注意:LabVIEW 2015以上版本不支持NI-WSN产品。如果对迁移产品有疑问,请联系技术支持:ni.com/support。
无线传感器网络由3个主要部分组成:网关、节点和软件。对于此类产品,NI-WSN平台提供了多种选择,便于您自定义自己的WSN,从而满足应用的独特需求。
无线测量系统可以克服电源和网络基础设施的局限性,应对新的应用挑战和以往的困难应用挑战。与传统的有线测量系统相比,无线测量系统成本更低、灵活性更大,并且具有电池供电的可靠设备,能够实现长期部署。
NI无线CompactDAQ设备集IEEE 802.11b/g无线或以太网通信和传感器直连于一身,同时具备NI-DAQmx软件的灵活性,提供了广泛的远程测量和控制选项。NI Wi-Fi DAQ设备由外部供电,可以在每个通道上以超过50 kS/s的速度连续流式传输波形数据,并提供超高的商用网络安全性(WPA2 Enterprise)。这些设备专为短期、高吞吐量/数据流应用设计,其中由单个主机连接无线客户端设备。
NI-WSN提供低功耗测量节点,使用4节AA电池可实现长达3年的运行,并可针对长期远程操作进行部署。无线测量节点使用基于IEEE 802.15.4的协议与中央网关进行通信,提供网格路由功能,延长了网络距离,更加可靠。NI-WSN系统可采用较低的数据速率来维持功耗,可使用I/O变量轻松编程。此类设备适用于速度较慢的长期应用,例如每分钟、每小时或每天监视一次资产或环境。NI-WSN可针对每个客户端为多个数据使用方提供支持,这意味着不止一人可以随时随地从您的WSN监视系统访问数据。
每个测量节点都可提供4个模拟输入通道和2~4个数字通道,您可以为每个通道配置输入、漏极输出或源极输出。4节AA碱性或锂电池可以支持长达3年的节点使用。测量节点提供-40°C至70°C的温度范围,可经受工业级冲击和振动。节点通过2.4 GHz IEEE 802.15.4无线电进行通信,提供高达300米的室外视野。9~30 V的外部供电网关提供了与Windows或实时操作系统控制器的灵活连接。
NI-WSN的专有协议基于IEEE 802.15.4和ZigBee技术。IEEE 802.15.4通信标准定义了网络模型中的物理层和媒体访问控制层,提供3个频段的通信,包括2.4 GHz ISM频段。ZigBee以802.15.4标准的网络和应用层为基础,提供设备协调等功能,采用网格网络拓扑,可靠性有保障,同时能够创建用户定义的配置文件,以便在协议中实现自定义和灵活性。NI-WSN位于ZigBee层之上,将对第三方设备封闭协议,确保网络和数据的可靠性。
使用NI-WSN软件,即NI-WSN网关附带的软件(也可在此处下载),可以在Measurement & Automation Explorer (MAX)工具中轻松配置您的网络。MAX具有直观的用户界面,方便添加和删除测量节点并配置无线设置。要设置您的NI-WSN,请在MAX的远程系统下添加您的网关,并通过输入节点序列号将测量节点分配给网关。在通电或复位时,节点会自动重新连接到指定的网关。
您也可以使用MAX来查看WSN中的所有节点,及其最后通信时间、电池状态和链接质量。此外,MAX还提供了一个接口,可设置ZigBee通信通道,配置网关IP地址,无线更新测量节点上的固件,以及配置一个节点作为终端设备或网格路由器。
如果使用NI 9792可编程WSN网关,也可以通过网络浏览器执行这些操作。
NI-WSN软件可与LabVIEW无缝集成,因此,您可以快速、轻松地从WSN中提取测量数据。在将NI-WSN网关添加到LabVIEW项目中后,在MAX中配置了网关的节点会自动填充到LabVIEW项目中,使您能够立即访问其I/O和属性。只需将I/O变量从LabVIEW项目中拖放到LabVIEW程序框图,即可进行数据提取、分析和显示。
测量节点可以在4个1.5 V、AA碱性/锂离子原电池或外部电源上运行。一些NI-WSN节点支持电池备用功能,也就是说如果外部电源断开,节点将自动切换为电池供电。
将节点配置为路由器时,它们必须保持通电状态,以便通过网络发送和接收数据,并且应该使用外部电源供电。
您可以使用非墙插式电源(如太阳能或振动能量采集)来提供外部电力。
WSN-9791和NI 9792网关需要9~30 V的外部电源。
测量节点的功耗受多种因素影响,包括采样间隔、温度、网络拓扑、RF环境,以及是否已用NI LabVIEW WSN模块自定义节点行为。 NI发现,在25摄氏度、一分钟采样间隔的情况下,常规电池可使用超过2年。
请阅读下文,详细了解如何使用LabVIEW WSN模块来充分提高功率效率。
创建可靠的网络拓扑是构建WSN系统的一个重要方面。 在建立WSN系统时,应该仔细考虑网络拓扑和数据通信路径。
为了充分保障网络的可靠性,NI建议您遵循以下标准:
要实现终端节点数量最大化,NI建议采用由1个网关、4个路由器节点和32个终端节点(每个路由器8个终端节点)组成的拓扑。 要实现最大的覆盖距离,NI建议采用由1个网关、8个路由器节点和28个终端节点(每个二级路由器7个终端节点)组成的拓扑。
NI-WSN协议基于自愈网络,也就是说,如有必要,网络会自动重新配置。 正因如此,在设计WSN拓扑时,请务必分析所有的网络可能性,并保持所有网络可能性均为8:1子父比例。
NI-WSN网关和测量节点采用2.4 GHz IEEE 802.15.4无线电。 这些设备的美洲版本可以在300米室外视野范围内保持可靠的网络通信。 各个设备的确切范围会因地理位置、网络流量、网络拓扑和RF环境而异。
使用默认的固件/设备属性,即采样输入并立即传输到网关,测量节点每分钟可以采集30~60个样本。 这个速率可由用户定义,并可在NI LabVIEW中以编程的方式分配。
借助可编程的节点和LabVIEW WSN模块,您可以在本地更快地采样,并存储或处理数据,以便稍后传输。 正因如此,采样速率可以高于默认速率。
可以。NI为WSN测量节点提供了一个IP65室外用外壳。NI WSN-3291室外用外壳有两个I/O接头,用于铺设电源或传感器线缆,并配有4个I/O接头插件,这样您就可以根据自己的应用自定义接头了。该外壳有一个外部天线,通过内部SMB连接器与节点连接,还有一个带有锁定机制的内部安装板,可将节点固定在里面。
NI还为NI WSN-9791以太网网关提供了一个IP65室外用外壳。 NI 9792可编程WSN网关的室外用外壳即将退出。
每个WSN网关都提供不同的连接和主机控制器选项。 NI 9792可编程WSN网关不需要额外的主机控制器,因为该设备是一个LabVIEW Real-Time终端,可以独立于主机运行。 LabVIEW Real-Time应用程序可以部署到NI 9792上,以汇总测量节点的数据并进行处理和分析。 即使不需要主机控制器,您仍然可以将NI 9792连接至其他设备,如Windows PC、数据库或第三方WSN网关。 NI 9792具备双以太网端口和1个RS-232串行端口,可连接这些类型的设备。 此外,NI 9792还有一个内置的Web服务器,您可以在Web浏览器中远程可视化WSN测量数据。
然而,NI WSN-9791以太网网关确实需要使用主控制器。 由于以太网具有灵活性,您可以选择Windows或实时主机控制器。Windows控制器可以为PC、工业控制器、笔记本电脑或运行Windows操作系统的嵌入式设备,包括如XP Embedded和LabVIEW (Windows)等嵌入式操作系统。实时控制器可以是运行实时操作系统和LabVIEW Real-Time的NI CompactRIO或其他可编程自动化控制器(PAC)。
NI为Crossbow、Accsense或Microstrain等第三方WSN节点提供了LabVIEW驱动程序,因此可以使用LabVIEW代码将NI-WSN测量与第三方WSN测量集成。要与这些设备通信,必须使用它们的网关。 由于NI-WSN采用专有通信协议,您不能使用第三方WSN(或其他ZigBee)设备直接与NI-WSN网关通信。
这些节点已由各种第三方传感器进行了测试。
借助LabVIEW Wireless Sensor Network模块,您可以使用图形化编程来自定义节点行为,具体方法是提高智能化来延长电池寿命,改善模拟和数字输入性能,并连接定制传感器。您还可以使用该模块来嵌入本地智能,响应数字值变化事件,并根据测量输入来修改行为。
NI测量节点的默认行为是将采集到的每个样本传输到网关;然而,许多应用并没有这种要求,LabVIEW WSN模块可以用来对一段时间的采样取平均值,并提供阈值或死区逻辑,从而只传输有意义的数据,延长电池寿命。此外,节点上的采集速率也可以通过不产生采集后传输每个样本的开销而得到提高。使用LabVIEW WSN模块,就可以在节点上执行处理和数据简化。LabVIEW WSN应用程序可通过OTA下载到NI-WSN测量节点,从而实现对已部署节点的无缝更新。
LabVIEW WSN模块先锋版只针对可编程版本的测量节点。
NI无线传感器网络目前只适用于NI LabVIEW 8.6.1及更新版本。
LabVIEW 2015以上版本不支持NI-WSN产品。
所有NI-WSN设备都包含一年保修服务,保修范围覆盖从产品配送之日起一年内发现的工艺和材料缺陷。