無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )——放飛你的測量應用

　　以美國國家儀器公司(National Instruments,　以下簡(jiǎn)稱(chēng)NI)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )為例。NI的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中每一個(gè)節點(diǎn)都能夠被配置成路由節點(diǎn)。根據應用的需要，工程師可以選擇樹(shù)形拓撲結構或者網(wǎng)狀拓撲結構。如下圖所示，在網(wǎng)狀拓撲下，節點(diǎn)4擁有兩條通往網(wǎng)關(guān)的通道，一旦節點(diǎn)1發(fā)生故障而損壞，數據也能夠通過(guò)節點(diǎn)2傳回網(wǎng)關(guān)，避免數據的丟失。

　　系統功耗

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )通常被放置在室外，無(wú)法進(jìn)行長(cháng)距離的布線(xiàn)，這就牽涉到兩個(gè)問(wèn)題，一是信號的傳輸，二是設備的供電。信號傳輸問(wèn)題可以通過(guò)選擇無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )解決;而針對設備供電問(wèn)題，則必須考慮外部電源，例如電池或小型發(fā)電設備。由于電池所能供應的電量有限，為了滿(mǎn)足設備長(cháng)時(shí)間使用的要求，必須嚴格控制無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的能耗。在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的硬件結構中，無(wú)線(xiàn)收發(fā)器以及微處理器是耗能大戶(hù)。所以用戶(hù)一方面應選用ZigBee技術(shù)保證無(wú)線(xiàn)收發(fā)器的低功耗，同時(shí)，在保證處理器性能的前提下，還應選擇帶有休眠功能并且工作能耗盡可能低的處理器。

　　NI 選用了TI MSP430 MCU作為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的處理器。它的工作能耗為8mW，而休眠期間能耗僅為0.2 µW，僅相當于一塊普通ADC芯片的休眠功率。采用AA電池供電，就能夠保證它持續工作三年之久，即使安放在人跡罕至的區域，仍然能夠保證長(cháng)時(shí)間堅守崗位。

　　兼容性

　　最后，我們還需要考慮的是系統的兼容性。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )能夠幫助工程師完成遠程數據的采集，然而我們還需要考慮到數據的分析、顯示以及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布等功能。例如，將無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )連接到遠程服務(wù)器，以實(shí)現對持續采集獲得的海量數據的記錄和分析;連接到HMI(人機交互界面)，以實(shí)現歷史數據和實(shí)時(shí)數據的顯示;此外，在一些工業(yè)應用中，更有可能將無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )連接到多樣的工業(yè)現場(chǎng)設備，進(jìn)行協(xié)同工作。在這些情況下，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )必須具備良好的兼容性，實(shí)現與各種現場(chǎng)設備的快速連接。

　　常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )采用的是TinyOS或者M(jìn)ANTIS等特殊操作系統，需要采用nesC (network embedded systems C)開(kāi)發(fā)方式，系統開(kāi)發(fā)工程師必須學(xué)習一種新的開(kāi)發(fā)方式，才能在現有的系統中添加無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )。

　　為了幫助工程師減少開(kāi)發(fā)時(shí)間，NI采用了統一的開(kāi)發(fā)平臺LabVIEW實(shí)現對于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，遠程數據庫以及人機交互界面的開(kāi)發(fā)。在LabVIEW平臺下，工程師不僅能夠實(shí)現對于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的遠程配置，并在節點(diǎn)上實(shí)現算法;同時(shí)，還能夠支持所有的NI工業(yè)平臺，例如：自動(dòng)化控制器CompactRIO，人機交互界面(HMI)。此外，LabVIEW也支持通過(guò)OPC或者各種工業(yè)總線(xiàn)連接到第三方設備。為了滿(mǎn)足日益增加的數據共享的需求，LabVIEW還支持數據的網(wǎng)絡(luò )發(fā)布功能，利用Web Service，我們可以將數據快速發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )，來(lái)自全球各地的工程師都能夠快速訪(fǎng)問(wèn)到網(wǎng)絡(luò )數據庫中的數據。工程師無(wú)需針對不同的設備和不同的技術(shù)一一學(xué)習開(kāi)發(fā)方式，在一個(gè)統一的平臺下就能夠完成一個(gè)完整的遠程監控系統。