物聯(lián)網(wǎng)核心：無線傳感器網(wǎng)技術(shù)專利分析

信息革命的第三次浪潮正悄然來臨并將最終改變社會、企業(yè)、社區(qū)和個人生活的方式。這次信息革命既是大家熱論的物聯(lián)網(wǎng)，也是新一代互聯(lián)網(wǎng)和無處不在計算模式的最新版本。為使物聯(lián)網(wǎng)能達(dá)到全球互聯(lián)和隨時隨地與任何人和物通信的能力，物聯(lián)網(wǎng)涉及非常廣泛的信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)。其中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)技術(shù)備受關(guān)注。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般是由在空間分布的和獨立的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成的。節(jié)點包含有傳感器來監(jiān)控節(jié)點的物理或環(huán)境條件，如溫度、聲音、震動、壓力、運動或污染物等。每個節(jié)點通常帶有無線電收發(fā)器或其他無線設(shè)備通信設(shè)備以通過網(wǎng)絡(luò)把傳感數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)庫和其他用戶。這樣，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以用于數(shù)據(jù)收集(Data Collection)、目標(biāo)跟蹤(Object tracking)以及報警監(jiān)控(Alarm monitoring)等。

過去幾年來，國內(nèi)外無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用取得了很大的進展。在家庭自動化、工業(yè)自動化、樓宇控制、智能計量和電源管理市場等市場尤為顯著。同時，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)制訂工作進展迅速，大大減少了智能傳感器和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。例如，國際電機及電子學(xué)工程師聯(lián)合會(IEEE)的1451工作組(IEEE 1451)建立了一個智能傳感器即插即用(plug-and-play)的標(biāo)準(zhǔn)，使所有符合標(biāo)準(zhǔn)的傳感器能和其他儀器和系統(tǒng)一起工作。

這一系列標(biāo)準(zhǔn)被稱為IEEE 1451的智能傳感器(包括傳感器和驅(qū)動器)接口標(biāo)準(zhǔn)，包括界定不同接口的不同標(biāo)準(zhǔn)用來連接傳感器和微處理器、儀表系統(tǒng)以及控制異地網(wǎng)絡(luò)。在這些標(biāo)準(zhǔn)中，IEEE 1451.5部分是目前很多研發(fā)活動的集中點。IEEE 1451.5部分規(guī)定了能使與1451兼容的傳感器和其他設(shè)備進行無線通訊的技術(shù)。

IEEE目前也正在制定無線個人區(qū)域網(wǎng)路(即WPAN)的兩個標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11和IEEE 802.15。其中，IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)正逐漸被接受成為低速率無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(LR-WPANs)物理層和媒體訪問控制的標(biāo)準(zhǔn)。另外，無線傳感器網(wǎng)領(lǐng)域還有兩個基于IEEE 802.15.4的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：ZigBee和WirelessHART。ZigBee是一種作為一個開放的全球標(biāo)準(zhǔn)而制定的無線技術(shù)，是為解決低成本、低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特殊需求開發(fā)的。該標(biāo)準(zhǔn)充分利用IEEE 802.15.4的無線收發(fā)器物理層規(guī)范，并采用在全球均可經(jīng)營而無需特殊許可的頻率范圍：2.400—2.484千兆赫，902—928 兆赫和868.0—868.6兆赫;WirelessHART是另一個由HART通信基金會開發(fā)的開放標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。該協(xié)議采用了時間同步、自我組織和自我修復(fù)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該協(xié)議目前支持通過使用IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無線電媒體并在2.4GHz ISM波段操作。

此外，其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和專有系統(tǒng)也可能作為用于實施無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的選擇。例如，EnOcean是在樓宇自動化領(lǐng)域廣泛使用的無線通信系統(tǒng)，也被認(rèn)為是可能用在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一種技術(shù)，但它并沒有經(jīng)任何公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)進行標(biāo)準(zhǔn)化。而Z-Wave是為家庭自動化設(shè)計的無線通訊專有標(biāo)準(zhǔn)，特別針對在家用和輕型商用環(huán)境中的遙控應(yīng)用。該技術(shù)采用低功耗無線收發(fā)器嵌入或裝到家庭電子設(shè)備和系統(tǒng)中，例如照明系統(tǒng)、家庭訪問控制系統(tǒng)、娛樂系統(tǒng)和家用電器。這項技術(shù)已被Z-Wave聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化。Z-Wave聯(lián)盟是一個國際生產(chǎn)廠商之間的聯(lián)盟，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)Z-Wave產(chǎn)品和設(shè)備的兼容性。

同時，一些現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)也正在被修改以適應(yīng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。例如，基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)(WLAN)標(biāo)準(zhǔn)、稱作WiFi標(biāo)準(zhǔn)、被加入了一種支持低功耗的版本——所謂的低功率WiFi，以用于實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

美國專利局的數(shù)據(jù)顯示，在無線傳感網(wǎng)技術(shù)方面，美國擁有最多的已授權(quán)的專利，日本其次，加拿大、韓國和法國隨后。同時，美國也擁有最多的已公開的專利申請，韓國其次，日本、瑞典和***隨后。美國頒布的專利總數(shù)依然逐年增加，2009年頒布的專利是2005年的兩倍以上，這表明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)活動在近幾年十分強勁。

如將美國專利分布狀況按照公司來分析，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上領(lǐng)先的15個頂級公司分別是：思科(Cisco)、愛立信(Ericsson)、費希爾羅斯蒙特(Fisher-Rosemount)、通用電氣(GE)、霍尼韋爾(Honeywell)、IBM公司、英特爾公司(Intel)、微軟公司(Mircosoft)、摩托羅拉(Motorola)、NEC公司、諾基亞公司(Nokia)、飛利浦公司(Philips)、三星公司(Samsung)、西門子公司(Siemens)和索尼公司(Sony)。其中，諾基亞公司擁有的已授權(quán)的美國專利數(shù)量最多，摩托羅拉、英特爾和微軟緊隨其后;三星公司擁有的已公開的美國專利申請數(shù)量最多，隨后是霍尼韋爾、微軟、摩托羅拉和NEC公司。另外，值得注意的是，IBM公司是目前在物聯(lián)網(wǎng)方面全面領(lǐng)先的公司之一。