引言：

        传感器的成本很低，但覆盖范围小、测量准确度差。因此，在实际的应用中，通常需要成千上万的微传感器协同工作。在这种需求的驱动下，无线传感器网络的概念出现了。

　　无线传感器网络的产生
　　人类进入二十一世纪以后，微机电系统（MEMS）技术、低能耗的模拟和数字电路技术、低能耗的无线电射频（RF）技术和传感技术的发展使得开发小体积、低成本、低功耗的微传感器成为可能。这种新型的微传感器一般装备有：一个传感模块（如：声、光、磁、视觉等）用于感知周围世界中的物理量，一个计算模块用于处理传感模块采集的信号，一个无线电收发模块用于通信和一个电源模块为微传感器的各种操作提供能量。这种微传感器的体积小、重量轻，甚至可以在空气中浮动。
　　与传统的大型传感器相比，微传感器的成本很低，但覆盖范围小、测量准确度差。因此，在实际的应用中，通常需要成千上万的微传感器协同工作。在这种需求的驱动下，无线传感器网络的概念出现了。
　　无线传感器网络是由大量无处不在的，具有通信与计算能力的微小传感器节点密集部署在监控区域而构成的自治网络系统，由于规模很大，无线传感器网络很难像传统传感器系统那样，由人工进行精确的部署和管理，而更多的是表现出一种自主完成任务的“智能”性。无线传感器网络为人们提供了一种低成本、全方位感知物理世界的方法，引发了测控领域的深刻变革。
　　无线传感器网络的出现引起了全世界范围的广泛关注。1999年，著名的美国商业周刊将无线传感器网络列为二十一世纪最具影响的21项技术之一；2003年，MIT技术评论Technology Review在预测未来技术发展的报告中，将其列为改变世界的10大新技术之一；2003年，美国商业周刊又在其“未来技术专版”中发表文章指出，无线传感器网络是全球未来的四大高技术产业之一，将掀起新的产业浪潮。
　　无线传感器网络对工业自动化领域的影响
　　在计算机、通信和网络技术发展的推动下，工业通信技术的发展经历了20世纪六七十年代的模拟仪表控制系统、20世纪八九十年代的集散控制系统（DCS）和20世纪末的现场总线控制系统（FCS）阶段，正朝着智能化和网络化的方向不断发展。随着测控系统规模的不断扩大，降低投资和使用成本成为工业通信技术发展新阶段的迫切要求。据美国市场研究机构Freedonia集团统计，2001年全球工业用传感器的市场份额是110亿美元，而安装和使用成本（主要是布线成本）超过1000亿美元，成为阻碍工业通信技术发展的主要难题。在这一背景下，无线传感器网络的低成本、易用、泛在感知等特征引起了人们广泛的关注。
　　美国能源部（DOE）在2002年发布的“面向21世纪的工业无线技术”白皮书中首次提出将无线传感器网络应用于工业自动化领域，并将适合在恶劣的工业现场环境使用，具有很强的抗干扰能力、超低能耗、实时通信等特点的一类特殊的无线传感器网络技术称为工业无线技术。
　　利用无线传感器网络的低成本、易用和泛在感知等特征，人们可以以较低的投资和使用成本实现对工业全流程的全面监测，获取传统由于成本原因无法在线监测的重要工业过程参数，并以此为基础实施优化控制，来达到提高产品质量，降低工业生产过程中的跑冒滴漏、提高能源效率的目标。美国能源部（DOE）在2004年发布“未来工业计划”（IOF）中指出：基于工业无线技术的低成本测控系统是实现到2020年美国工业整体能耗降低5％目标的主要手段，代表着工业自动化系统技术的发展方向，将在在石油天然气开采、石化、冶金、污水处理等高耗能、高污染行业有广泛的应用前景。美国总统科技顾问委员会在“面向21世纪的联邦能源研究与发展规划”中指出：工业无线技术的广泛应用将使工业生产效率提高10％，并使排放和污染降低25％。
　　工业无线技术需求与挑战
　　与面向商用的无线技术不同，面向工业自动化应用的无线技术需要满足以下需求：
　　■ 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%。但是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，一方面，工厂环境中往往存在IEEE802.11、蓝牙、IEEE802.15.4等多种类型的无线网络，这些网络大都集中在2.4GHz的ISM共享频段上，彼此间存在严重干扰；另一方面，工业环境中的射频通信条件较为恶劣，厂房中遍布的各种大型器械、金属管道等对信号的反射、散射造成的多径效应，以及马达、器械运转时产生的电磁噪声，都会干扰无线信号的正确接收。
　　■ 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。无线传感器网络成本很低，通常没有网络基础设施的支撑，设备间的通信需要通过多跳接力的方式进行，保证端到端通信的确定性比较困难。
　　■ 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通常不采用外接电源的方式，而是靠自身携带的电池供电。从运行和维护成本方面考虑，节点的电池寿命应达到3至5年。无线传感器节点的能耗由感知、计算和通信三部分组成，如何利用最少的能源实现信息采集任务是工业无线技术必须解决的问题。