跟着工业运用中无线传感器通讯技能的不断发展，工厂和车间进程主动化得以完全改造。这些技能创新可以协助主动化工程师将传统制作技能与新的现代无线通讯功用有机交融在一同。
关于许多工业运用来说，不论从长时刻仍是短期看，无线传感器网络的本钱一般都要比有线解决计划低许多，由于无线网络更简略查错、维护和修正。与遍及长达数英里且一般是埋设走线的有线作业场地比较，捕捉无线传感器网络中的缺点或毛病要简略得多。无线也愈加灵敏，可以更简略和更方便地重装备网络，然后满意为习惯更新产品类型和类型而不断改变的工厂需求。
无线传感器网络还能经过3G和4G网络通讯技能传输视频流，而且这些网络更快的数据传输关于要求昼夜监督和监控的重要工业场合来说也十分有价值。煤气管道、视频安全体系、发电站、供水体系以及许多其它重要设备都要求对毛病、篡改事情和意外事故当即作出呼应，无线传感器网络可认为公司节约因环境损坏遭到的数百万美元罚金，更不用说对环境损坏的即时操控了。
不过，在工业设备中运用无线通讯网络也有需求留意的当地。现在智能手机和平板电脑等人机界面设备现已十分遍及，假如不采纳正确的安全措施，这些设备很或许对无线工业主动化带来潜在的安全危险。走运的是，许多现代无线传感器网络拓扑和协议内置了许多东西，可最大程度地减小安全漏洞。
功耗优势
无线传感器网络的优点远不止上述这些优势。例如，无线感测和联网可以让制作商运用低功耗电子设备，然后节约动力。跟着通讯协议以及为它们供给支撑的传感器与收发器的不断进步，制作商可以专心于完结或许最低的功耗。
能量搜集技能运用现代IC功用可以节约更多的动力。一些传感器、微操控器、电源办理器材和收发器可以运用从很少的热量、少数机械运动或许室内照明等发生的能量作业，而这些动力在工厂中简直无处不在（图1）。
图1：在典型的能量搜集体系中，能量发生于运动、热源、光电资源或磁场活动。这种能量可以被捕获、存储、办理并馈送给传感器进行传输。
这些技能可以最大程度地削减（假如不能消除的话）电池的运用，然后完结更低的能耗水平。热电发电机（TEG）、太阳能设备、机械运动传感器和能量存储超级电容现在都现已十分老练。
“人们对无线传感器网络运用电池供电总是津津有味乃至有些满意。”凌力尔特公司（Linear）产品营销总监Tony Armstrong标明，“但与此一起他们越来越多地重视电池的寿数，也更关怀能量搜集技能以最大极限地下降电池能耗。在无线传感器网络中，更重要的是要有满意的能量来完结所需的使命。下面让咱们顺着这条思路看看2009年时的状况。”
在工业中的运用
美国节能经济委员会（ACEEE）一向在呼吁更好地运用先进的通讯技能。正如在该委员会提交的题为“用于完结智能功率的确定性结构”的E125陈述中指出的那样，假如工业范畴和住户能更好地运用现在可用的现代通讯技能（如无线网络）的优势，他们可以将体系功率再进步约12%至22%，然后在节能和进步生产率方面完结数百乃至数千亿美元的效益。
HART通讯基金会泄漏，现在在全球首要制作场所设备有8000多个WirelessHART网络。据该安排报导，有不计其数的设备作业于许多加工运用中，包括旋转式设备、管道监督、存储体系、主动化厂房和资料处理设备。拜耳（Bayer）、BASF、BP、Celanese、ConocoPhilips、Evonik、Pemex、Shell和Statoil等大型公司已在全球许多加工制作场所开发了网络和各自的仪器。
WirelessHART学习了许多经过验证的国际规范，包括HART通讯协议规范（IEC6158）、EDDL（IEC61804-3）和IEEE802.15.4.这个IEEE规范是2007年被选用的，大部分作业由加州大学伯克利分校的Kris Pister完结，并于1997年与HART协议一同由他的公司Dust Networks完结了商用化。Dust Networks随后被凌力尔特公司收买。作为Pister的作业效果，术语“尘土（mote）”得到了Dust Networks公司的广泛宣扬。
WirelessHART是一种无线网状网通讯协议，广泛用于进程主动化运用。它在HART协议中添加了无线功用，一起坚持了与现有HART设备、指令和东西的兼容。WirelessHART包括三个首要部分，即无线现场设备、网关和网络办理器（图2）。
图2：用于进程主动化运用的WirelessHART网状网络在HART协议中添加了无线功用，一起坚持了与现有HART设备、通讯和东西的兼容。
它包括三个首要部分，即无线现场设备、网关和网络办理器。
“在石油天然气、化学、葡萄酒厂、啤酒厂等职业中，咱们现已从理论上设立了工业进程主动化的规范，可用于盯梢液平面、活动速度、机器振荡、压力、温度等。”Pister指出，“咱们业已证明，无线传感器网络要比有线网络愈加牢靠，而且本钱更低。咱们的强项在于保证通讯协议的牢靠性，并只需耗费很低的功耗。”
HART协议成功的要害是时刻同步网格协议（TSMP）。HART的5个要害部分是时刻同步的通讯、跳频、主动节点联接与网络组成、完全冗余的网格路由以及安全的音讯传送。TSMP网络也可以完结自组。每个TSMP节点可以智能的发现街坊、丈量射频信号强度、捕捉同步与跳频信息，然后与相邻节点树立途径和链路。
在TSMP中，每个通讯窗口被称为时隙。一系列时隙组成一帧，在网络的生命周期中这个帧会不断地重复。帧长度以时隙数核算，是一个可装备的参数–这样就可认为网络建立一个特定的刷新率。
较短的帧长度可进步刷新率、添加有用带宽和功耗。相反，较长的帧将下降刷新率，也会减小带宽和功耗。一个TSMP节点可以一起参加多个帧，然后针对不同使命有用地完结多种刷新率（图3）。具有时刻、频率和空间多样性的TSMP包结构供给了一种鲁棒性的协议，可以应对实践国际中的各种工业应战。
图3:Dust Networks公司的时刻同步网格协议（TSMP）节点可以一起参加多个帧，然后能有用地为不同使命完结不同的刷新率（a）。
电机无处不在
电机在工业环境中的运用十分广泛。许多专家估量，工业电机整体具有本钱十分巨大，耗费工厂总能耗90%以上的能耗。尽管现代电机功率现已被提高到90%至95%，但优化电机体系的作业还可以节约20%以上的能耗。用于电机检测、维护和操控的无线传感器网络也已就位。
许多无线传感器网络可以充沛运用电机发生的机械能（由于振荡）和热能（由于发热），而且一般可以在无需电池的状况下转化这种能量，然后驱动无线传感器网络。EnOcean公司规划的ESK 300第一版868MHz无线能量搜集开发套件充沛展现了EnOcean的能量搜集和超低功耗无线技能（图4）。这个开发套件有两个用于开关的电动机械式按键发电机和一个太阳能供电的温度传感器。由自供电的传感器发送的音讯可以被USB适配器接纳，并经过DolphinView Basic电脑软件完结可视化。
图4:EnOcean公司规划的ESK 300第一版868MHz无线能量搜集开发套件充沛展现了EnOcean的能量搜集和超低功耗无线技能。
带按键无线发射模块可以无需电池就完结无线长途操控。重要运用包括设备在墙上且有一两个摇臂的扁平摇臂开关以及具有多达4个独立按键的手持式遥控器。套件中为线性运动规划的ECO 200能量转化器可以用来给PTM 330无线模块供电。每次运动输出的能量足以发射3条音讯，而且自在场规模可达300米。在修建技能和工业主动化中的微型开关和传感器将成为或许的运用。
EnOcean联盟环绕低功耗能量搜集无线技能创建了一个生态体系，并将它建立为可继续的修建与工业主动化全球规范。这种生态体系支撑不同的终端产品根据ISO/IEC 14543-310规范完结互操作。
低压升压器模块可用于扩大较低的能量搜集电平，以支撑或许的无电池操作，比方Advanced Linear Devices公司的EH4205.这种自发动模块经过70mV至4V的动力发生能量，而罗致的输入功率低至230μW，因而可以支撑从电磁感应线圈和TEG搜集能量。
EH4205的标称输入阻抗是50Ω，成效为52%，作业温度规模是0℃至70℃。它可以将输入能量转化为直流或沟通电压。EH4205具有睡觉功用，平常处于零功耗状况，直到所连能量源的输入变成有用才将它唤醒，然后累积能量，只需能量源供给电力，它就一向作业下去。
典型的商用低压升压器模块要求至少300mV左右的输入驱动才干作业。尽管一些现有的低压模块也可以在约100mV时作业，但它们不能满意来自TEG和光电元件等动力完结能量搜集传感运用的要求，由于它们的典型输出功率约在4μW至40μW的单位数和两位数规模内。
凌力尔特公司供给的品种广泛的超低功耗模块可用于压电和光伏动力以及TEG的能量搜集运用。它们包括LTC3588-1/2压电能量搜集电源计划、LTC3108/9 TEG和LTC3105太阳能400mA升压型DC-DC转化器，后者具有最大功率点操控并能以250mV的输入发动（图5）。
图5：凌力尔特科技公司供给的品种广泛的超低功耗模块可以用于来自压电和光伏动力以及TEG的能量搜集运用。
Dust Networks公司本年推出的Eterna收发器芯片完结了IEEE 802.15.4e.与体系级芯片（SoC）结合在一同，这种第二代产品的功耗要比其代替的第一代产品低50%，然后建立了该公司在工业无线传感器网络范畴中的领导地位（图6）。Dust Networks公司称，根据其Eterna技能的这款产品的功耗是竞赛产品的约八分之一，这意味着它们的运用时刻长8倍，即便它们由电线供电，其“绿色”水平也能高出8倍。
图6:Dust Networks第二代Eterna收发器芯片的功耗要比前一代产品低50%.Eterna技能芯片的功耗是竞赛产品的八分之一，因而继续运用时刻长8倍。
并不是一切无线网络收发器芯片都规划为作业在很长间隔，并能在厂房外部作业。许多芯片是为短间隔通讯规划的，可以用于工厂内的工业环境和制作设备，以完结工厂车间设备之间的通讯。许多这样的收发器是紧凑、超低功耗器材。它们也运用Wi-Fi （IEEE 802.11）和ZigBee （IEEE 802.15.4）通讯协议，可以作业在免答应的2.4GHz工业、科学和医疗（ISM）频段。也有的芯片运用蓝牙协议（IEEE802.15.1）。
这些芯片包括：升特公司（Semtech）的SX1231J、California Eastern Labs的ZiC2410、Silicon Labs公司的Si446x EasyRadioPro、亚德诺半导体公司（ADI）的ADF7023-J以及德州仪器（TI）的C2500.Si446x“将GHz以下无线技能带入了窄带功用和成效的新水平。”Silicon Labs公司副总裁兼总经理Mark Thompson标明。Si466x在睡觉形式仅耗费50nA电流，因而十分合适带能量搜集功用的电池供电无线传感器网络运用。
Banner Engineering公司的SureCros Q45收发器是最近推出的一种无线规范光电传感器解决计划，其被规划用于操控与监督运用（图7）。运用其专有的电源办理电路，可让两节可替换AA锂电池继续作业5年时刻，详细取决于所用的传感器和运用品种。
图7:Banner Engineering公司推出的这种独立型SureCros Q45光电传感器收发器，电源办理电路可以使两节AA锂电池继续作业长达5年时刻。
无线传感器网络的安全性
智能手机和平板电脑等先进的人机界面（HMI）设备使得工业无线网络的操控变得愈加简略和愈加简略。但存在着某些有意和许多无意的网络进犯危险，除非采纳满意的维护措施，不然这些进犯有或许使工厂的工作完全失灵。
在本年2月到4月期间，网络安全公司CyberTI的职工跨过近4000英里的旅程去查看IEEE802.11 a/b/g/n无线传输，首要是寻觅电源操控体系供给商的安排仅有标识符（OUI）。这些OUI由网络设备供给商、操控体系硬件供货商所运用。
CyeberTI公司的研讨标明，OUI和完好的介质拜访操控（MAC）地址即便在最安全的安全设备中也常常得不到维护。CyberTI一起创始人、首席安全官Matthew E.Luallen正告说，像Modbus、EtherNet/IP、PCCC、DNP3和ICC P等操控体系协议自身是没有认证的，这使得黑客可认随心所欲，因而在未受维护或维护功用较差的无线网络上，数据应该与操控体系MAC地址相关起来。
Luallen弥补道，便携式设备可以经过缓存的长途拜访证书和设备上存储的运用程序作为受维护操控基础设备的切入点。无线设备也可以装备为IEEE 802.11无线网络和蜂窝网络之间的多种宿主，然后构成不必要的互联网网关。
“便携式电子设备必定不能被当成锤子或扳手之类的东西。这些设备保留着有关操控体系环境的信息，假如放在不能信赖的人手里，或许形成额定的损伤。不论设备是传统的笔记本电脑、iPhone、iPad仍是HART通讯器，作为东西都或许包括通讯点、标签、装备参数、逻辑、框图、蓝图以及有关环境的细节等可以被技能深邃的黑客运用的内容。”Luallen标明。
“首要，人们有必要查询运用可以自在拜访操控体系的移动设备可以真实带来多少提高生产率和下降本钱的优点。”他弥补道。Luallen还标明，不该答应传统消费型手机或平板电脑进行操控体系的长途拜访。“假如你逼真地忧虑存在的网络危险，那么在做任何有或许增大进犯面的事之前都应该深思熟虑。或许危险的确比实践的生产率进步要大。”
