[ 導讀 ] 伴隨著這樣的市場需求和技術的進步，工業無線傳感器網絡技術應運而生，并已成為當前測控領域的新熱點。

　　伴隨著這樣的市場需求和技術的進步，工業無線傳感器網絡技術應運而生，并已成為當前測控領域的新熱點。

　　隨著工業、農業、醫療、衛生等行業的發展，以及人們對環境保護和社會安全的日益重視，就需要一種技術和產品能在一定范圍內方便地進行實時感知、監測和采集多種信息并進行處理。伴隨著這樣的市場需求和技術的進步，工業無線傳感器網絡(Wireless Sensors Network簡稱WSN)技術應運而生，并已成為當前測控領域的新熱點。

　　美國軍方早在1978年就開始部署，美國能源部也在2002年將工業無線技術作為到2020年降低工業整體能耗5%的手段。而美國總統科技顧問委員會在“面向21世紀的聯邦能源研究與發展規劃”中指出，工業無線技術的廣泛應用將使工業生產效率提高10%，并使排放和污染降低25%。

　　我國政府也在國家“十一五”規劃和《國家中長期科技發展規劃綱要》中將“傳感網絡及信息處理”列入其中，國家863、973計劃中也將WSN列為支持項目。此外國家自然科學基金、各省市和大型企業等也都有資助，為WSN的快速發展創造了條件。

　　任重道遠

　　WSN出現以后，1999年美國商業周刊將WSN列為21世紀最具影響的21項技術之一;2003年MIT(美國麻省理工學院)技術評論在預測未來技術發展的報告中，就將其列為改變世界的十大新技術之一;2003年美國商業周刊又在其未來技術“專測”中發表文章指出WSN是全球未來的四大技術產業之一，將掀起新的產業浪潮。

　　有關WSN標準及協議的制定

　　在IEEE(美國電子電氣工程師協會)802.15標準中，家用和辦公領域已有藍牙、Zigbee，而在工業領域中則有HART7.1，ISA100和中國的WIA-PA。

　　其中HART7.1(無線HART)已于2008年9月19日正式獲得IEC的認可，成為一種公共可用規范(IEC/PAS62591Ed.1)。這是第一個獲得這一級別國際認證的工業無線通信技術。而ISA100想提交IEC成為IEC的標準卻未能實現。

　　WIA-PA(WirelessforIndustryAutomation-ProcessAutomation)是由我國中科院沈陽自動化研究所牽頭制定的中國WSN標準，目前正在審查中。其目標是先成為我國的國家標準，再申請成為IEC的國際標準。

　　WSN的特點

　　WSN的特點可用12字概括，即“低耗自組、異構互連、泛在協同”。

　　低耗自組

　　“低耗自組”是WSN最重要的特點。因為耗電多則不能用電池供電，就無法實現無線化，因此低耗是關鍵。“自組”則是在WSN的網狀(mesh)網絡中具有自組織性(adhoc)，及網絡中的各個節點通過分布式算法來協調彼此的行[FS:PAGE]為，無需人工干預和任何其他預置的網絡設施，可在任何時間、地點快速展開并自動組網。當一個節點退出或加入，或一個節點與某一接點通信路徑被阻斷時，WSN都能重新自動進行組織恢復工作。因此，WSN有自組(織)、自優(化)、自痊(愈)的特點。

　　異構互連

　　“異構互連”包括兩個部分：節點級和網絡級的異構互連。前者指在同一網絡內允許不同結構的節點(如傳感器、變送器、路由器等)的互連;而后者指異構網絡的互連，如不同協議的無線網絡或現有有線網絡的互連。節點級異構互連的關鍵是設計適用于WSN的開放體系結構，核心是通信協議的設計和研究包括了無線信號的調制解調、MAC協議及路由算法等。實現網絡間異構互連的關鍵是網關的設計和配置。總之，異構互連大大解決了網絡的可擴性問題。

　　泛在協同

　　在自然界中，需感知的事物無處不在，即便在工業領域內，一個大型機組或項目需要測量或控制的參數也動輒成千上萬，“泛在”就是指這種應用狀況。但每個節點的能量、傳感、存儲和計算能力相當有限，而對大量節點之間所測得的數據和信息進行協同處理和控制的有效利用，對增加企業產品的競爭力，提高產生效益是十分重要的。因此，這也是WSN的關鍵技術和特點之一。

　　目前WSN在中國的推廣

　　目前已有兩家國外公司推出了WSN的產品，一種符合無線HART7.1標準;另一種采用ISA100標準。但大多只限于溫度、壓力流量及物位變送器。國內川儀和重慶郵電大學合作也已生產出無線系列變送器及執行器的樣機，而中國的WIA-PA在鞍鋼冷軋機上也已試用成功(測點已達400點)。

　　WSN的應用

　　由于市場的國際化，企業之間的競爭越來越激烈，各大廠商無不朝著高產穩產、優質低耗、環保與安全的方向發展。生產規模的不斷擴大(如火電和核電機組已達百萬千瓦，煉油也達千萬噸以上，乙烯也已上升到百萬噸級)，其測控點數也不斷增加;另外由于環保與安全方面的要求，更使測控點數達到近萬點。如果采用有線方案，則電纜根數也是成千上萬，不但使工程設計更加復雜，工程投資增加，也使安裝及維護成本上升。無線技術的應用可以減少費用達90%以上，因此WSN技術的應用勢不可擋。

　　目前無線局域網(WLAN)即Wi-Fi(IEEE802.11)已在工業上得到應用，廣域網(WWLAN)即WiMax(IEEE802.16)也在開始應用，WSN屬于個域網(WPAN)，IEEE802.15則正在發展之中。其難點在于一方面要求低耗，另一方面要保證通信的實時性、安全性與可靠性，這二者是互相矛盾的。因此要設法找出其平衡點，[FS:PAGE]實現總體優化。如在節能方面，除了采用低耗芯片和發展高性能電池外，還采取各節點在不通信時進行睡眠、半睡眠，或者利用光能和機械振動轉化成電能等措施。

　　目前國內外各研發機構在上述各領域的研究，已經獲得了一些可喜的成果。目前國內HART無線通信的距離是200m之內，電池壽命為5~10年，可靠性達99%。可以看出目前只能成為有線的補充，應用于數據采集方面，還不能應用在控制或安全場合。

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