導(dǎo)讀：我國政府也在國家“十一五”規(guī)劃和《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要》中將“傳感網(wǎng)絡(luò)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。
伴隨著這樣的市場需求和技術(shù)的進步，工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運而生，并已成為當(dāng)前測控領(lǐng)域的新熱點。

隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、衛(wèi)生等行業(yè)的發(fā)展，以及人們對環(huán)境保護和社會安全的日益重視，就需要一種技術(shù)和產(chǎn)品能在一定范圍內(nèi)方便地進行實時感知、監(jiān)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(shù)的進步，工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensors Network簡稱WSN)技術(shù)應(yīng)運而生，并已成為當(dāng)前測控領(lǐng)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(yè)無線技術(shù)作為到2020年降低工業(yè)整體能耗5%的手段。而美國總統(tǒng)科技顧問委員會在“面向21世紀(jì)的聯(lián)邦能源研究與發(fā)展規(guī)劃”中指出，工業(yè)無線技術(shù)的廣泛應(yīng)用將使工業(yè)生產(chǎn)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(guī)劃和《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要》中將“傳感網(wǎng)絡(luò)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(xué)基金、各省市和大型企業(yè)等也都有資助，為WSN的快速發(fā)展創(chuàng)造了條件。

　　任重道遠
　　
WSN出現(xiàn)以后，1999年美國商業(yè)周刊將WSN列為21世紀(jì)最具影響的21項技術(shù)之一；2003年MIT(美國麻省理工學(xué)院)技術(shù)評論在預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的報告中，就將其列為改變世界的十大新技術(shù)之一；2003年美國商業(yè)周刊又在其未來技術(shù)“專測”中發(fā)表文章指出WSN是全球未來的四大技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，將掀起新的產(chǎn)業(yè)浪潮。

　　有關(guān)WSN標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議的制定
　　
在IEEE(美國電子電氣工程師協(xié)會)802.15標(biāo)準(zhǔn)中，家用和辦公領(lǐng)域已有藍牙、Zigbee，而在工業(yè)領(lǐng)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(guī)范(IEC/PAS62591Ed.1)。這是第一個獲得這一級別國際認證的工業(yè)無線通信技術(shù)。而ISA100想提交IEC成為IEC的標(biāo)準(zhǔn)卻未能實現(xiàn)。

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(biāo)準(zhǔn)，目前正在審查中。其目標(biāo)是先成為我國的國家標(biāo)準(zhǔn)，再申請成為IEC的國際標(biāo)準(zhǔn)。

　　

　　WSN的特點

　　WSN的特點可用12字概括，即“低耗自組、異構(gòu)互連、泛在協(xié)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(xiàn)無線化，因此低耗是關(guān)鍵。“自組”則是在WSN的網(wǎng)狀(mesh)網(wǎng)絡(luò)中具有自組織性(adhoc)，及網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點通過分布式算法來協(xié)調(diào)彼此的行為，無需人工干預(yù)和任何其他預(yù)置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，可在任何時間、地點快速展開并自動組網(wǎng)。當(dāng)一個節(jié)點退出或加入，或一個節(jié)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(fù)工作。因此，WSN有自組(織)、自優(yōu)(化)、自痊(愈)的特點。

異構(gòu)互連

“異構(gòu)互連”包括兩個部分：節(jié)點級和網(wǎng)絡(luò)級的異構(gòu)互連。前者指在同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)允許不同結(jié)構(gòu)的節(jié)點(如傳感器、變送器、路由器等)的互連；而后者指異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互連，如不同協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)的互連。節(jié)點級異構(gòu)互連的關(guān)鍵是設(shè)計適用于WSN的開放體系結(jié)構(gòu)，核心是通信協(xié)議的設(shè)計和研究包括了無線信號的調(diào)制解調(diào)、MAC協(xié)議及路由算法等。實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間異構(gòu)互連的關(guān)鍵是網(wǎng)關(guān)的設(shè)計和配置。總之，異構(gòu)互連大大解決了網(wǎng)絡(luò)的可擴性問題。
　　
泛在協(xié)同
　　
在自然界中，需感知的事物無處不在，即便在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，一個大型機組或項目需要測量或控制的參數(shù)也動輒成千上萬，“泛在”就是指這種應(yīng)用狀況。但每個節(jié)點的能量、傳感、存儲和計算能力相當(dāng)有限，而對大量節(jié)點之間所測得的數(shù)據(jù)和信息進行協(xié)同處理和控制的有效利用，對增加企業(yè)產(chǎn)品的競爭力，提高產(chǎn)生效益是十分重要的。因此，這也是WSN的關(guān)鍵技術(shù)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(chǎn)品，一種符合無線HART7.1標(biāo)準(zhǔn)；另一種采用ISA100標(biāo)準(zhǔn)。但大多只限于溫度、壓力流量及物位變送器。國內(nèi)川儀和重慶郵電大學(xué)合作也已生產(chǎn)出無線系列變送器及執(zhí)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(yīng)用

由于市場的國際化，企業(yè)之間的競爭越來越激烈，各大廠商無不朝著高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)低耗、環(huán)保與安全的方向發(fā)展。生產(chǎn)規(guī)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(shù)也不斷增加；另外由于環(huán)保與安全方面的要求，更使測控點數(shù)達到近萬點。如果采用有線方案，則電纜根數(shù)也是成千上萬，不但使工程設(shè)計更加復(fù)雜，工程投資增加，也使安裝及維護成本上升。無線技術(shù)的應(yīng)用可以減少費用達90%以上，因此WSN技術(shù)的應(yīng)用勢不可擋。

目前無線局域網(wǎng)(WLAN)即Wi-Fi(IEEE802.11)已在工業(yè)上得到應(yīng)用，廣域網(wǎng)(WWLAN)即WiMax(IEEE802.16)也在開始應(yīng)用，WSN屬于個域網(wǎng)(WPAN)，IEEE802.15則正在發(fā)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(shè)法找出其平衡點，實現(xiàn)總體優(yōu)化。如在節(jié)能方面，除了采用低耗芯片和發(fā)展高性能電池外，還采取各節(jié)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(zhuǎn)化成電能等措施。

目前國內(nèi)外各研發(fā)機構(gòu)在上述各領(lǐng)域的研究，已經(jīng)獲得了一些可喜的成果。目前國內(nèi)HART無線通信的距離是200m之內(nèi)，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(yīng)用于數(shù)據(jù)采集方面，還不能應(yīng)用在控制或安全場合。