無線傳感器網(wǎng)絡(luò)——放飛你的測量應用

　　以美國國家儀器公司(National Instruments,　以下簡稱NI)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為例。NI的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點都能夠被配置成路由節(jié)點。根據(jù)應用的需要，工程師可以選擇樹形拓撲結(jié)構(gòu)或者網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)。如下圖所示，在網(wǎng)狀拓撲下，節(jié)點4擁有兩條通往網(wǎng)關(guān)的通道，一旦節(jié)點1發(fā)生故障而損壞，數(shù)據(jù)也能夠通過節(jié)點2傳回網(wǎng)關(guān)，避免數(shù)據(jù)的丟失。

　　系統(tǒng)功耗

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常被放置在室外，無法進行長距離的布線，這就牽涉到兩個問題，一是信號的傳輸，二是設(shè)備的供電。信號傳輸問題可以通過選擇無線網(wǎng)絡(luò)解決;而針對設(shè)備供電問題，則必須考慮外部電源，例如電池或小型發(fā)電設(shè)備。由于電池所能供應的電量有限，為了滿足設(shè)備長時間使用的要求，必須嚴格控制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能耗。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)中，無線收發(fā)器以及微處理器是耗能大戶。所以用戶一方面應選用ZigBee技術(shù)保證無線收發(fā)器的低功耗，同時，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作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的處理器。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(xù)工作三年之久，即使安放在人跡罕至的區(qū)域，仍然能夠保證長時間堅守崗位。

　　兼容性

　　最后，我們還需要考慮的是系統(tǒng)的兼容性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠幫助工程師完成遠程數(shù)據(jù)的采集，然而我們還需要考慮到數(shù)據(jù)的分析、顯示以及通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布等功能。例如，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連接到遠程服務器，以實現(xiàn)對持續(xù)采集獲得的海量數(shù)據(jù)的記錄和分析;連接到HMI(人機交互界面)，以實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)的顯示;此外，在一些工業(yè)應用中，更有可能將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連接到多樣的工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備，進行協(xié)同工作。在這些情況下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)必須具備良好的兼容性，實現(xiàn)與各種現(xiàn)場設(shè)備的快速連接。

　　常見的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用的是TinyOS或者MANTIS等特殊操作系統(tǒng)，需要采用nesC (network embedded systems C)開發(fā)方式，系統(tǒng)開發(fā)工程師必須學習一種新的開發(fā)方式，才能在現(xiàn)有的系統(tǒng)中添加無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

　　為了幫助工程師減少開發(fā)時間，NI采用了統(tǒng)一的開發(fā)平臺LabVIEW實現(xiàn)對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，遠程數(shù)據(jù)庫以及人機交互界面的開發(fā)。在LabVIEW平臺下，工程師不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠程配置，并在節(jié)點上實現(xiàn)算法;同時，還能夠支持所有的NI工業(yè)平臺，例如：自動化控制器CompactRIO，人機交互界面(HMI)。此外，LabVIEW也支持通過OPC或者各種工業(yè)總線連接到第三方設(shè)備。為了滿足日益增加的數(shù)據(jù)共享的需求，LabVIEW還支持數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能，利用Web Service，我們可以將數(shù)據(jù)快速發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，來自全球各地的工程師都能夠快速訪問到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。工程師無需針對不同的設(shè)備和不同的技術(shù)一一學習開發(fā)方式，在一個統(tǒng)一的平臺下就能夠完成一個完整的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。