系的增强、相关标准的强化都促进了世界范围内 WSN 在绿色建筑中的应用。到 2013 年，商业建筑节能降耗的 25%（价值约合 74 亿美元）将来源于 WSN 的应用。

“商业建筑采用建筑控制技术的主要动力来自于能源管理”，ON World 的研究主管Mareca Hatler 说。

节能意识和需求的提高

ON World 调查了 115 名建筑运营经理，其中 2/3 熟悉 WSN 技术，1/5 目前正在使用 WSN 技术。未来 18 个月，61%的经理表示计划使用能源管理技术。

价值体系的增强

和两年前很少的几个 WSN 开发商相比，目前有 100 多家 WSN 开发商、集成组装商、制造商瞄准了建筑控制解决方案市场。一些全球最大的 OEM 厂商，比如：Assay Abloy、日立、Ingersoll-Rand、Johnson Controls、施奈德电气、西门子、Trane 等公司，都已有商业化 WSN 产品销售。

相关标准的强化

IEEE802.15.4 和 ZigBee 已成为建筑用 WSN 解决方案的首选标准。今年，商业建筑中将有约 2/3 已部署的 WSN 节点采用 IEEE802.15.4 标准。建筑控制市场的领先企业中有 4/5 已经有基于 Zigbee 标准的WSN 产品问世。

新兴的市场

虽然 HVAC 是常用的解决方案，但 WSN 还是有如：灯控系统、测量、状态监测等新的市场机会。住宿、生产、仓储、数据中心等场合多数都缺少传统的建筑控制系统，因而对 WSN 的市场需求最大。2011 年，非传统市场上的收入将占到 WSN 商业建筑收入的 1/4 以上。（姬永成 编译）

http://www.msc.ac.cn/news/hydtnews/hydtnews34.htm

弥补技术遗憾 美学者找出传感器设计新途径

弥补技术遗憾 美学者找出传感器设计新途径

传感器制造商一直在透过反复试验的工程创新方法来改善传感器的灵敏度；但遗憾的是业界并没有一个框架(framework)来总括所有的经验法则，以做为新一代传感器的设计方法。而来自美国普渡大学(PurdueUniversity)的工程师补足了这个遗憾，为设计传感器提供了新的途径。 
普渡大学电子电机教授AshrafAlam表示，他与其博士研究生PradeepNair已经采取一种系统化方法(systematicway)将各种设计法则整合在一起，因此他们已拥有一个具一致性的框架来对改善传感器的设计。为了测试他们的传感器设计法则，他们着手研究哪一种纳米级传感器设计，对于透过目标分子(targetmolecule)进行感测的应用最适合。 
研究人员过去就已经发现，当感测个别分子时(例如烟雾探测器或生物、化学探测器)，感测组件越小越好，但其原因一直未被证实地认为，是与目标分子的扩散情况会限制传感器运作速度有关。 
而Alam 和Nair宣称已为以上的理论得到了证实。首先，他们比较了传统的平面传感器(planarsensor)组件与圆柱形单纳米管传感器  (cylindricalsingle-nanotubesensor)组件，结果显示较小的圆柱形传感器的灵敏度至少高100倍，这足以证明越小越好的理论。 
而其原因更令人吃惊──工程师原本以为纳米级传感器较好，是因为感测组件的尺寸与被感测的分子较为接近，不过普渡大学的研究人员却颠覆了以上想法，指出奈米级圆柱传感器优于平面传感器的原因，是因为目标分子会从正面(front)扩散到平面传感器的表面，而圆柱形奈米管传感器并没有所谓的“正面”。 
Alam指出，当使用纳米级的圆柱形传感器，被感测的分子会从四面八方而来，因此其灵敏度会优于传统的平面传感器。 
不过虽然圆柱形纳米级传感器的灵敏度较高，却难以制造，有些传感器设计人员使用纳米复合材料(又称为nanonet)感应元素，使用多个圆柱形奈米管或者奈米线，组成奈米线丛。但Alam却指出这类传感器并不会优于单奈米线传感器。 
此外研究人员还对纳米点(nanodot)传感器进行了研究，因为球形传感器看起来应该比圆柱形传感器更灵敏，因为分子能够从更多的方向接触感测组件。不过根据他们的模型显示，球形纳米传感器并不会比奈米线或者奈米管传感器具有更大的优势。 
目前，研究人员正使用他们的模型，来建构能够使用电子式方法检测DNA序列的传感器，使基因定序(genomesequencing)工作能更容易透过自动化的方式进行。目前的基因定序是透过分子化学探测的方法执行，速度慢且程序繁琐。

原文：

http://www.21ic.com/news/html/8/show24759.htm

21ic或电子工程专辑,2008.01

以色列公司开发新型水底无线传输技术，带宽达到视频传送级别

以色列公司开发新型水底无线传输技术，带宽达到视频传送级别

位于以色列的Ashkelon的Sea-Eye Underwater Ltd.公司开发了一种声学调制器，据称这种调制器可以使用无线在水底通信中实时传送视频图象。

这种技术基于超声波，计划用于实时传输数据，通过连到视频摄像机或者声纳的调制器传输视频或者声纳图象，司机或者无人驾驶的水底交通中可以使用。该公司打算首先在100到200米的距离上提供无线实时通信技术，然后再为300米到500的距离上的通信对技术进行优化。

成立于2004年4月的Sea-Eye Underwater公司介绍说他们使用的频率和带宽范围再目前水底通信和声纳通信的频率和带宽范围之外，在500-KHz和1-MHz之间的载波上数据传输率可以达到每秒200kbits。该公司称他们同时为处理水底的噪声问题开发了算法，比如多路径反射和多普勒效应问题。

水底调制器这种技术的目标市场在港口的探测和监视，大洋地理环境调查，生态环境监测和记录，水族世界和鱼类的情况，潜水娱乐项目，私人游艇参观和国家安全。Sea-Eye Underwater公司的成立源于以色列首席科学家办公室的孵化项目，并得到Ashkelon Technological Industries的赞助。

原文： 电子工程专辑 200802