工业无线传感器网络

工业无线传感器网络1.1无线传感器网络简介图1无线传感器网络无线传感器网络是指大规模、高密度、随机布置、自组织多跳的监测网络，通过网络节点之间的无线通讯、数据交换以及与各种传感器连接，可以实现对目标对象的身份识别、跟踪、定位和无线监测功能。无线传感器网络（WSN）起源于美国军方，它由大量具有无线通信与计算能力的微小传感器节点构成并能根据环境“智能”地完成指定任务，被美国商业周刊评为21世纪最有影响和改变世界的10大技术之一，在1991年的海湾战争中，美国军方利用这一技术完成了多项战场环境数据的监测和采集，第一次在实战中检验了WSN，也使WSN揭开了神秘的面纱，开始为外界所了解、跟踪和研究。《国家中长期科学和技术发展规划纲要2006-2020》中提出的未来信息技术的三大前沿技术，包括了“智能感知技术”和“自组织网络技术”两项，而无线传感器网络技术是这两项技术的融合。由于无线传感器网络集成了传感器、射频识别（RFID）、无线通信、信息处理等多种高新技术，近年来其应用已经由军事领域扩展到反恐、防爆、资产管理，物品、人员和车辆的识别、定位、跟踪，环境检测以、物流管理、医疗保健、家居、工业等其它众多领域，逐渐展示出其“改变世界”的巨大潜力！被称为二十一世纪最具影响的技术之一；改变世界的10大新技术之一；全球未来的思达高科技产业之一；而无线传感器网络也将很快进入工业自动化和工业测控领域，大多数工业仪表和自动化产品都将很快嵌入无线传输功能，完成从有线到无线过渡。1.2相关技术介绍ZigBeepro符合工业无线网络要求：面向工业自动化应用的无线网络技术需要满足以下五个方面需求：高可靠性：大部分的工业控制应用要求数据的可靠传输率要超过95%。为了实现在工业现场使用无线通信来实现高可靠传输面临以下挑战，ZigBeepro协议栈采用2.4GHz物理层都基于DSSS（DirectSequenceSpreadSpectrum,接序列扩频）技术（包括数据的调剂，激活和休眠射频收发器，心道能量检测，心道接收数据包的链路质量指示，空间信道评估，收发数据等）具有很强的抗干扰能力，而且MAC和应用层（APS部分）有应答重传功能，另外MAC层的CSMA机制节点发送之前先监听信道，也可以起到避开干扰的作用；网络层采用了网状网的组网方式，从源节点到达目的节点可以有多条路径，路径的冗余加强了网络的健壮性，如果原先的路径出现了问题，比如受到干扰，或者其中一个中间节点出现故障，ZigBeepro可以进行路由修复，另选一条合适的路径来保持通信。同时，ZigBeepro最新增加的频率捷变（frequencyagility）,也大大加强其作为工业网络使用的可靠性，ZigBeepro网络受到外界干扰，比如各种工业现场的无线干扰，无法正常工作时，整个ZigBeepro网络可以自动化动态的切换到全部16个频道的一个干净工作信道上（实现FHSS跳频功能）。和其它目前采用DSSSFHSS的工业无线网络协议比较，ZigBeepro可靠性和抗干扰性更胜一筹。严格实时性：对于工业闭环控制应用，数据传输延迟应低于1.5倍的传感器采样时间。ZigBeepro网络支队工业通信对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。设备搜索时延典型值为毫秒级，休眠激活时延典型值为15ms，活动设备信道接入时延为15ms，加上ZigBeepro新的路由算法，大大提高了网络路由器效率；再通过多跳接力的方式进行传输的延迟大幅降低，完全能够保证端对端通信实时性。低能耗:用于对工业全流程进行泛在感知的无线传感器节点由于成本的限制和安装条件限制，通常不采用外接电源的方式，而是靠自身携带的电池供电。安全性：随着工业控制系统网络化的推进，网络安全和数据安全问题日益突出，一些安全漏洞将给工业控制应用造成巨大的损失。无线通信由于通信的开放特征更容易容易受到攻击，其安全保障机制将更加复杂。为了工业网络应用设计了安全模式（HighSecurityMey），就是当节点加入到网络时，信托中心（TrustCrnter，TC）会先配一把万能钥匙（MasterKey）给新加入的节点，然后，新加入的节点在用这种万能钥匙加密后产生一种网络公用的网络金钥，网络金钥（NWKKey）放在应用层有效载荷中传输给对方，然后再通过网络传输加密资料。ZigBeepro的安全设计，完全能够实现工业无线网络对安全通讯的要求；而且，新的16位，32位无线单片机具有强大的处理能力，已经完全具有有能力实现负载的安全算法的能力，对应工业无线传感器网络协议软件。兼容性：为保护用户的原有投资，基于工业无线传感器网络要具有与工厂原有的优先控制系统互联和互操作的能力。采用。ZigBeepro涉及的网关，能够实现和目前工业以太网，CAN总线，各种昂工业控制总线的无缝连接，和互联网的IP通讯。ZigBeepro也是全球无线传感器网络的重要标准，是具有很好兼容性的工业无线传感器网络网络协议软件。