無線傳感器網絡——放飛你的測量應用

　　以美國國家儀器公司(National Instruments,　以下簡稱NI)的無線傳感器網絡為例。NI的無線傳感器網絡中每一個節點都能夠被配置成路由節點。根據應用的需要，工程師可以選擇樹形拓撲結構或者網狀拓撲結構。如下圖所示，在網狀拓撲下，節點4擁有兩條通往網關的通道，一旦節點1發生故障而損壞，數據也能夠通過節點2傳回網關，避免數據的丟失。

　　系統功耗

　　無線傳感器網絡通常被放置在室外，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，二是設備的供電。信號傳輸問題可以通過選擇無線網絡解決;而針對設備供電問題，則必須考慮外部電源，例如電池或小型發電設備。由于電池所能供應的電量有限，為了滿足設備長時間使用的要求，必須嚴格控制無線傳感器網絡節點的能耗。在無線傳感器網絡節點的硬件結構中，無線收發器以及微處理器是耗能大戶。所以用戶一方面應選用ZigBee技術保證無線收發器的低功耗，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作為無線傳感器網絡節點的處理器。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，仍然能夠保證長時間堅守崗位。

　　兼容性

　　最后，我們還需要考慮的是系統的兼容性。無線傳感器網絡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、顯示以及通過互聯網發布等功能。例如，將無線傳感器網絡連接到遠程服務器，以實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)，以實現歷史數據和實時數據的顯示;此外，在一些工業應用中，更有可能將無線傳感器網絡連接到多樣的工業現場設備，進行協同工作。在這些情況下，無線傳感器網絡必須具備良好的兼容性，實現與各種現場設備的快速連接。

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

　　為了幫助工程師減少開發時間，NI采用了統一的開發平臺LabVIEW實現對于無線傳感器網絡，遠程數據庫以及人機交互界面的開發。在LabVIEW平臺下，工程師不僅能夠實現對于無線傳感器網絡的遠程配置，并在節點上實現算法;同時，還能夠支持所有的NI工業平臺，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或者各種工業總線連接到第三方設備。為了滿足日益增加的數據共享的需求，LabVIEW還支持數據的網絡發布功能，利用Web Service，我們可以將數據快速發布到互聯網絡，來自全球各地的工程師都能夠快速訪問到網絡數據庫中的數據。工程師無需針對不同的設備和不同的技術一一學習開發方式，在一個統一的平臺下就能夠完成一個完整的遠程監控系統。