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mote(智能微尘)是怎样工作的

名为mote的新计算概念也可称为智能微尘和无线感知网络。现在,军方计划使用mote采集战场上的信息,工程师打算将其混合到混凝土中,并用它们从内部监视建筑物和桥梁的状况。 mote可能有数千种不同的应用方法,随着人们对这一概念的熟悉,更多的应用方式可能会应运而生。这是分布式感知技术的一种全新模式,翻开了人们审视计算机的诱人新篇章。下面就是mote的工作原理以及这项技术的多种潜在应用。 MICA mote使用一块以4 MHz速度运行的Atmel ATmega 128L处理器。128L是一个8位微控制器,它有一128 KB板载闪存用来存储mote的程序。此CPU的运算能力大致与最初IBM PC(中的8088 CPU相当。一个较大的差异是ATmega在运行时仅消耗8毫安电流,而在休眠模式下仅消耗15微安的电流。这种低功耗使得MICA mote仅用两节AA电池就可以运行一年以上。一节普通AA 电池可以产生大约1,000毫安每小时的电量。工作电流为8毫安时,ATmega可以连续工作大约120小时。不过,程序员通常会编写代码使CPU在多数时间内处于休眠状态,从而显著延长电池寿命。例如说,mote可能会休眠10秒钟,苏醒并检查状况若干微秒,然后恢复休眠状态。
方法和优势
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所有这些硬件部件合起来构成一个MICA mote。程序员编写软件来控制mote并使它按照特定的方式执行操作。MICA mote上的软件是在名为TinyOS 的操作系统上构建的。TinyOS很有用,因为它可以为您处理射频和电源管理系统并且大大简化了为mote编写软件的过程。 “mote”概念创造了一种审视计算机的崭新方法,但其基本原理却相当简单: u  mote的核心是一种微小的、低成本、低功耗的计算机。 u  计算机监控一个或多个传感器。很容易想象所有类别的传感器,包括温度传感器、光传感器、声音传感器、位置传感器、加速度传感器、振动传感器、应力传感器、重量传感器、压力传感器、湿度传感器等。并非所有mote应用都需要传感器,但感知应用非常普遍。 u  计算机通过射频链路与外界连接。最常用的射频链路允许mote的传输距离达到3到60米。功耗、大小和成本都是更长传输距离的障碍。由于mote的基础概念是微小尺寸(及相关联的极低成本),小功率射频和低功率射频是标准的。

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MICA2DOT mote通常由圆形的“钮扣”式电池供电,其大小与医元硬币相当可以考虑将mote作为单独的传感器。例如: l  可以在浇铸混凝土时将mote嵌入桥梁中。mote中包含的传感器可以检测出混凝土中的含盐浓度。之后,您可以每月一次驾驶一辆卡车通过桥梁,通过桥梁时卡车会向桥梁中发出强大的磁场。这个磁场使得埋藏在桥梁混凝土中的mote得以通电并传输含盐浓度。盐份(可能来自防冻剂或海水扩散)会削弱混凝土的强度并腐蚀用来加强混凝土的螺纹钢筋。盐份传感器可以使桥梁维护人员测定盐份对桥梁的损害程度。其他可能嵌入桥梁混凝土中的传感器可以检测到振动、应力、温度波动、裂纹等等,所有这些因素都可以帮助维护人员在问题变得严重之前及早发现它们的存在。 l  可以将能够监控机器的温度、转数、油位等状态并将状态记录到mote内存中的传感器与一个mote连接。之后,当一辆卡车经过时,mote 便可以传输所有记录的数据。如此一来,详细的维护保养记录便可以保存在机器中(例如在油田里),而无需维护人员亲自测量所有这些参数了。 l  还可以将mote连接到某个居民区的水表或电表上。这些mote会记录客户的用电量和用水量。当一辆卡车经过时,mote接收到来自卡车的信号并发送它们的数据。这样,一个人只需驾车沿街道行驶,就可以非常轻松地读取居民区内的所有仪表。 所有这些想法都很好;某些想法还使传感器进入前所未有的领域(例如嵌入混凝土中),其他一些想法缩短了挨个读传感器数据所需的时间。

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优势和发展空间mote可以不使用电池或者在某些应用中可以接入电网。随着mote在大小与功耗方面不断减小,可以想象利用太阳能甚至一些异乎寻常的能量(如振动能)来使它们得以持续运行。 所有这些部件都封装在一个尽可能微小的壳体内。将来,人们可以想象将mote装入一个只有几毫米大小的器件中。而目前的mote(包括电池和天线在内)普遍与一摞五个或六个一元硬币或者一包香烟的大小相当。目前,电池通常是此封装中最大的部件。目前的mote散件的成本大约在200元人民币左右,但价格在不断下降。很难想象与微尘一样大小且无害的这样一种器件会引发一场革命,但mote确实做到了这一点。我们将在下一部分内容中关注其多种潜在应用。

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