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　　所謂傳感器網絡是指由許多在空間上分布的、具有通訊能力的、可協同實現不同位置對象的物理、化學或環境狀態（如溫度、濕度、壓力、風向、風速、照度、振動、聲強、電流、電壓、化學濃度、污染物濃度等）監視和記錄的傳感器互聯而組成的一種計算機網絡。傳感器網絡通常不具有或僅擁有十分有限的控制器功能。多個傳感器網絡可通過相互耦合而構成更大的設備網絡。

　　按網絡傳輸介質的不同，傳感器網絡可分為有線和無線兩大類，有線傳感器通訊網絡大都是遵循現場總線范疇內的Sensor Bus層次的協議標準（如AS-I、LonWorks）等。鑒于無線傳感器網絡的重要性日增及其廣闊的應用前景，本文著重介紹無線傳感器網絡。

　　WSN概念及應用

　　無線傳感器網絡（簡稱WSN）是指由空間分布的自治傳感器所組成的、通過無線傳輸協同監視對象狀態的傳感器網絡。隨著半導體技術、通訊技術和計算機技術的迅猛發展，上世紀90年代末美國軍方率先開始了無線傳感器網絡的研究、應用和推廣。目前，無線傳感器網絡在工業過程監視和控制自動化、機械設備狀態監視、環境和生境監視、家庭智能和自動化、交通監視和控制管理、醫療保健、氣象監視、機器人控制、安全與軍事感知、資產跟蹤與供應鏈管理、智能農業等領域均得以運用，并具有廣闊的應用和發展前景。

　　WSN中的網絡節點由一個或多個傳感器、一個無線電收發器或其它無線通訊設備、一個很小的微控制器和電源（通常為電池）等四個主要部分構成，并支持多跳路由算法（可通過多個節點將數據包接力傳送到網絡基站）。WSN的基站是具有更強大的計算、能量和通訊資源的獨特部件，承擔傳感器網絡節點和最終用戶之間網關的作用。WSN具有節點的可移動性和可異構性、節點容量的可伸縮性、動態的網絡拓樸、可大范圍地布置、自治運行、成本較低、功率有限、可承受惡劣環境和節點故障的能力等眾多特點。

　　WSN標準化

　　在現代社會中，任何一種新技術的興旺發展大都建立在成功實現標準化的基礎上，無線傳感器網絡也不例外。為了更進一步地降低成本，擴大應用，實現規模效益，WSN必須實現標準化，以使來自不同生產廠商的產品能夠在網絡下協同工作，實現其無線傳感器的互換性和互操作性。

　　早在2 0 0 5 年， 國際自動化學會ISA100就倡導并致力于通過定義和頒布系列標準和推薦導則及組成相應技術工作組，以實現自動化和控制環境下的無線傳感器網絡標準化。到目前為止，WSN通訊協議的國際標準化工作正在進行中，與現場總線類似，WSN的標準化也如春秋戰國時代紛爭不斷，目前還難以統一到一個真正意義上的技術標準。其現狀是：其中有的標準已正式頒布實施，有的還在討論批準過程中，有的還尚處于研發階段。下面將具有代表性的WSN系列標準或技術規范現狀做簡要介紹。

　　6LoWPAN、無線HART、ISA100和ZigBee等無線傳感器網絡標準或規范均是基于IEEE 802.15.4-2006低速率無線個域網標準。

　　6LoWPAN是“IPv6 over Low powerWireless Personal Area Networks”（低功率無線個域網上的IPv6）的縮寫，屬IETF（因特網工程任務組）中的一個工作組，負責制訂基于IEEE802.15.4標準個域網上IPv6傳輸的通訊技術標準。現已發布了RFC4944基礎性的技術規范。

　　無線HART（WirelessHART）標準是HART通訊協議的擴展，專為如過程監視和控制等工業環境應用所設計。在2007年6月，經HART通訊基金會批準，無線HART標準作為HART 7技術規范的一部分，加進了總的HART通訊協議族中。IEC 6259（Ed. 1.0）是國際電工委員會于2010年4月批準發布的完全國際化的無線HART標準，是過程自動化領域的第一個無線傳感器網絡國際標準。該網絡使用運行在2.4GHz頻段上的無線電IEEE802.15.4標準，采用直接序列擴頻（DSSS）、通信安全與可靠的信道跳頻、時分多址（TDMA）同步、網絡上設備間延控通信（Latency-controlled Communications）等技術。其無線HARTMesh網絡拓樸結構示意見圖1。
 

圖1、WirelessHART Mesh擴展網

　　ISA100是正處于發展過程中的相對較新的標準組織，其采用了6LoWPAN技術，主要提供工業自動化與控制應用領域的、重點在現場級（Level 0）的無線系統標準。具體而言，ISA100委員會主要致力于制訂在無線技術應用環境、無線設備及系統的技術和生存周期、無線技術應用等方面的無線制造和控制系統類標準、推薦導則、技術報告和相關信息等。

　　無線技術應用環境包括無線定義、無線電頻率、振動、溫度、濕度、電磁兼容、互操作性、與原系統的共存、物理設備布置等。無線設備及系統的技術和生存周期是基于非專有無線技術的全面的短期、中期和長期技術需求和實施方案。關于無線技術應用，一是通過無線技術，將用于監視、控制、報警、跳閘等的現場傳感器縱向與實時控制系統、直到頂層的管理信息系統相集成；二是將無線技術應用于諸如從無線現場設備互聯、控制LAN、商用LAN等全過程系統中。

　　2009年已發布了ISA-100.11a-2009（用于工業自動化的無線系統：過程控制和標準應用）標準，其在制訂的標準還有：I SA-100.15（無線回程主干網）、I SA-100.14（可信無線）、ISA-100.21 （ 人員和資源跟蹤和識別）、ISA-100.12（WirelessHART和ISA100.11a匯合網絡應用）等。

　　ZigBee是ZigBee聯盟所定義的、并在2004年12月獲得批準的、基于IEEE802.15.4標準頻率2.4GHz的Mesh網絡互聯通訊協議。ZigBee標準化組織主要致力于制訂諸如嵌入傳感、醫療數據收集、電視遙控類用戶裝置、家庭自動化等方面應用的IEEE無線標準聯網規范，并受到許多大的工業聯合體的支持。另外，ZigBee也已制訂了如鑒別、加密、關聯和應用服務等處于通訊上層的附加通訊性能方面的相關規定。

　　IEEE1451系列標準是由IEEE儀器和測量協會的傳感器技術委員會發起的，是專為智能傳感器接口（其主要特點是具有數據處理的智能化）而制訂的標準。其IEEE1451.5-2007標準即為智能傳感器無線通訊協議和傳感器電子數據表（TEDS）格式的相關標準。

　　EnOcean是樓宇自動化領域的一種無線通訊系統，并未獲得相應國際標準化組織的批準認可，但受到西門子等公司的大力支持。其技術是基于機械激發等能量捕獲原理，其傳感器不用電池，具有免維護功能。數據包僅為14字節，傳輸速率120kbit/s，設備傳輸頻率868.3MHz，無線傳輸距離可達300米。

　　結語

　　無線傳感器網絡的國際標準化戰爭尚未結束，用戶在具體選擇何種WSN標準時一定要在慎重考慮其應用領域、市場支持程度、安全性和可靠性等因素后，經綜合評估后再選定適合自身的WSN技術類型和供應商。(end)