無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN
隨著市場(chǎng)需求的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，簡(jiǎn)稱WSN）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這成為當(dāng)前所有應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的新熱點(diǎn)。而在工業(yè)方面的應(yīng)用，工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)也正成為當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
凡是新生事物的產(chǎn)生，首先是市場(chǎng)需求，其次是技術(shù)上的可行，當(dāng)二者具備時(shí)，新生事物就會(huì)油然而生。隨著國(guó)防工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、食品、醫(yī)療、衛(wèi)生等行業(yè)的發(fā)展，以及人們對(duì)環(huán)境保護(hù)和社會(huì)安全的日益重視，加之人們的生活質(zhì)量不斷提高，這就需要一種技術(shù)的產(chǎn)品在一定范圍內(nèi)方便地進(jìn)行實(shí)時(shí)感知、監(jiān)測(cè)和采集多種信息并加以處理，從而采取適當(dāng)措施加以控制。因此，WSN就提上了日程。WSN是一種跨學(xué)科的技術(shù)，現(xiàn)代傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、微電子技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和人工智能技術(shù)發(fā)展到一定程度為實(shí)現(xiàn)WSN奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展
我國(guó)政府在國(guó)家“十一五”規(guī)劃和《國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展綱要》中將“傳感器網(wǎng)絡(luò)及信息處理”列入其中，國(guó)家863、973計(jì)劃中也將WSN列為支持項(xiàng)目。此外國(guó)家自然科學(xué)基金與各省市的大型企業(yè)等也都有資助，這為WSN的快速發(fā)展創(chuàng)造了條件。
產(chǎn)品和技術(shù)的發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)至關(guān)重要。在IEEE 802.15標(biāo)準(zhǔn)中，家用和辦公領(lǐng)域內(nèi)已有藍(lán)牙（blue tooth）、Zigbee，而在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)則有HART 7.1，ISA（美國(guó)儀表學(xué)會(huì)）100和中國(guó)的WIA-PA。其中HART基金會(huì)的HART 7.1（無(wú)線HART）還于2008年9月19日正式獲得IEC的認(rèn)可，成為公共可用的規(guī)范（Public Available Specification，簡(jiǎn)稱PAS）。WIA-PA（Wireless Industrial Automation—Process Automation）是由我國(guó)中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所牽頭制定的中國(guó)WSN標(biāo)準(zhǔn)，已于2008年10月31日獲得了IEC的認(rèn)可，成為PAS 62601文件。而ISA（美國(guó)儀表學(xué)會(huì)）的ISA 100標(biāo)準(zhǔn)要向IEC申請(qǐng)成為PAS文件時(shí)，由于內(nèi)部矛盾，投票表決時(shí)，僅以一票之差未能通過。相信其文本經(jīng)過修改后，成為PAS文件是沒有什么問題的。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的應(yīng)用概況
目前已有Emerson與Honeywell兩家國(guó)外大公司推出的WSN產(chǎn)品，前者符合無(wú)線HART 7.1版本的標(biāo)準(zhǔn)，而后者采用了ISA 100標(biāo)準(zhǔn)，但大多數(shù)只限于溫度、壓力、流量及物位耗電量小的變送器。在國(guó)內(nèi)，川儀和重慶郵電大學(xué)合作也已生產(chǎn)出無(wú)線系列變送器及執(zhí)行器的樣機(jī)，而WIA-PA在鞍鋼冷軋機(jī)測(cè)量軸承溫度也已使用成功（測(cè)點(diǎn)已達(dá)400點(diǎn)）。國(guó)外兩家公司的產(chǎn)品在國(guó)外也已有了多個(gè)應(yīng)用案例。
由于WSN目前尚處于研發(fā)與不斷完善的階段，功能有限，例如無(wú)線HART目前的水平是：無(wú)線通信距離在200米以內(nèi)，電池壽命為5-10年，可靠性為99%。而Honeywell的產(chǎn)品則在一個(gè)mesh主干網(wǎng)可以有22個(gè)多功能節(jié)點(diǎn)（相當(dāng)于網(wǎng)點(diǎn)），每個(gè)多功能節(jié)點(diǎn)可以連接100臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，無(wú)線儀表的刷新速度為1秒、5秒、10秒、30秒四種（未來(lái)可達(dá)到0.25秒），電池壽命在1秒刷新時(shí)為4-5年，5秒刷新時(shí)為10年。
綜上所述，WSN目前的應(yīng)用范圍只能局限在數(shù)據(jù)的監(jiān)控和采集方面（SCADA），尚不能用在控制和安全的場(chǎng)合，目前只能是有線應(yīng)用的補(bǔ)充。另外目前WSN的產(chǎn)品價(jià)格較貴，如無(wú)線HART的適配器（無(wú)線收發(fā)器）價(jià)格約人民幣萬(wàn)元，一個(gè)無(wú)線HART的變送器約6000美元左右，比HART儀表要貴很多。
WSN攻關(guān)的難點(diǎn)
目前WSN的難點(diǎn)在于一方面用了無(wú)線，就不能要求用電纜供電，而必須用電池。而電池又不能經(jīng)常去更換，這就要求低耗；而另一方面，通信的要求則是需要具有三性，即實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性。要做到這一點(diǎn)又必須增加開銷，這就又要多耗電，這兩者是矛盾的。因此只能在目前的條件下，找出其平衡點(diǎn)，達(dá)到整體的優(yōu)化。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的一些研發(fā)部門莫不殫精竭慮，他們?cè)谲?、硬件方面“大做文章”，現(xiàn)在已有了階段性成果。如在低耗方面，已作出了一些低耗芯片。高性能電池或在節(jié)點(diǎn)不工作的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行休眠或半休眠等等節(jié)能措施；或者利用光能、機(jī)械能（振動(dòng)）等能量將之轉(zhuǎn)化為電能。在保證信息的“三性”方面，也在制訂各種協(xié)議以達(dá)到“三性”的目的。
由于用戶的需要、技術(shù)的發(fā)展，WSN的前景是光明的。據(jù)有關(guān)專家統(tǒng)計(jì)，要攻克上述難點(diǎn)大概還需要5-10年的時(shí)間。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線的經(jīng)驗(yàn)，只要沒有多標(biāo)準(zhǔn)，制造廠商和研發(fā)部門也不要刻意去炒作，用戶也不要為新技術(shù)而新技術(shù)，為無(wú)線而無(wú)線。要堅(jiān)持從實(shí)際出發(fā)，講究以最少的投資實(shí)現(xiàn)最大的生產(chǎn)效益，這樣WSN才能獲得健康而較快的發(fā)展。
希望與建議
首先，研發(fā)部門必須要重視用戶的作用。如果說(shuō)國(guó)內(nèi)外存在著技術(shù)差距，大家或許會(huì)承認(rèn)（事實(shí)上在某些方面，我國(guó)的科技水平已達(dá)到國(guó)際的先進(jìn)水平，但總體來(lái)講，還存在著5-10年的差距）；但在對(duì)用戶重視程度上的差距比起技術(shù)上的差距確實(shí)要大得多。以WSN標(biāo)準(zhǔn)為例，ISA花了兩年時(shí)間與一些大用戶聯(lián)合調(diào)研，這確實(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的完整性和實(shí)用性起到了完善的作用。而中國(guó)的WIA-PA由于對(duì)應(yīng)用了解不夠，其定位顯然有欠準(zhǔn)確。WIA-PA的定位應(yīng)該是在WSN，而不是WIA-PA，WIA中文名稱是“無(wú)線工業(yè)自動(dòng)化”，而無(wú)線自動(dòng)化在流程工業(yè)中的應(yīng)用包含三類：即開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際目的及內(nèi)容僅是WSN，而WSN屬于無(wú)線個(gè)域網(wǎng)（WPAN），屬于IEEE 15.4；還有一類應(yīng)用是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的強(qiáng)功率的無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN），屬于IEEE 15.1，這已成功應(yīng)用于流程工業(yè)，如鋼鐵工業(yè)；第三類是無(wú)線廣域網(wǎng)（WWAN），屬于IEEE 802.16，這也開始在跨省、跨國(guó)的大企業(yè)中開始應(yīng)用。顯然WIA-PA名不符實(shí)，有定位不準(zhǔn)之嫌，比較準(zhǔn)確的命名應(yīng)為無(wú)線工業(yè)傳感器網(wǎng)路WISEN（Wireless Industrial Sensor Network），這樣的名稱念起來(lái)也方便。如果有用戶參與，就不會(huì)有這些問題產(chǎn)生了。
另外，歡迎金融企業(yè)的介入和支持。目前金融風(fēng)暴波及我國(guó)，國(guó)外的一些大公司加強(qiáng)了在中國(guó)的本土化，這對(duì)中國(guó)本土的儀表工業(yè)的壓力越來(lái)越大，中小型企業(yè)首當(dāng)其沖，所以這些企業(yè)都在采取措施、轉(zhuǎn)變觀念、調(diào)整其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。在中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)2008年舉辦的WSN論壇和WSN培訓(xùn)班上已充分地體現(xiàn)了這一點(diǎn)，中小型企業(yè)需要技術(shù)，更需要資金的支持，因此在“產(chǎn)、學(xué)、研、用”的結(jié)合上，再需要加上“金”字，即金融業(yè)的介入，以輔助國(guó)家對(duì)科技的投入。
同時(shí)由于WSN的應(yīng)用廣泛，幾乎無(wú)所不包，因此具有無(wú)限的商機(jī)，希望不忘錯(cuò)過這個(gè)“四萬(wàn)億投資拉動(dòng)內(nèi)需”的機(jī)遇。
（轉(zhuǎn)載）
