mote(智能微尘)的原理

mote(智能微尘)的原理

引言

近些年来，您也许已经听说了一种名为mote的新计算概念,这一概念也可称为智能微尘和无线感知网络。现在，似乎每一期的《大众科学》、《发现》和《连线》都在大肆宣传mote概念的一些新应用。例如，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。

在本文中，您将有机会了解到mote的工作原理以及这项技术的多种潜在应用。接着，我们将关注一项市场上已有的激动人心的新技术——MICA mote，体验一下另外一种感知世界的独特方法。

mote基本原理

“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：

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。

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。

MOTE典型应用

可以考虑将mote作为单独的传感器。例如：

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。

然而，mote最令人兴奋之处是使用大量相互通信且构成自组织网络的mote的想法。

MOTE的自组织网络

美国国防高级研究计划局(DARPA)是mote概念的最初赞助方之一。DARPA实现的其中一个初期mote概念可使mote感知战场状况。

由数百个或数千个相互通信并且逐个传送数据的mote构成的自组织网络是个非常强有力的概念。下面介绍几个已投入使用的概念的示例：

典型的mote

放在上一代UC Berkeley mote-- Mica节点上的“Spec”。尺寸的锐减令人惊奇。

矩形，尺寸为5.7x3.18x0.64 厘米，加工至可以放在为其供电的两节 AA电池上的尺寸。 圆形，尺寸为2.5x0.64厘米，加工至可以放在一节3伏钮扣式电池上的尺寸。

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，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。

MICA mote带有512 KB闪存来保存数据。它们还具有10位A/D转换器，因此可以使传感器数据数字化。子卡上的单独传感器可以与mote连接。可用的传感器包括温度传感器、加速度传感器、光传感器、声音传感器和磁场传感器。针对GPS 信号等的高级传感器正处于开发中。

MICA mote的最后一个部件是射频板，其传输范围为几十到几百米，每秒大约可以传输40,000比特。关闭时，射频板消耗不到一微安的电流。接收数据时，消耗10毫安电流。传输数据时，消耗25毫安电流。节约射频功率是延长电池寿命的关键。

mote的未来

2003年3月，研究人员成功将mote所需的所有器件封装到一个每边不足3毫米的芯片上。总尺寸大约为5平方毫米，这意味着你可以在一个一角硬币上放下十几个这样的芯片。

这种芯片包含了mote中的所有部件：CPU、内存、用于读取传感器数据的A/D转换器和射频发射器。要完成封装，你还需要安装传感器、电池及天线。批量生产时，这种芯片的成本甚至不到一美元。