一张庞大的微型传感器网络 - 彭博社

德博拉·埃斯特林对一些微小技术抱有很大的希望。作为快速崛起的传感器网络领域的领先研究者之一，埃斯特林相信，数百甚至数千个微小的无线传感器智能协作，监测我们周围世界的温度、水和结构变化，不仅会提高公司的生产力，还会帮助保护环境。这些微小机器的网络，现在大约是火柴盒的大小，可以扩展互联网，覆盖所有可能移动、成长、发出声音或加热的事物。

作为加州大学洛杉矶分校嵌入式网络传感中心（CENS）的主任，该中心是一个由国家科学基金会提供4000万美元资助的两年新组，埃斯特林正在努力使这个“物联网”成为现实。她正在监督研究，旨在使设备及其网络更小、更便宜、更节能和更智能，以便用于检测环境变化或评估患者的健康状况。

该中心正在实验室和现场进行实验，包括在南加州的29英亩詹姆斯保护区安装传感器网络，以研究自然保护区的生态系统。埃斯特林与*《商业周刊》*互联网编辑希瑟·格林讨论了传感器网络的前景、需要完成的工作以及对创新研究资金的担忧。以下是他们对话的编辑摘录：

问：你是如何对传感器网络产生兴趣的？

答：

这个领域有趣的地方与我对互联网的着迷有一些相同之处，互联网无疑是以分散的方式出现的最大分布式系统。这项技术具有相同的潜力。当你有成千上万的分布式点需要协同工作时，这非常吸引人。在复杂的物理环境中使系统正常工作将是极具挑战性的。同时，利用这项技术进行监测我们对空气污染物的暴露，以及让科学家观察复杂环境中的相互作用，将会产生巨大的全球影响。

答：你认为这项技术的潜力是什么？

问：

我们已经拥有远程传感器技术很长时间了。例如，卫星上的传感器可以看到巨大的视野。但是当你有一个远程传感器时，每个像素可以代表数公里。如果你想在更小的尺度上理解一个过程，你必须近距离观察并亲自看到那种变化。

受污染的水就是一个很好的例子。地下的土壤很难观察。但事实是，你并不是仅仅想看它，你想理解受污染的水是如何运输的，或者看看污染物是否进入了地下水，而这很难追踪。地面是异质的。传感器网络可以揭示那些无法观察到的过程。这就像是将显微镜的等效物带入这些情况。它可以帮助我们掌握我们在这个世界上长期存在的方式。

问：创建这些类型的网络与互联网等其他网络相比，面临什么挑战？

答：

你必须以高度分散的方式放置传感器——这意味着这些设备必须小型化并且要无线。你不能把它们插在某个地方或让它们发送电线。你必须使系统智能化，让它们在发生有趣的事情时告诉你，而不是仅仅发送连续的数据流。

问：科学家们为什么对分布式传感器网络感到兴奋？

答：

他们对观察目前无法看到的事物感到兴奋。水污染物就是一个例子，但还有整个土地使用问题缺乏数据。通常你在做政策决策时没有真实的洞察。如果土地使用过于分散，那么你就无法保护你试图帮助的环境或物种。

现在，我们正在以碳分配权的交换来种植森林。这一点理解得很差，因为我们只有关于二氧化碳从森林顶部排放的模型，但它也从森林的侧面排放。或者我们可以对桥梁和建筑物进行结构监测，知道何时接头失去完整性或梁和地板发生扭曲。这些事情在没有测量更多点的情况下很难观察。传感器网络就像是在身体上进行CAT扫描，而不仅仅是做血液测试。

问：我们在开发这些系统方面进展如何？

答：

我们有一些非常令人兴奋的原型，我们正在制作这些自主、自配置的网络，并验证它们是否在正常工作。这非常困难。我们现在在许多事情上信任我们的计算机，但我们不信任它们能够如此自主。

这些系统要复杂得多，并且高度分布，它们正在测量各种事物，比如土壤和地面，并且有不同类型的交互。我们正在进行与系统完整性有关的研究：我们如何在网络中加入更多的智能和复杂性，以使它们能够自主运行？

问：这些网络自主运行的重要性是什么？

答：

自主意味着每个设备不需要人类的互动。为了使这些系统功能正常，将会有多种模式触发一些样本收集或一些声学符号处理。为了使这些系统能够扩展并可用，它们必须不需要我们对笔记本电脑的照顾和维护。

没有人仅仅对获取数据流感兴趣。你想要的是对你所问问题的答案。因此，你只希望网络在超过某个值时发送一些信息。例如，你告诉传感器你只对它看到与邻居不同的情况感兴趣，或者你希望仅在邻居的传感器都平稳时查看图像传感器的输出。你能做到的越复杂，你看到的数据就会越少，你在网络上投入的智能就会越多。

我们还在研究具有机器人能力的传感器。它们不必在地面上移动，而是可以在空中电缆上移动，以使机器人节点能够根据有趣事件发生的地方自主移动。

问：您对创新和研究有哪些担忧？

答：

这个领域的起步是因为通过DARPA（国防高级研究计划局）的原始资金。我们很幸运能够在这个领域发展并获得国家科学基金会的中心。他们在资金方面接过了这个球。

但发生的事情是，DARPA越来越多地对他们的工作进行分类，并且不资助大学研究。行业内对下一步资金来源有很大的担忧。谷歌是如何起步的？是来自斯坦福的政府资金。我总体上担心的是，10年后信息技术的种子资金将来自哪里。

问：为什么对研究进行分类是个问题？

答：

他们在前期就对研究进行分类。如果这些工作被分类，学生如何参与下一代信息技术？在信息技术和创新者驱动的研究资金方面正在产生一个真空。