无线传感器网络——放飞你的测量应用

　　以美国国家仪器公司(National Instruments,　以下简称NI)的无线传感器网络为例。NI的无线传感器网络中每一个节点都能够被配置成路由节点。根据应用的需要，工程师可以选择树形拓扑结构或者网状拓扑结构。如下图所示，在网状拓扑下，节点4拥有两条通往网关的通道，一旦节点1发生故障而损坏，数据也能够通过节点2传回网关，避免数据的丢失。

　　系统功耗

　　无线传感器网络通常被放置在室外，无法进行长距离的布线，这就牵涉到两个问题，一是信号的传输，二是设备的供电。信号传输问题可以通过选择无线网络解决;而针对设备供电问题，则必须考虑外部电源，例如电池或小型发电设备。由于电池所能供应的电量有限，为了满足设备长时间使用的要求，必须严格控制无线传感器网络节点的能耗。在无线传感器网络节点的硬件结构中，无线收发器以及微处理器是耗能大户。所以用户一方面应选用ZigBee技术保证无线收发器的低功耗，同时，在保证处理器性能的前提下，还应选择带有休眠功能并且工作能耗尽可能低的处理器。

　　NI 选用了TI MSP430 MCU作为无线传感器网络节点的处理器。它的工作能耗为8mW，而休眠期间能耗仅为0.2 µW，仅相当于一块普通ADC芯片的休眠功率。采用AA电池供电，就能够保证它持续工作三年之久，即使安放在人迹罕至的区域，仍然能够保证长时间坚守岗位。

　　兼容性

　　最后，我们还需要考虑的是系统的兼容性。无线传感器网络能够帮助工程师完成远程数据的采集，然而我们还需要考虑到数据的分析、显示以及通过互联网发布等功能。例如，将无线传感器网络连接到远程服务器，以实现对持续采集获得的海量数据的记录和分析;连接到HMI(人机交互界面)，以实现历史数据和实时数据的显示;此外，在一些工业应用中，更有可能将无线传感器网络连接到多样的工业现场设备，进行协同工作。在这些情况下，无线传感器网络必须具备良好的兼容性，实现与各种现场设备的快速连接。

　　常见的无线传感器网络采用的是TinyOS或者MANTIS等特殊操作系统，需要采用nesC (network embedded systems C)开发方式，系统开发工程师必须学习一种新的开发方式，才能在现有的系统中添加无线传感器网络。

　　为了帮助工程师减少开发时间，NI采用了统一的开发平台LabVIEW实现对于无线传感器网络，远程数据库以及人机交互界面的开发。在LabVIEW平台下，工程师不仅能够实现对于无线传感器网络的远程配置，并在节点上实现算法;同时，还能够支持所有的NI工业平台，例如：自动化控制器CompactRIO，人机交互界面(HMI)。此外，LabVIEW也支持通过OPC或者各种工业总线连接到第三方设备。为了满足日益增加的数据共享的需求，LabVIEW还支持数据的网络发布功能，利用Web Service，我们可以将数据快速发布到互联网络，来自全球各地的工程师都能够快速访问到网络数据库中的数据。工程师无需针对不同的设备和不同的技术一一学习开发方式，在一个统一的平台下就能够完成一个完整的远程监控系统。