工业无线传感器网络

1、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 us 怜或址re.- 图1无线传感器网络 无线传感器网络就是指大规模、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、定位与无线监测功能。 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世纪最有影响与 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 环境数据的监测与采集，第一次在实战中检验了 WS

2、N，也使WSN揭开了神秘的面纱，开始为 外界所了解、跟踪与研究。 国家中长期科学与技术发展规划纲要 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”与 “自组织网络技术” 两项，而无线传感器网络技术就是这两 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、人员与车辆的识别、 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；

3、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与工业 测控领域，大多数工业仪表与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。 工业无线传感器网络 1、2相关技术介绍 ZigBee pro 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，ZigBee pro协议栈采用2、4 GHz 物理层都基于 DSSS Direct Sequence SpreadSpectrum,接序列扩频）技术（包括数据的调剂，

4、激 活与休眠射频收发器，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与应用层（APS部分）有应答重传功能，另外MA（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 ，ZigBee pro 可以进行 路由修复，另选一条合适的路径来保持通信。同时，ZigBee pro最新增加的频率捷变 （frequency agility ）,也大大加强其作为工业网络

5、使用的可靠性,ZigBee pro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ZigBee pro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）。与其它目前采 用DSSSFHS的工业无线网络协议比较，ZigBee pro可靠性与抗干扰性更胜一筹。 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。ZigBee pro网络支队工业通信对时延敏感的应用做了优化，通信时延与从休眠状态激 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Zi

6、gBee pro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与安 装条件限制，通常不采用外接电源的方式，而就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 ，网络安全与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（High Security Me*就就是当节点加入到网 络时，信托中心（TrustCrnter

7、, TC）会先配一把万能钥匙（Master Key）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（NWK Key）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。ZigBee pro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。 工业无线传感器网络 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 先控制系统互联与互操作的能力。采用。ZigBee pro涉及的网关，能够实现与目前工业以太 网，C