隨著電子設備數量的爆炸式增長，不同應用間相互通信的需求正在導致各種問題的出現。為了解決這一問題，制造商們使用各種不同的通信接口或者通信標準，例如專有的或者是根據自己的公司特定所創建的一些標準或接口來實現應用間的相互通信。

無線傳感器網絡（WSN）由多個具有信息傳輸能力和檢測能力的小傳感器節點設備組成，通過無線連接來形成控制網絡有效獲取信息，同時將所收集的信息傳輸到系統的網關節點中，進而實現遠程監控和目標檢測。本文以全球領先的高性能半導體企業亞德諾半導體（ADI）解決方案為例，詳細說明無線傳感器網絡在各領域的廣泛運用與獨特優勢。

相較有線通信，無線傳感器網絡的三大優勢

傳統的通信鏈路通過有線方式給控制器和外圍供電，為兩者之間提供可靠的信號傳輸。但是當這些外圍設備實體并不被包含在控制器內時，有線這種方式將會帶來安裝成本增加、安全性以及在某些特定環境下線纜操作不具備便利性等難題。此外，有線連接需要很多連接件，而這些連接件可能由于震動環境等因素，或頻繁接入相鄰的設備變得接觸不良或受損。

無線傳感器網絡作為無線網絡的一個分支，能夠不使用有線連接的方式，使傳感器和驅動器之間建立連接。相較有線網絡，它主要有以下三大優勢：

更低的傳感器安裝成本。傳統傳感器網絡安裝，例如一個工業壓力傳感器，可能只需要花幾百塊錢，但是把它連接起來，需要加上人工、布線、測試以及驗證的成本可能要比傳感器的價格要貴得多。

無線傳感器網絡形成了更底層的智能維護系統，使得在傳感器密集的環境下能夠獲取大量可用于改進工業流程的數據，可以有效降低有線網絡所導致的復雜性難題。

可移動性是無線傳感器網絡相較有線連接的另一大優勢，因為在一些運動的機器內部，如果內部傳感器只與特定設備通信，有線連接就很難實現。

下圖是ADI公司的SmartMesh解決方案示例，作為業界功耗較低并且最可靠的基于標準的無線傳感器網絡產品，SmartMesh能幫助客戶更容易的開發出更可靠的嵌入SoC。例如在信號鏈中數據完整性十分關鍵，如果通信不一致、丟失或損壞，優化檢測和測量的數據幾乎沒有價值。此外，存在電氣噪聲的工業環境可能十分惡劣和艱苦，尤其是在存有大量金屬物體情況下進行射頻通信，因此必須在系統架構設計期間預先設計魯棒的通信協議，SmartMesh無線傳感器網絡可實現大于99.999%的數據可靠性，非常有效的解決了數據通信的可靠性。ADI不僅需要確保邊緣節點數據安全無慮，還必須確保其對網絡網關的訪問免受惡意攻擊，決不允許仿冒邊緣節點來獲取網絡訪問以進行不法活動，SmartMesh無線傳感器網絡具有加密、身份驗證和消息完整性檢查功能，保證無線網絡通信的安全性。

ADI SmartMesh無線傳感器網絡

SmartMesh網絡由高度可擴展的自成形多躍點節點網格和網絡管理器構成，這些節點稱為智能微塵，用于收集和中繼數據，網絡管理器用于監控和管理網絡性能和安全，并與主機應用程序交換數據。值得一提的是，SmartMesh還是一個時間同步網絡，可以做到各個節點的時間精確同步。憑借以上特性，部署與維護便利的SmartMesh正在成為更多工業應用場景的網絡連接補充選項，目前已經被應用于全球工業自動化、交通運輸等多個領域。

基于無線傳感器網絡實現多場景應用

ADI提供的2.4 GHz頻段的SmartMesh lP網絡具有典型的代表性，使得在最具挑戰性的工作環境中部署無線網絡變得實際可行，包括苛刻的射頻環境，數千個節點在彼此的無線電射程內工作的密集部署場景，正在成為更多工業應用場景的網絡連接補充選項，已應用于工業自動化、環境監測與智能交通等多個領域。

無線水質監測系統

飲料生產、制藥廠、廢水處理廠等多個行業都依靠水質監測系統對重要水質指標進行測量和控制。通常整個加工廠中如果部署單獨的有線傳感器，現場傳感器則需要經常清洗、校準和更換。

采用新的測量和網絡技術可以實現高可靠性的無線傳感器網絡，將ADI ADuCM355通用傳感器接口功能與SmartMesh IP技術可靠性相結合，就可構成穩健的低功耗無線水質監測系統，專用于水質指標pH值的測量，將該原理輕松擴展到其他電化學參數，還可以針對每個無線傳感節點形成一系列水質測量。

PH傳感器連接到ADuCM355和SmartMesh無線傳感器節點

交通基礎設施監測

ADI作為為數不多的幾家同時擁有多軸加速度計、陀螺儀及慣性測量單元的半導體廠商之一，除了能夠結合精密校準、傳感器濾波和融合，在智能駕駛高精度地圖及導航中起到關鍵作用之外，也曾在業界展會上展示了利用MEMS傳感器與SmartMesh IP相結合，實現對交通基礎設施健康狀況的監測。

例如通過沿著跑道布置極低功耗的沖擊傳感器ADXL372，用來檢測車輛何時撞上跑道周圍的護欄。利用ADXL372與SmartMesh IP相結合的監測方案，一旦車輛撞擊到護欄，市政工作人員就能在第一時間收到通知并在短時間內更換被撞壞的護欄，這就極大加快了道路車輛撞擊事故的處理速度。

電動汽車無線BMS（wBMS）

目前，汽車BMS系統按通信方式可分為有線BMS與無線BMS。有線BMS系統是通過CAN總線或iosSPI總線作為菊花鏈形式，將電池組、從控芯片與主控芯片連接起來，實現數據監測傳輸；無線BMS系統則是通過無線組網的形式，將電池組、從控芯片與主控芯片連接，通過無線通信完成電池組的狀態監測和數據傳輸。

ADI的wBMS系統示意圖

ADI電動汽車無線BMS系統解決方案便是利用SmartMesh實現電池狀態監控和數據的無線傳輸，由于SmartMesh采用了自適應隨機跳頻技術，當系統識別到當前通訊頻段出現干擾時，wBMS系統中的無線主節點芯片就會判斷下一個時間窗口的通訊頻段（非固定頻段順序），并在判斷好后會通知從節點芯片，這樣兩個芯片就同時自動改變到不受干擾的頻段，從而避免了干擾。并且，整個過程系統可以進行自主學習，通過算法識別出高堵塞的信道，能夠主動降低該信道的占有率。

此外，ADI的SmartMesh網絡架構使用的是時間同步通道跳變(TSCH)鏈路層進行通信，網絡中的終端可以在數微秒內進行同步，網絡通信被組織成時隙，可以實現低功耗分組交換、成對通道跳變和全路徑分集。并且，每個器件都有冗余的路徑以克服由于干擾、物理遮擋或多徑衰落導致的通信中斷。如果一個路徑上的數據包傳輸失敗，智能微塵會自動在下一個可用路徑和不同射頻通道上重試。

審核編輯 ：李倩