在地震中，對人民生命財產安全造成最大傷害的就是建筑物的倒塌。而現今大都市中，摩天大樓林立，在汶川大地震中，北京地區也有震感，高層寫字樓均有晃動，大量人員有不適感，但直至通過廣播、網絡確認地震發生后，寫字樓人員方開始撤離。如果震中在北京附近，這幾分鐘的遲疑就會帶來高層寫字樓數千生命的消逝，而北京至少擁有數百棟高層寫字樓。

加速度計依然是監測建筑物的最簡單有效方式。美國加州大學伯克利分校在Cross－bow的協助下對舊金山金門大橋部署過建筑健康監測系統。其本意是用來檢測橋體在風力作用下的各個關鍵受力點的振動狀況，整體數據建模后就可以分析出橋體受損老化嚴重的部分，從而進行有針對性的修補。

橋體和高層建筑有一個共同的特點，就是建筑結構及其敏感，因此其前端的測量點部署很難采用有線方式，否則極易損害建筑結構受力。而無線技術，特別是不需供電的低功耗無線技術，在解決建筑物健康監測前端100米數據獲取中具有極其重要的意義。節點具有無線能力，體積較為小巧，可以很容易地安裝在建筑物的關鍵受力點上，而不影響建筑物外觀。具有低功耗能力，節點一經部署不需要頻繁更換。省去了復雜耗時的布線操作，只要打開節點開關，位于建筑物監控中心的接收終端就可以實時獲取數據，與建筑報警系統聯動后，一旦探測到可能威脅到建筑物的震動信息，立即發出報警通知建筑物內人員撤離。平時該系統收集的數據還可以用來監測建筑物老化狀況，為建筑物維護提供輔助決策信息。

Crossbow在國內與哈爾濱工程大學歐進萍院士領導的研究團隊建立了聯合實驗室，專門針對建筑物健康監測進行研究。相關研究成果已經在國內數座橋梁的維護工作中得到應用。Crossbow也推出過提供全套源代碼的入門級振動套件，支持六個節點同步采集4G加速度計信息，并傳回網關，通過Labview進行后期建模分析工作，可以作為廣大研究和工程人員的一個參考設計。

問題與解決方案

1. 通信距離

在將無線傳感器網絡應用野外時最大問題是如何保證Mote節點在重植被覆蓋下仍能正常組網通信。容易發生地質災害的山區往往植被密集，Crossbow在進行香港項目(環境非常類似山區，人跡罕至，高達一人高的野草和大量樹木)之前數次排人進行實地考察，并進行了詳細的討論和分析，最終2.4GHz被認為最為合適該環境的使用。

由上表可以看出，重植被與暴雨都會對無線信號產生衰減。433MHz由于其波長較長，因此繞射性能較好，在雨中具有較好的表現。2.4GHz由于波長較短，穿透性較好，在重植被環境下具有較好的表現。而根據上表重植被造成的衰減為暴雨的數千倍，且系統工作在降雨環境下的時間應該在50％以下。因此2.4GHz應該更適合野外環境的使用。

此外，考慮頻譜環境，目前使用2.4GHz的商用設備如WiFi，BlueTooth多為短距設備，因此2.4GHz頻段較為干凈，干擾較少。400MHz與900MHz的干擾則相對較多。在地質災害發生時，大量使用的單兵電臺，步話機等及其容易造成相互干擾。從避免干擾的角度來說，2.4G是較佳的選擇。

盡管2.4GHz具有相對較好的表現，重植被和降雨仍然會對無線信號產生較大的衰減。Crossbow在2007年最新推出了IRIS 節點，由于采用了全新的AT1281＋RF230芯片組，以及模塊化設計生產。IRIS在通信距離指標上得到大幅提高，同時其功耗反而得到一定降低。

由上圖可見，在北京后海地區進行的湖面環境測試時，該節點達到了一公里的通信距離。在換裝5dBi增益天線后，IRIS節點在北京二環路上下班高峰時期的車輛密集情況下也達到了500米的通信距離。而其功耗相對原有的MicaZ節點降低了1/3左右。

2. 能源消耗

每個節點通過電池供電，在Crossbow公司的被稱為ELP電源管理機制下，電池電量能維持節點連續工作4年以上。ELP即為Extend Low Power 模式，為Crossbow公司原有Low Power 模式的改進版，能夠提供更加優異的電量表現。在crossbow與中科院遙感所聯合開發的用以南極科考的氣象探測無線傳感器網絡，在零下80度時還可保持長達一年的工作時間。

電池的電壓隨時被監控，一旦電壓過低，節點會將電壓數據發至基站。這個數據發送成功后，節點會處于深度睡眠模式，管理者在獲致了某個節點電壓過低的警告后，就可以有目的的進行系統的維護工作。當這個節點被重新換上新電池后將自動正常工作。

3. 可靠通信

無線通信都存在一定的數據丟失率，在用在環境監測中，丟失一次采集信息并不會對全局的海量數據造成任何影響。但是當用在地址災害監測中時，它所傳遞的信息關系重大，一旦丟失所造成影響及其嚴重。End to End的ACK提供了端到端的發送信息確認，專門用以發送類似的關心數據包，在該模式下每個數據包在經過多跳傳輸到達目的節點后，目的節點會立刻回傳一個ACK數據包，發送端在經過確定時間延時(根據路由表跳數確定)沒有收到ACK數據包，會立刻重新發送，重復該過程直到數據包安全到達目的地。

總結

無線傳感器網絡作為一項較新的技術，以其特有的能力可以解決日常生活中很多問題，本文結合作者專業所及為汶川大地震類似的地質災害監測提供一種采用新技術來提高監測能力的設想。但是從設想到實現中間還會有相當長的路要走，這中間需要廣大科技工作者的不懈努力和投入。相對中國數量龐大的軟件和嵌入式開發人員而言，熟悉和了解無線傳感器網絡開發的工程人員在中國仍然屈指可數。從軟件角度而言，在為無線傳感器網絡編寫程序時，必須從整個網絡全局考慮，類似于把線程的概念擴展到成百上千個CPU之上，彼此配合來完成特定的工作。從硬件角度而言，設計無線傳感器網絡節點時，必須考慮外部電路的低功耗設計，與手機，MP3等一天到幾天的工作時間相比，無線傳感器網路必須要考慮的是靠有限的電池工作數月乃至數年的時間。