什么是无线传感器网络(WSN)？

摘要： 无线传感器网络主要由三个部分组成：节点、网关和软件。空间分布的测量节点通过与传感器连接对周围环境进行监控。监测到的数据无线发送至网关，网关可以与有线系统相连接，这样就能使用软件对数据进行采集、加工、分析和显示。路由器是一种特别的测量节点，你可以使用它在WSN中延长距离以及增加可靠性。

关键词： 传感器与数据采集 WSN LabView 网关节点

Abstract：

Key words :

无线传感器网络主要由三个部分组成：节点、网关和软件。空间分布的测量节点通过与传感器连接对周围环境进行监控。监测到的数据无线发送至网关，网关可以与有线系统相连接，这样就能使用软件对数据进行采集、加工、分析和显示。路由器是一种特别的测量节点，你可以使用它在WSN中延长距离以及增加可靠性。

WSN架构

你可以使用NI WSN平台灵活的创建简单而独立的无线监控网络，也可以创建一个集成了有线和无线测量的完整测试系统，而且只需要用LabVIEW开发环境就可以访问所有的NI平台。

基本的WSN架构

对于大多数的WSN应用来说，你只需要创建一个基本的网络架构，在这个架构中，分布式测量节点从周围的环境中获得数据，然后将测量结果发送至网关，如图1所示。

图1. 在WSN应用中，你可以创建一个网络架构，在这个架构中，分布式测量节点收集数据并将结果发送至网关。

你可以将WSN以太网关连接至基于Windows的控制器或者LabVIEW实时控制器，如图2所示。基于Windows的控制器可以是PC，也可以是嵌入式PC，需要安装基于Windows操作系统的LabVIEW软件。也就是说，你可以轻松地为任何基于Windows的系统添加无线数据记录功能。如果连接至LabVIEW实时控制器，比如NI CompactRIO或其它可编程自动化控制器（PAC），则可以把无线测量放置在有线测量或控制应用旁边。在主控制器上运行LabVIEW软件就可以对来自传感器网络的测量数据进行采集、加工、分析和显示。

图2. 你可以将WSN以太网关连接至基于Windows的控制器或者LabVIEW实时控制器。

改进你的WSN架构

NI平台可以帮助你进一步定制和增强WSN架构。因为以太网连接的灵活性，你可以为你的WSN系统添加其它的设备和功能，无论是像数据库和服务器这样的企业级设备，还是有线I/O接口、控制系统和第三方WSN产品。LabVIEW实时模块允许网关进行嵌入式数据记录和开放式通信，同时，LabVIEW WSN模块允许节点定制和节点层的本地决策。

图3. NI WSN具有硬件定制和软件改进选项。

集成LabVIEW可以帮助你增强无线测试系统的功能。LabVIEW不仅有常用的高级处理以及可视化功能，而且它的Web服务可以将你的测量数据发布到Web服务器上，比如集成在NI 9792上的Web服务器，这样，几乎在任何地方都可以方便地远程访问你的WSN。在这个完整的系统架构中，你可以先使用NI WSN快速而轻松地获取数据，处理之后将其发布到服务器上，然后就能使用像iPhone或笔记本电脑这样的无线智能设备方便地远程访问这些数据。

网关

在NI WSN系统中，网关就相当于一个网络协调员，负责管理节点认证，消息缓冲，以及在IEEE 802.15.4无线网络和有线以太网络之间建立桥梁，在以太网络中，你可以使用各种NI软件对测量数据进行采集、加工、分析和显示。你可以在WSN中使用多个网关，并通过软件设置每个网关在不同的无线通道中进行通信。你可以连接8个WSN终端节点（在星形拓扑中）或者多达36个WSN节点（在网状拓扑中）至WSN网关。你可以为NI WSN选择两种网关。

可编程网关

LabVIEW 实时目标
533 MHz 处理器
2 GB 板载存储能力
集成Web服务器
2.4GHz，IEEE 802.15.4标准的无线电，可与NI WSN测量节点进行通信

NI 9792由LabVIEW实时控制器和WSN网关组成，是实现嵌入式无线数据记录的理想产品。NI 9792具有双以太网端口，使其可与企业级设备，有线I/O接口，控制系统或者第三方产品进行通信。这个高性能工业级控制器具有533MHz的处理器，2GB的板载存储能力和2.4GHz的IEEE 802.15.4无线电，可与多达36个分布式NI WSN测量节点（在网状拓扑中）进行通信。集成的Web服务器可以让你在WSN系统中对数据进行远程访问。

以太网关

2.4GHz，IEEE 802.15.4标准的无线电，可与NI WSN测量节点进行通信
可通过以太网连接至Windows或LabVIEW实时主控制器
-30℃到70℃的操作温度范围
9到30V外部电源供电

NI WSN-9791以太网关是一个传递设备，不提供板载存储功能和编程功能。以太网关的2.4 GHz、IEEE 802.15.4标准的无线电能够收集源自传感器网络的测量数据，10/100 Mbits/s的以太网端口可灵活连接Windows或LabVIEW实时主控制器。

测量节点

NI WSN测量节点的特点是传感器的直接连接性，通信的可靠性，以及工业评级标准。测量节点由电池供电，4节AA碱性电池可持续工作3年，也可以将其与NI户外外壳结合使用，从而进行长期的户外部署。你可以使用WSN设备的LabVIEW驱动来添加第三方WSN网关和节点至你的测量系统。每个节点都提供可编程和不可编程两种型号。对于可编程节点，可以使用LabVIEW WSN模块的图形化编程环境定制节点的行为。查看本文关于软件的介绍以了解更多LabVIEW WSN的功能。

NI WSN-3202模拟输入测量节点

4节AA碱性电池供电
长达3年的电池寿命
4路模拟输入通道
可选输入范围：±10，±5，±2，±0.5 V
传感器电源输出，20mA时高达12V

NI WSN-3202测量节点作为一款无线设备，提供4路±10 V模拟输入通道和4路双向数字通道，你可以单独将各路数字通道按需要配置为输入、漏极输出或源极输出。18针螺丝端子连接器可与传感器直接连接，设备提供的12 V、20 mA电源输出可以直接驱动需要外部电源供电的传感器。直接使用4节1.5V、AA碱性电池为该测量节点供电，4节电池的电量可持续工作3年，也可采用9 V至30 V的外部电源（需单独采购）供电。

NI WSN-3212热电偶测量节点

4节AA碱性电池供电
长达3年的电池寿命
4路电热偶输入通道
支持J、K、R、S、T、N、B和E热电偶类型

NI WSN-3212测量节点作为一款无线设备，提供4路24位热电偶输入通道和4路双向数字通道。你可以单独将各路数字通道按需要配置为输入、漏极输出或源极输出。18针螺丝端子连接器可直接连接J、K、R、S、T、N、B和E型热电偶。直接使用4节1.5V、AA碱性一次性电池为该测量节点供电，4节电池的电量可持续工作3年，也可采用9 V至30 V的外部电源（需单独采购）供电。

软件

传统上，对无线传感器节点编程不仅需要编程人员具有嵌入式系统的知识，还要了解供应商所选定的某种基于文本的编程语言。但有了LabVIEW WSN Pioneer，你只需要使用同一种图形化编程方法就可以为NI的无线传感器节点添加智能，这种方法已经成为开发数据采集和处理应用的工业标准。LabVIEW WSN Pioneer还可灵活地将C代码与图形化代码直接结合，并在节点上运行，从而可实现算法重用。

LabVIEW WSN Module Pioneer

延长电池寿命
实现自定义分析
增加本地采样率
实现嵌入式决策制定

NI LabVIEW无线传感器网络(WSN) Module Pioneer拓展了LabVIEW图形化编程环境，可创建和部署嵌入式应用至可编程NI WSN测量节点。LabVIEW WSN Module Pioneer可以通过优化节点行为来延长电池使用寿命，也可以在可编程NI WSN测量节点上实现自定义分析和嵌入式决策的制定。