12月19日消息，由中国移动通信集团公司携手中国教育和科研计算机网CERNET网络中心承办的“第二届CNGI工程技术论坛暨移动互联网国际研讨会”在北京举行。这是继第一届CNGI工程技术论坛成功举办以来移动互联网领域的又一次盛会！电子科技大学的汪文勇教授围绕“WSN的一个应用及有关问题”做主题演讲。

　　电子科技大学 汪文勇

　　全文如下：
　　汪文勇：各位下午好，今天上午很多的专家，国内外专家谈到下一代户，尤其是IPv6代表的技术一些网络层面的问题。我记得6、7年、7、8年以前大家讨论是不是要用IPv6的时候，那个时候有一个非常直接的想法就是IPv6到底比IPv4好在哪，所以那个时候拼命找杀手应用。想法很简单，假如说我们找到一种杀手应用，证明IPv6比IPv4好，没有问题我们就IPv6了。

　　但是从今天专家的演讲里面大家知道，使用IPv6还不简单实际应用问题就是大趋势，在中国更是国家战略，即便如此我们还要想在下一代互联网上面，我们要不断去拓展它的的使用。现在比较时髦一个话题就是机器对机器的应用，以前过去我们现在想M2M还是很有意义的提法。因为在过去我们做的很多工作当中，尤其是互联网工作当中大部分工作是人对人的等等。那么我想在下一代互联网里面越来越多产生这样一种应用就是M2M的应用。

　　今天谈到问题是目前我们正在做的一个研究，我也希望得到国家的进一步支持的一个项目，就是无线的应用，我们想做的应用是什么。大家知道WSN很好，但是怎么用它呢，大家可以说在环境，商业，军事等等方面。我们最近一个项目就是把WSN应用到农业上面去，在农业对我们太重要了。那么未来农业发展应该是向节约化精准农业发展，WSN是非常典型支持农业向精准发展的技术。过去对农田环境参数，生态参数的观测大量是通过卫星做的，遥感卫星，那么当然在一定范围也可能通过人工采集，但是这样的数据做法总是有一些问题。就是把卫星数据拿过来把WSN数据融合起来，能够产生一些更有价值的数据，达到节能降耗减排的作用。

　　我的讲演分为六部分，第一谈一下WSN的应用与发展，第二是工作基础，第三是精准农业生态获取，第四是陆双基联合农田生态数据反演系统，第五是技术方案，子系统设计，第六是未来发展方向。
　　WSN曾经02年03年的时候出现，曾经评为影响21世纪人类生产十大重要技术之一，目前为止它的应用还不是很广，还不是为许许多多人了解。那么我们总结起来WSN应用应该向三个方向走，第一是挖掘应用领域，第二就是增加它的能力，第三就是建立一些标准。

　　我这个有一个图里面看到左边阵列就是一个传感器的阵列，这个阵列就是可以帮助盲目恢复视力的阵列。那怎么来挖掘WSN应用领域？我们列了很多领域，WSN诞生之初大家知道，在大牙岛有一个对鸟类观测项目，刚开始是用在环境检测上面，用在野外。因为人无法长期在那工作，因为有能量约束，有通信的问题，所以WSN非常合适。除此之外有很多有意义的应用，比如说军事就不用说了，我们大家知道IDS，我们做网络的人知道IDS是网络检测系统，在沙滩上面部署很多传感器的节点，就不用很多士兵在那了，传感器会报警。

　　在环境方面，节能方面，物流方面，食品安全等等健康，都有很多应用，还包括一些新的应用，用WSN作为手段。举个例子，比如说在空间，我们要观测某一个位置星球环境的一些参数，认识它，了解它，现在的做法派无人飞船上去，派火星车、月球车上去，但是WSN可以起好作用，因为他成本很低，作为空间探测是非常有用的工具，可以有很多的扩展。在工业上面也可以用于工业控制，比如说科研风洞，用无线传感器部署起来非常容易，对风洞里面研究会带来很多便利等等不断在扩展。但是很多我们列出来东西是现在想象中的应用，真正想成功还不是太多。目前典型推用传感器网络节点包括三个部分一个是传感器，各样各种温度，气氛，压力，辐射的，电磁波的等等。凡是你能想到传感器都可以接到无线传感器，接到网络网络里面去。第二是处理器，他是一个小型智能设备，第三是智能通信。要扩展它的能力，在三个基本模块下面加一些新的模块，它就可以构成不同应用。如果加机器人就是可以移动的WSN，在一个有辐射环境里面，要进行辐射探测可以放一些传感器进去，如果是固定有一些区域去不了，通过机器人可以扩展方位达到更高的精准。

　　第二是卫星，在空间里面一些特殊应用加上卫星显示器，加上RFID等等，加上别的一些模拟就会后成很多别的的应用。还有一种是传感器本身的变化，比如说温度传感器可以用节能降耗减排，用于森林放火诸如此类，或者体温检测保健医疗，如果是气氛传感器或者是放在月球上，放在某一个星球上面的去，探测他二氧化碳的含量，如果是白天少、晚上多，有阳光的情况这个地方光和作用，有光和作用就很可能有生命，诸如此类这样一些应用。

　　我们在发改委支持下面我们做了个一个无线传感器的节点，左边就是我们节点一个照片。因为我们第一期工作要求小型化，看上去跟硬币一样大，中间芯片是我们自己的做是一个低功耗一个MCU。右边是我们应用的一些情况，我们把这个节点，我们希望我们传感器节点是蒲公英一样传到很多地方。

　　光学传感器或者红外传感器是有线，那么无线传感器节点右面有一个问题，未来发展自身带了IP随时可以接到网络里面去。国际上有这样一个联盟IPSO，里面有很多世界知名的公司，它的目的就是要创建一个传感器支持的实体对象的新兴网络。就是拿到一个传感器节点就可以直接上网络，比如说工业上面汽车，汽车大家知道非常多的传感器。那么传感器部署是非常困难的，维修有非常困难，要连线等等，非常麻烦。有了传感器网络未来汽车传感器应用可以多很多。

　　回到我们刚才问题，那么，刚才说到我们要找一种应用，典型应用能够大规模使用互联网传感器这样的技术，精准农业是非常好的一个应用一个方向。国外做很多工作，这些图是反映国外不同研究机构做的一些事情，比如说美国的国家环境预测中心等等，都在为利用遥感技术为农业信息化做贡献。英特尔在美国做了一个无线葡萄园，利用传感器节点检测土壤的信息，日本开展研究田间检测服务器，如何提供自动化农业产品的生产检测与田间信息收集手段。这里面核心问题就是可能大量用遥感和地面信息感知等等。

　　利用WSN空间遥感，为什么把这两个东西结合起来，传统空间摇杆有一个局限性，它的分辨率低，就是说我要检测一个温度、湿度，我希望颗粒度比较细，但是卫星做不到那么细，那么这是第一个问题。第二传统配合卫星，遥感来解决它的分辨率低这样一种问题的方法就是用人在去提取一些地面的准确的信息，对遥感数据进行校正，这样做法也有局限人去做。首先活动范围有限，然后你时间又不连续，成本很高。

　　那么，我们提出地面和空间的遥感数据结合，就是要用地面的传感器网络获取信息，大量连续的信息和空间信息结合起来，进行联合繁衍，最后获取信息第一精度高，第二颗粒度、细粒度非常好。我们要做的这个工作包括这样一些事情，地面数据和遥感数据进行耦合，进行数据融合，然后要做一个地面观测系统，在IPv6网络作地面观测系统。第三要获取精确景区农田环境的信息，然后把这个系统应用到一个范围里面去。我们大致现在选择我们北京师范大学和北京农业经济研究中心联合我们在京郊找了160公里的土地，看看到底会起什么作用？假定我们这个系统能够帮助提高5%的产量等等，是非常好的情况。按照我们现在系统设计，一个一亩农田我们增加费用不过几十块钱，但是能够提高产品5%的情况是非常好，假定我们如果减少种子使用，减少化肥的使用，减少农药的使用就更好了。

　　那么核心问题做一个传感器节点，这个节点专用节点，还要加不同传感器，或者一些不同特性加进去。我们现在设计的节点一个结构图，有一些防热的问题，还有散热的问题，防盗等等这样的问题，他是多传感器土壤问题，湿度传感等等情况。为了提高它的增加控制时间寿命，可能在这种情况下加一个田太阳能电池，就算没有我们希望通过软件控制，使节点通过时间可能半年以上它有一个作物季节，可以连续工作。

　　这是它的中央处理器部分的一个模块图，我们也做了一个总的大小才不到20K的嵌入式系统。我们到一个农田里有用两种方式部署一个是密集，一个是稀疏，为了降低成本在密集方式我们部署是一种传感器节点范围不是很大，但是节点密度很大，稀疏方式整个大面积我们要部署传感器节点，通过GPRS手段，把数据传到CNGI上来，通过处理出来结果就会提供给农业部门。进行早期的估产，进行施肥加水，施放农业的决策依据。

　　那么界定不同节点组合方面，太细节的问题我们不用讨论，这样做下来刚才说到我们在100平方公里范围内大概有1000多个节点部署一亩地增加几十块钱成本，目前我没有大规模生产的情况，这样一种成本核算，如果大规模推广以后成本会更低。传感器内部的通讯方式它自己解决，也许Wi-Fi，现在普遍采用802.15.4。系统是分为数据库和业务运行两部分，数据库包括背景数据库，比如说是玉米还是水稻，地里的情况等等这样一些基础数据。测量的空间数据，繁衍出来的数据，整个数据背后是一个繁衍模型处理系统，一个数据融合处理系统还有一个信息发布系统，融合出来数据可以指导农业生产，精准农业生产的一些有效的农业生产信息，发布到农业部门指导现场生产。

　　这是我们实验区观测子系统的流程，但这里面涉及到很多专业数据同化繁衍的模型，这个模型在传统的农业的应用里面有类似的东西。那么传感器得到的东西和空间得到的东西，联合进行繁衍大致会采用这样的模型，我们还会进一得分析和模拟。那么，举一个例子，这个数据拿来以后怎么进行早期估产，生产数据做早期农田估产就是这样一种算法，是通过光和作用这样一些数学模型进行推演。但是这里面要获得一些特别准确的像光合有效辐射，这样一些参数，这些参数遥感不能得到那么准确的数字，遥感出来农产估产数据不是太准确。我们还要做精度的评价，这也是很专业一个农业生产的一个模型。

　　那么，无线传感器的数据处理，这是一个网络上面一个问题，就是传感器数据如果采集到以后我们是N次数据是一一往上传是有问题，这样大大降低整个网络生命周期，要进行本地压缩，会聚融合传上来，要进行预处理。那么我们刚才提到数据融合算法，要密切的满足无线传感器网络特点，包括数量，分布密度，拓扑结构，能量约束，技术能力约束，存储空间约束等等。对无线传感器网络很重要就是它的生命期，如果太短的话，WSN是没有意义。还有遥感系推获取系统是来自卫星的数据，地面获取，数据库建设，数据库融合的问题。那么有一系列难点，比如说作物生长遥感指标，刚才说这个网络部署密集部署说起来很简单做起来是非常难，传感器目前是没有结构的，是没有路由器，是用组网，组网有一些非常复杂的问题，做不好这个传感器网络两天就死掉。所以要一种算法，包括路由，应用尽可能提高生命周期，这是一个很大的问题，尤其是大规模的应用的。

　　第三个问题就是耦合模型，怎么进行耦合。那么，未来这样一个系统，它要从检测，到反过来进行控制，精准农业控制，通过检测发现现在需要水，不需要内供浇水，可以通过人工智能浇灌系统等等。未来农业像我们  十多二十年前认为美国农民不叫农民叫农业工人，未来农业也是我们理解工业是大量需要信息技术支持，所以这个工业信息化，信息化改造传统产业很重要是改造农业，改造农业效果可能比改造工业效果一点不会差的，我就介绍到这个地方谢谢大家。