什么是無線傳感器網絡(WSN)？

摘要： 無線傳感器網絡主要由三個部分組成：節點、網關和軟件。空間分布的測量節點通過與傳感器連接對周圍環境進行監控。監測到的數據無線發送至網關，網關可以與有線系統相連接，這樣就能使用軟件對數據進行采集、加工、分析和顯示。路由器是一種特別的測量節點，你可以使用它在WSN中延長距離以及增加可靠性。

關鍵詞： 傳感器與數據采集 WSN LabView 網關節點

Abstract：

Key words :

無線傳感器網絡主要由三個部分組成：節點、網關和軟件。空間分布的測量節點通過與傳感器連接對周圍環境進行監控。監測到的數據無線發送至網關，網關可以與有線系統相連接，這樣就能使用軟件對數據進行采集、加工、分析和顯示。路由器是一種特別的測量節點，你可以使用它在WSN中延長距離以及增加可靠性。

WSN架構

你可以使用NI WSN平臺靈活的創建簡單而獨立的無線監控網絡，也可以創建一個集成了有線和無線測量的完整測試系統，而且只需要用LabVIEW開發環境就可以訪問所有的NI平臺。

基本的WSN架構

對于大多數的WSN應用來說，你只需要創建一個基本的網絡架構，在這個架構中，分布式測量節點從周圍的環境中獲得數據，然后將測量結果發送至網關，如圖1所示。

圖1. 在WSN應用中，你可以創建一個網絡架構，在這個架構中，分布式測量節點收集數據并將結果發送至網關。

你可以將WSN以太網關連接至基于Windows的控制器或者LabVIEW實時控制器，如圖2所示。基于Windows的控制器可以是PC，也可以是嵌入式PC，需要安裝基于Windows操作系統的LabVIEW軟件。也就是說，你可以輕松地為任何基于Windows的系統添加無線數據記錄功能。如果連接至LabVIEW實時控制器，比如NI CompactRIO或其它可編程自動化控制器（PAC），則可以把無線測量放置在有線測量或控制應用旁邊。在主控制器上運行LabVIEW軟件就可以對來自傳感器網絡的測量數據進行采集、加工、分析和顯示。

圖2. 你可以將WSN以太網關連接至基于Windows的控制器或者LabVIEW實時控制器。

改進你的WSN架構

NI平臺可以幫助你進一步定制和增強WSN架構。因為以太網連接的靈活性，你可以為你的WSN系統添加其它的設備和功能，無論是像數據庫和服務器這樣的企業級設備，還是有線I/O接口、控制系統和第三方WSN產品。LabVIEW實時模塊允許網關進行嵌入式數據記錄和開放式通信，同時，LabVIEW WSN模塊允許節點定制和節點層的本地決策。

圖3. NI WSN具有硬件定制和軟件改進選項。

集成LabVIEW可以幫助你增強無線測試系統的功能。LabVIEW不僅有常用的高級處理以及可視化功能，而且它的Web服務可以將你的測量數據發布到Web服務器上，比如集成在NI 9792上的Web服務器，這樣，幾乎在任何地方都可以方便地遠程訪問你的WSN。在這個完整的系統架構中，你可以先使用NI WSN快速而輕松地獲取數據，處理之后將其發布到服務器上，然后就能使用像iPhone或筆記本電腦這樣的無線智能設備方便地遠程訪問這些數據。

網關

在NI WSN系統中，網關就相當于一個網絡協調員，負責管理節點認證，消息緩沖，以及在IEEE 802.15.4無線網絡和有線以太網絡之間建立橋梁，在以太網絡中，你可以使用各種NI軟件對測量數據進行采集、加工、分析和顯示。你可以在WSN中使用多個網關，并通過軟件設置每個網關在不同的無線通道中進行通信。你可以連接8個WSN終端節點（在星形拓撲中）或者多達36個WSN節點（在網狀拓撲中）至WSN網關。你可以為NI WSN選擇兩種網關。

可編程網關

LabVIEW 實時目標
533 MHz 處理器
2 GB 板載存儲能力
集成Web服務器
2.4GHz，IEEE 802.15.4標準的無線電，可與NI WSN測量節點進行通信

NI 9792由LabVIEW實時控制器和WSN網關組成，是實現嵌入式無線數據記錄的理想產品。NI 9792具有雙以太網端口，使其可與企業級設備，有線I/O接口，控制系統或者第三方產品進行通信。這個高性能工業級控制器具有533MHz的處理器，2GB的板載存儲能力和2.4GHz的IEEE 802.15.4無線電，可與多達36個分布式NI WSN測量節點（在網狀拓撲中）進行通信。集成的Web服務器可以讓你在WSN系統中對數據進行遠程訪問。

以太網關

2.4GHz，IEEE 802.15.4標準的無線電，可與NI WSN測量節點進行通信
可通過以太網連接至Windows或LabVIEW實時主控制器
-30℃到70℃的操作溫度范圍
9到30V外部電源供電

NI WSN-9791以太網關是一個傳遞設備，不提供板載存儲功能和編程功能。以太網關的2.4 GHz、IEEE 802.15.4標準的無線電能夠收集源自傳感器網絡的測量數據，10/100 Mbits/s的以太網端口可靈活連接Windows或LabVIEW實時主控制器。

測量節點

NI WSN測量節點的特點是傳感器的直接連接性，通信的可靠性，以及工業評級標準。測量節點由電池供電，4節AA堿性電池可持續工作3年，也可以將其與NI戶外外殼結合使用，從而進行長期的戶外部署。你可以使用WSN設備的LabVIEW驅動來添加第三方WSN網關和節點至你的測量系統。每個節點都提供可編程和不可編程兩種型號。對于可編程節點，可以使用LabVIEW WSN模塊的圖形化編程環境定制節點的行為。查看本文關于軟件的介紹以了解更多LabVIEW WSN的功能。

NI WSN-3202模擬輸入測量節點

4節AA堿性電池供電
長達3年的電池壽命
4路模擬輸入通道
可選輸入范圍：±10，±5，±2，±0.5 V
傳感器電源輸出，20mA時高達12V

NI WSN-3202測量節點作為一款無線設備，提供4路±10 V模擬輸入通道和4路雙向數字通道，你可以單獨將各路數字通道按需要配置為輸入、漏極輸出或源極輸出。18針螺絲端子連接器可與傳感器直接連接，設備提供的12 V、20 mA電源輸出可以直接驅動需要外部電源供電的傳感器。直接使用4節1.5V、AA堿性電池為該測量節點供電，4節電池的電量可持續工作3年，也可采用9 V至30 V的外部電源（需單獨采購）供電。

NI WSN-3212熱電偶測量節點

4節AA堿性電池供電
長達3年的電池壽命
4路電熱偶輸入通道
支持J、K、R、S、T、N、B和E熱電偶類型

NI WSN-3212測量節點作為一款無線設備，提供4路24位熱電偶輸入通道和4路雙向數字通道。你可以單獨將各路數字通道按需要配置為輸入、漏極輸出或源極輸出。18針螺絲端子連接器可直接連接J、K、R、S、T、N、B和E型熱電偶。直接使用4節1.5V、AA堿性一次性電池為該測量節點供電，4節電池的電量可持續工作3年，也可采用9 V至30 V的外部電源（需單獨采購）供電。

軟件

傳統上，對無線傳感器節點編程不僅需要編程人員具有嵌入式系統的知識，還要了解供應商所選定的某種基于文本的編程語言。但有了LabVIEW WSN Pioneer，你只需要使用同一種圖形化編程方法就可以為NI的無線傳感器節點添加智能，這種方法已經成為開發數據采集和處理應用的工業標準。LabVIEW WSN Pioneer還可靈活地將C代碼與圖形化代碼直接結合，并在節點上運行，從而可實現算法重用。

LabVIEW WSN Module Pioneer

延長電池壽命
實現自定義分析
增加本地采樣率
實現嵌入式決策制定

NI LabVIEW無線傳感器網絡(WSN) Module Pioneer拓展了LabVIEW圖形化編程環境，可創建和部署嵌入式應用至可編程NI WSN測量節點。LabVIEW WSN Module Pioneer可以通過優化節點行為來延長電池使用壽命，也可以在可編程NI WSN測量節點上實現自定義分析和嵌入式決策的制定。