無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)提高制造水平

    一、概述

    無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）反映了制造業(yè)對(duì)無線技術(shù)日益投入的趨勢(shì)，但制造商仍擔(dān)心幾大障礙會(huì)妨礙無線技術(shù)的廣泛部署。在ARC最近舉辦的Orlando論壇的新興技術(shù)討論會(huì)上，演講人強(qiáng)調(diào)指出了無線技術(shù)的價(jià)值所在及其在相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域中的應(yīng)用，聽眾和發(fā)言人也都表達(dá)了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)接口、更好的電源管理方法以及強(qiáng)大的安全性的需求。工業(yè)感應(yīng)和資產(chǎn)管理應(yīng)用仍是發(fā)展的重點(diǎn)，不過參會(huì)人員也迫切地希望知道專家組是否認(rèn)為無線技術(shù)將更多地使用于控制和任務(wù)關(guān)鍵型的應(yīng)用場(chǎng)合。

    二、分析

    無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是無線領(lǐng)域的新的流行技術(shù)。隨著低功耗小型傳感器、低功耗自配置無線網(wǎng)絡(luò)的推出，加上計(jì)算平臺(tái)和存儲(chǔ)器不斷微型化，人們對(duì)WSN的興趣也日益濃厚，這也進(jìn)一步推動(dòng)集成了語音、計(jì)算和通訊功能的手持計(jì)算設(shè)備的發(fā)展。制造企業(yè)必須將手持設(shè)備作為具有安全性及其他特性的新式計(jì)算平臺(tái)。

    無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）不斷吸引制造商的注意力，在外圍應(yīng)用中的使用不斷增加。廣泛采用的障礙在于缺乏標(biāo)準(zhǔn)接口，此外還應(yīng)提供適合工業(yè)需要的電源管理策略，并解決安全性問題。

    人們常把WSN與無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)相混淆，二者必須區(qū)分明確。無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是指用于擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)連接的廣域技術(shù)。WSN具有巨大的商業(yè)價(jià)值潛力，但與WLAN擴(kuò)展有線LAN不同，WSN難以方便地添加到現(xiàn)有應(yīng)用之中。滿足工業(yè)要求的電池供電的無線傳感器系統(tǒng)必須具備集成式設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)就許多復(fù)雜因素實(shí)現(xiàn)綜合平衡，還要讓所有設(shè)備都不超過其能耗限度。

    三、利用WSN實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)的性能提升

    ARC分析師Harry Forbes談到人們對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)日益感興趣的原因時(shí)指出，WSN是能夠?qū)崿F(xiàn)兩位數(shù)性能提升的為數(shù)不多的技術(shù)之一。相對(duì)于有線連接技術(shù)而言，我們利用WSN能夠大幅降低成本，推動(dòng)了性能提升。這樣，隨著商用數(shù)據(jù)不斷增多，我們也可更方便地通過WSN的安裝實(shí)現(xiàn)ROI。WSN概念本身具備自動(dòng)化的應(yīng)用能夠在不受有線基礎(chǔ)設(shè)施的限制擴(kuò)展連接范圍。


    Harry的觀點(diǎn)是全面平衡的，他在談話時(shí)也充分認(rèn)識(shí)到，盡管傳感器、計(jì)算、存儲(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)人們對(duì)WSN的興趣不斷提高，但未來應(yīng)用如何發(fā)展存在多種變數(shù)，該技術(shù)能否廣泛采用還受很多限制。有關(guān)變數(shù)包括電源問題、射頻的內(nèi)在特性問題、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋯栴}等。OEM和系統(tǒng)集成商缺乏實(shí)實(shí)在在的設(shè)計(jì)輪廓，這也是工業(yè)環(huán)境下使用WSN有關(guān)研究的重點(diǎn)所在。無線應(yīng)用的擴(kuò)展價(jià)值鏈既可為已經(jīng)形成規(guī)模的公司所用，也可接納新生力量加入，許多小型公司也可在價(jià)值鏈的低端市場(chǎng)提供元件、電臺(tái)等。Harry指出，目前發(fā)展的趨勢(shì)是，提供設(shè)備、應(yīng)用和集成服務(wù)的大型公司將與掌握精深專業(yè)技術(shù)的小型公司開展伙伴合作。

    WSN在生產(chǎn)控制領(lǐng)域和企業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中的使用將導(dǎo)致截然不同的網(wǎng)絡(luò)類型和配套設(shè)備。Harry指出，這兩種情況都要通過使用網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)集成，網(wǎng)關(guān)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵系統(tǒng)部件。網(wǎng)關(guān)提供系統(tǒng)電源和很大一部分的計(jì)算能力，管理多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)。制造商在需要更多吞吐量或安裝冗余設(shè)備時(shí)還需添加網(wǎng)關(guān)。

    四、評(píng)估并實(shí)施無線技術(shù)

    BP核心技術(shù)辦公室的David Lafferty就公司識(shí)別、評(píng)估、檢測(cè)、實(shí)驗(yàn)和部署新興技術(shù)所需的綜合過程談了自己的看法。在討論“無線測(cè)量和發(fā)展”的主題前，David首先為聽眾介紹了BP核心技術(shù)辦公室和技術(shù)轉(zhuǎn)移工作的廣泛責(zé)任。BP是全球第二大石油公司，規(guī)模在全球各類公司中名列第七。目前，技術(shù)轉(zhuǎn)移工作已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超過25項(xiàng)成功的案例，其開始時(shí)就接到了數(shù)千份的推薦。


圖2 BP無線計(jì)劃及其所帶來優(yōu)勢(shì)的實(shí)例

    WSN居于諸多成功技術(shù)轉(zhuǎn)移的核心。BP當(dāng)前采用WSN的案例包括跟蹤化工軌道車、船用轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的震動(dòng)監(jiān)視、遠(yuǎn)程油輪監(jiān)視、基于RFID的LPG桶跟蹤）、道路安全等，并使Castrol消費(fèi)品業(yè)務(wù)符合Wal-Mart RFID標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)。每種應(yīng)用都可帶來直接的商業(yè)利益，如更快的現(xiàn)金流動(dòng)、更高的運(yùn)營效率，更好地查看供應(yīng)鏈，并可降低交通事故傷亡。

    BP擴(kuò)展了WSN的應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)了從記事板到計(jì)算機(jī)的轉(zhuǎn)變，加強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的工作能力，并實(shí)現(xiàn)單一的責(zé)任點(diǎn)。公司認(rèn)識(shí)到大部分工廠工作人員在工作場(chǎng)所都不能充分利用信息技術(shù)，因此推動(dòng)了該計(jì)劃的實(shí)行。公司消除了手工書寫的記事板，轉(zhuǎn)而采用手持計(jì)算設(shè)備，類似于此前Harry Forbes提到的電視電腦，這就使工作人員能夠更快地完成工作，同時(shí)提高工作的準(zhǔn)確性和效率。BP利用這一理念來提高多種領(lǐng)域的分析能力。

    五、主要的自動(dòng)化參與者OEM WSN

    領(lǐng)先的工業(yè)自動(dòng)化供應(yīng)商艾默生過程管理討論了用Millennial Net提供的WSN技術(shù)從事實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目，該技術(shù)用于醫(yī)療、工業(yè)和樓宇自動(dòng)化應(yīng)用中。艾默生Bob Karschnia重點(diǎn)討論了采用基于網(wǎng)狀網(wǎng)的WSN的好處，可降低部署成本，提高靈活性和可靠性，并降低對(duì)電源的要求。Bob指出，該系統(tǒng)能使原有系統(tǒng)中的增添數(shù)字智能，這是WSN在過程控制應(yīng)用中使用的首要價(jià)值，此外還擴(kuò)充了艾默生的AMS解決方案的功能。預(yù)計(jì)制造商可在勞動(dòng)生產(chǎn)率、工作場(chǎng)所安全、供應(yīng)鏈優(yōu)化和性能優(yōu)化等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)運(yùn)營方面的改善。

    六、建議

    (1) 制造商應(yīng)考慮將WSN作為提高性能的一種方法，而采用有線技術(shù)可能難以實(shí)現(xiàn)有關(guān)性能的改善。

    (2) 制造商應(yīng)要求WSN供應(yīng)商就計(jì)劃支持全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工作提供路線圖，特別是無線接口標(biāo)準(zhǔn)。