使用诸如ZigBee等协议的低功率无线传感器网络是工业过程控制领域新兴的最具有吸引力的技术之一，因为这些网络允许在信号场内布置计算能力，而以往这样做会因成本而受限。
因为新传感器节点价格低廉，只有以前的1/4，而且耗电很少(许多能用一节电池维持两年或更长时间)，它们很自然地适合于工业设置内无法部署常规有线传感器的领域。
由于这些新型低功率传感器能随处可用，工业工程师预想了它们的应用，早期使用者也开始了与ZigBee和其它无线协议有关的试运行项目。然而，随着组织开始采用这些无线传感器和控制网络，两大重要的障碍也随之而来：部署无线传感器网络极度耗费时间，因为研制管理网络和元件的软件很复杂——尤其是工业设置内的应用，网络需要执行高级功能；而且领先的无线协议(如ZigBee/802.14.5、802.11g和802.11s等)不完全支持工业应用特定的技术需求。
这些挑战如此重大，以至于拖慢了部署计划，并且给最初无线传感器网络技术的兴奋狂热迎头浇了一盆冷水。好消息是解决两大挑战的解决方案正在涌现——将这些令人沮丧的障碍物排除到部署上。本文接下来将花大量篇幅探讨这些挑战，并介绍组
难以部署？为什么无线传感器和控制网络难以部署而且耗费时日有两大主要原因：
“我怎么能得到讲同一语言的所有东西？”问题——无线传感器网络部署将原本设计不在一起工作的物体弄到了一块：
a)传感器网络内的设备(如专有的ZigBee设备)
b)现有的IP网络
c)企业计算系统内现有的SCADA、OPC、MODBUS和其它系统
“编程慢”问题——管理无线传感器和控制网络上运行的应用软件编程目前在技术上错综复杂，费尽气力，仅部署最简单的应用就可能耗费专业级程序员数月的时间。对于工业设置内需要许多难以编程功能的更复杂应用，这一过程可能持续更长。
“编程慢”和“说同一语言”问题可为部署流程增加6-12个月或更多的时间。即使当前基础部署编程阶段也需要这么久的时间，因为：
工程设计团队正努力研制一种所有网络元件之间的接口，通过利用神秘的包级编程技术，使所有网络元件在节点端(传感器端)和企业端的所有元件成功地实现彼此之间的通信；
该技术团队针对给定的应用，解决了对所需功能进行编程的扩展过程，这对于关键的工业特性如可靠运输、健康和状况监控、安全特性、中央功率管理和自动试车等领域来说非常复杂。
这种编程过程所需的时间给部署流程增加了巨大的成本——根据硬美元费用和与垄断资源有关的软费用。
战胜挑战#1：将编程时间从月计砍到天计。
随着对无线传感器网络的兴趣日增，应用挑战也变得很明确，软件公司通过设计解决以上所述问题的系统软件作出了响应。
面向无线传感器和控制网络应用的系统软件有许多不同的说法，但我在此所指的是“服务代理(service broker)”。服务代理是一种分布层软件，能将许多无线传感器和控制网络的正常行为进行编排，允许组织集中编程力量，专注于应用商业逻辑。服务代理软件呈固有分布式，驻留在现场最小的“节点”上，及移动工人的PDA上、办公室个人电脑和企业应用端的服务器上。
服务代理为“说同一种语言”问题提供了直接的解决方案，通过提供一层覆盖整个网络的软件，并使网络的不同元件之间实现通信。公司跳过了痛苦的从零开始在节点、移动设备、服务器和其它应用元件之间构建接口的过程。
此外，一个服务代理为“编程慢”的问题提供了解决方案，即提供预构建的软件，用于基本的网络编排，及针对特定的特征和功能预先构建的元件，对工业应用至关重要。也许最重要的是，服务代理提供使用熟悉的JAVA/.NET编程环境的开发平台，许多组织都有应用它的经验。
图1：PC能控制许多功能。
通过使用这种为无线传感器和控制网络预构建的系统软件，这些工业设置内特殊网络编程所需的时间能从6-12+月减少到数周或数天。减少编程过程的时间和高昂费用扫除了无线传感器和控制网络在工业自动化领域更广泛应用的主要障碍。
部署工业设置内无线传感器及控制网络的第二大挑战是正被评估的领先的低功率无线协议(如ZigBee/802.14.5、802.11g和802.11s等)不能全面支持工业应用的技术要求。
随着更多公司开始关注无线传感器技术，业内越来越多地认识到无线协议在诸如对等控制、局部现场设备接入及其它等关键领域捉襟见肘——但我知道的最正式的是由ISA的SP100委员会所展开的研究。
ISA-SP100委员会的成立是帮助建立一个工业无线联网的标准，使规范制定简单，并且使过程自动化能应用无线传感器和控制。该组织的早期项目之一是概括出无线协议必须具有的关键要求，以有效地支持工业应用，如监控和控制。该委员会的会员 已经开始发布初步的研究成果，这是我所见过的第一份研究：
确定无线协议需要满足的关键要求，以适当地支持工业自动化和控制；提供主导协议在满足这些要求方面优劣如何的量化分析。
为了发动对这份报告的研究，一个SP100的会员进行了广泛的终端用户调查，汇编出一个针对工业应用领域无线协议的关键要求清单。该调查确定了面向工业设置内无线技术的15大关键要求，而且该报告还评估了15大关键领域每个领域(表A)内各种主要无线协议的兼容性(802.11g、802.11s、ZigBee/802.15.4和WiMax)。该报告根据每种协议的兼容性水平给每种协议给出了0-4分及总体分数。在所有种类中100%的兼容性将导致更完美的总体分数60分。
从表A中可以看到，单个的分数相差很小，但底线是没有一个能达到完全支持工业应用所需的水平。
这些发现清楚表明，以上这些领先的无线协议远远欠缺所要求的技术能力，以支持无线传感器网络的工业应用。然而，当相得益彰的补充技术用来增大流行协议如ZigBee的能力时，情况就会发生大幅变化。
在SP100研究中，ZigBee及其它专有的基于802.15.4的协
仅凭自己，ZigBee可能不是适合工业应用的理想技术。但当ZigBee与服务代理一同部署时，就突然间变成了合适的无线协议，如同近期的现实，而不是遥不可及的可能性。
ZigBee与服务代理的融合将保留每种协议的关键强项，正如SP100报告中概述的：
电源管理、支持现场对等控制、低资本开销、低运作开销、容易安装和维护，以及全球可用性。
服务代理还将消除或减轻ZigBee面向工业应用的缺点，使该技术能在SP100打分卡上取得完美的或者是显著高分：
互用性——当与服务代理集成时，ZigBee的互用性限制被完全解决了。
容量和可伸缩性——通过物理分隔网络并逻辑地连接成较大的服务代理关系即完全达到容量和可伸缩性要求。
网络安全性——安全能力紧随ZigBee服务代理之后也更近地符合了SP100指导方针。
发信安全性——发信安全性显著增强。
可靠通信——采用服务代理的完全端到端可靠性协议，确保了贯穿不同网络的信息确认和重试。
适当的报告速率——有了服务代理软件，用户具备了面向改变报告速率的更动态、可延伸的机制。
适于闭环控制——有了端到端可靠性协议和可靠的行动/响应能力，服务代理成功地在时序和延迟要求以秒计的许多情况下实现了低频控制环。在特定的无线网络配置下，可达到亚500ms延迟。
通过手持设备和便携式设备实现本地现场设备接入——有了服务代理，ZigBee将通过手持和便携式设备实现完全接入。
当你将ZigBee(及其它基于802.15.4的技术)的固有实力与服务代理的功能相整合时，结果出现了与SP100描绘的理想技术更有力吻合的无线解决方案。
提供了假定的打分卡，对比了SP100的要求及ZigBee和服务代理。在ZigBee先前得低分的区域，ZigBee及服务代理完全或者几乎完全符合SP100要求。在考虑了服务代理的影响之后，ZigBee的总体分数跳升为53.5，这个分数相当于SP100指定的理想方案。
实际上，任何一个网络协议本身是否能真正解决系统固有的问题还值得怀疑——诸如安全性、可靠性、报告速率、互用性和可伸缩性。但新兴的补充技术如服务代理有助于填补无线协议当前力所能及与工业用户对它们的要求之间的差距。这对那些期望启动无线传感器网络项目的公司来说是个好消息，但它们踌躇不前是因为对像ZigBee等无线技术的局限性存在合理的担心。
结论
工业自动化和控制领域对无线传感器和控制网络技术的兴趣与日俱增。应用这些新型无线传感器有望将工业设施转变为完全联网的环境，即将物理资产与企业技术系统相集成。尽管明显的应用挑战延缓了当今无线传感器网络的普及，新软件方案移走了阻挡更广泛普及的障碍。这一新技术通过减少无线传感器及控制网络项目的复杂性而极大地加快了部署，并且还增强了这些网络更好支持工业应用独特技术要求的能力。
