使用ZigBee等協議的低功率無線傳感器網絡是工業過程控制領域涌現的吸引力的技術之一，原因是這些網絡使在相關場所添加計算能力得以實現，而之前這樣做會因成本原因而根本無法實現。 
由于這些新的傳感器節點價格低、外形小（只有以前的1/4）而且耗電少（一節電池可用兩年甚至更長時間），對于那些由于建筑物和機器隱蔽處和裂縫太多而無法部署常規有線傳感器的工業環境來說，它們無疑是理想選擇。 
鑒于這些新型低功率傳感器幾乎能*，工業工程師已經在各種應用中預定了它們的位置，而一些*已經開始試行采用了ZigBee等無線協議的項目。然而，隨著這些無線傳感器和控制網絡的普及，兩大重要障礙也隨之而來： 
1）由于網絡和組件管理軟件開發之復雜性，無線傳感器網絡的部署需要耗費大量的時間，尤其是在網絡需要執行功能的工業環境中； 
2）主流無線協議（如ZigBee/802.14.5、802.11g和802.11等）還不能*工業應用特定的技術要求。 
這些困難就像兩座大山，嚴重延緩了部署計劃，并無疑給那些因無線傳感器網絡技術而興奮的人們潑了一盆冷水。幸好，業界中能推翻這兩座大山的方案也不斷涌現。本文接下來將對這兩大難題進行詳細分析，并介紹如何利用方案來跨越障礙。 
無線傳感器和控制網絡部署難度大且耗費時間的原因主要有以下兩點：“怎樣讓不同的設備協同工作？”的問題無線傳感器網絡的部署使原先從未共存過的一些設備被放在了一起： 
a）傳感器網絡內的設備（如專有的ZigBee設備） 
b）現有的IP網絡 
c）企業計算系統內現有的SCADA、OPC、MODBUS和其它系統 
這些不同的設備之間差別太大，從而形成了一個巨大障礙，在構建應用程序時通過軟件根本無法解決。 
“編程慢”問題——從技術層面上看，要對管理無線傳感器和控制網絡上的應用的軟件進行編程是極其復雜的，而且非常費力，因此即便是部署zui簡單的應用，也需要專業級程序員付出數月的辛勤勞動。而如果是在那些要求眾多很難編程的功能的工業環境中部署更復雜的應用，無疑需要更長的時間。 
“編程慢”和“協同工作”問題會給整個部署流程增加6-12個月（甚至更長）的時間。即使是基本部署，它的編程階段目前也需要這么長的時間，因為： 
工程設計團隊正努力試圖通過鮮為人知的包級編程（arcane packet-level programming）技術，在所有網絡組件之間建立一個通用接口，使所有節點端（傳感器端） 和企業端的網絡組件都能成功地實現彼此通信； 該技術團隊解決了應用所需功能編程過程延長的問題－這對于關鍵的工業特性如可靠運輸、健康和狀況監控、安全特性、*功率管理和自動任務執行等領域來說都是相當復雜。 
不論是以硬性美元成本還是與壟斷資源有關的軟費用來計算，這個編程過程所需時長都無疑給部署過程增加了巨大的成本。 
克服*關：將編程時間從月縮減到天。 隨著無線傳感器網絡的日益引人關注以及部署網絡困難的日益明顯，軟件公司設計了系統軟件來解決上述問題。 
面向無線傳感器和控制網絡應用的系統軟件有各種不同的說法，但我在此所指的是“服務代理（service broker）”。服務代理是軟件的一個分布層，將無線傳感器和控制網絡的各種正常操作協調在一起，使用戶組織可以將編程專門集中于應用的商業邏輯。服務代理軟件有固有的分布式特點，其身影遍布在現場zui小的“節點”、移動型工作人員的PDA、辦公室個人電腦和企業應用端的服務器上。 
服務代理提供了一層覆蓋整個網絡并使網絡組件之間實現通信的軟件，解決了“協同工作”的問題。用戶企業不再需要經歷在節點、移動設備、服務器等網絡組件之間構建眾多接口的痛苦過程。 
另外，服務代理還能提供用于網絡基本編排的預置軟件，以及面向對工業應用至關重要的特定特征和功能的預置網絡組件，從而解決“編程慢”的問題。而zui重要的是，服務代理提供了一個使用熟悉的JAVA/.NET編程環境的開發平臺，而這個編程環境是大多數組織都曾經應用過的。 


通過使用這種用于無線傳感器和控制網絡預的預置系統軟件，工業環境中那些網絡所需的編程時間能從6-12月（或者更長）銳減到短短的幾個星期甚至幾天。編程時間和高昂費用的減少掃清了無線傳感器和控制網絡在工業自動化領域進一步推廣的主要障礙。 
部署工業環境下無線傳感器及控制網絡的第二大難題在于，目前還處于評估狀態的*低功率無線協議（如ZigBee/802.14.5、802.11g和802.11s等）還不能*工業應用的技術要求。 
隨著更多公司開始關注無線傳感器技術，業內越來越多地認識到無線協議在對等控制、局部現場設備接入等關鍵領域的缺陷，但真正*個對之進行了正式研究的組織，是ISA的SP100委員會。 
ISA-SP100委員會的宗旨在于創建一個工業無線聯網的標準，來簡化規范的制定，并使無線傳感器和控制網絡能應用在過程自動化中。該組織的早期項目之一是概括出無線協議必須滿足的關鍵要求，以有效地支持監控和控制等工業應用。該委員會的會員已經開始發布初步研究成果，這也是我所見過的*份研究。該研究確定了無線協議需要滿足的每一個關鍵要求，以使之*支持工業自動化和控制，并就一些主要協議在對這些要求的滿足程度上做了量化分析。 
為了發動對這份報告的研究， SP100的一個會員進行了廣泛的終端用戶調查，匯編出一個工業應用領域里無線協議須滿足的關鍵要求的清單。該調查確定了對工業設置內無線技術的15大關鍵要求，并通過報告評估了15大關鍵領域每個領域（表A）內各種主要無線協議的符合程度（802.11g、802.11s、ZigBee/802.15.4和WiMax）。該報告根據每種協議的符合程度給每種協議給出了0-4分的分數及總體分數。如果某個協議在所有種類中都能符合，就能獲得滿分60分的總體分。 

表A
從表A中可以看到，單個的分數相差很小，但沒有一個能達到*支持工業應用所需的水平。 
這些發現清楚地表明，這些主要的無線協議還根本不具備*支持無線傳感器網絡工業應用的能力。但是，如果借助某種補充技術來對某個流行協議（比如Zigbee）進行加強，情況就會大大改觀。 
在SP100研究中，ZigBee及其它專有的基于802.15.4的協議的總體分僅35分，根本不能適用于工業應用。但是，通過和該領域一些公司的交談，我發現無線傳感器和控制技術在功率管理、低成本設備和對等控制等領域的優點對工業過程控制領域中的人們具有很大的吸引力。 
孤軍奮戰的ZigBee可能無法成為工業應用的理想技術，但如果結合服務代理，一個理想的無線協議就將很快成為現實，而不再只是遙不可及的空想。如果ZigBee與服務代理相結合，將使其保持住如SP100報告中所述的下列各種關鍵優勢：電源管理、支持現場對等控制、低資本費用、低運作費用、容易安裝和維護，以及可用性。 
服務代理還能彌補或減輕ZigBee在工業應用中的缺陷，使之能在SP100打分卡上取得的或者顯著的高分： 
互用性——結合服務代理，ZigBee*突破了互用性限制。 
容量和可伸縮性——通過物理分隔網絡并邏輯連接成更大的服務代理關系，*了容量和可伸縮性要求。 
網絡安全——隨著ZigBee服務代理的加入，安全性能也更接近SP100要求。 
信息安全——信息安全顯著增強。 
可靠通信——采用服務代理的*端到端可靠性協議，確保了不同網絡之間的信息確認和重試。
適當的報告速率——通過服務代理，用戶能具有一個更為動態可擴展的機制來更改報告速率。
適于閉環控制——有了端到端可靠性協議和可靠的行動/響應能力，服務代理能在眾多時序和延遲要求以秒計的情況下實現低頻控制環。在特定的無線網絡配置下，能將延遲控制在500ms以內。 
通過手持和便攜式設備實現本地現場設備接入——有了服務代理，ZigBee將能通過手持和便攜式設備實現*接入。 
如果結合ZigBee（及其它基于802.15.4的技術）的固有優勢和服務代理的功能，這樣一個無線方案就能更接近SP100所要的理想技術。 
表格B提供了假定的打分卡，就SP100的期望值和ZigBee及服務代理進行了對比。在之前ZigBee得低分的區域，ZigBee及服務代理*或者幾乎*符合SP100要求。在將服務代理的影響考慮進去后，ZigBee的總得分跳升到53.5分，幾乎達到了SP100的理想方案的效果。 

表B
實際上，是否有任何一個網絡協議自身能真正解決系統固有的安全性、可靠性、報告速率、互用性和可伸縮性等問題，這一點還值得懷疑。但服務代理等新型補充技術能*無線協議實際功能和理想功能之間的差距。對于那些期望啟動無線傳感器網絡項目，但由于受到ZigBee等無線技術的局限而躊躇不前的公司來說，這無疑是一個好消息。 
結論 
人們對于在工業自動化和控制領域利用無線傳感器和控制網絡技術的興趣與日俱增。應用這些新型無線傳感器有望將工業環境轉變為*聯網的環境，將物理資產與企業技術系統集成在一起。 
盡管在網絡部署上的巨大難題延緩了無線傳感器網絡的普及，但新的軟件方案也在不斷消除這些障礙。這一新技術減少了無線傳感器及控制網絡項目的復雜性，從而極大地加快了部署速度，并增強了網絡性能，使之能更好地滿足工業領域*的技術要求。