作者:Kristi Hobbs,National Instruments,NI产品经理
目录:
1.无线传感器软件目前状况
2.还少什么功能
3.大部分问题的可能解答
虽然无线传感器在近几年来成为热门话题,但是有许多专家指出,无线传感器在商业上的使用率仍然偏低。有些厂商认为为数众多的专利型和标准型通信协议所造成的混淆是使用率偏低的原因,也有些厂商认为是因为安全性不足的关系。目前,Crossbow,MicroStrain以及Millennial Net等公司,正开始提供解决上述问题的无线传感器网络硬件。但是在这个过程中,仍存在令这项技术潜在使用者感到挫折的问题——软件。提供硬件产品的公司通常会提供网络状态设定及监督的软件,但是在允许使用者同时将多个节点设定为同一项功能的部分仍然没有获得良好的解决。此外,现有的软件或许可以使无线传感器网络的节点间易于分享资料,但当使用者试图和网络的其他部分分享此资料,或是将它公布到网站时,就会出现问题。本文将讨论这类无线传感器网络使用者面对的软件挑战,并提供问题的可能解答。
无线传感器软件目前状况
今天的无线传感器厂商所提供的软件包括执行无线测量的基本功能—节点组态设定及管理,以及资料记录和显示。
节点组态设定及管理
几乎每一家无线传感器厂商的软件都提供某种程度的节点组态设定功能。举例来说,使用MicroStrain提供的Agile-Link软件,使用者可以将节点加入系统中,手动将它进入睡眠状态或唤醒它,并设定传输资料的速度。其他的软件(例如Crossbow Technology的Moteview)以视觉呈现节点位于工厂地面何处。大部分的软件也包括每个节点目前状态的信息,并指出该节点是否链接上网络,同时主动传输资料。
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图1. Crossbow Technology, Inc.提供的MOTE-VIEW软件让使用者呈现其设施平面图上无线节点的位置。
资料记录及显示
所有的软件套件都将即时的无线传感器资料显示在图表上,以便监督。但有些软件(如Aglie-Link)同时也提供界面,供使用者设定基本资料记录。使用者可以将资料输出至Microsoft Excel或其他表格计算软件,进行离线分析。
虽然这些节点管理工具相当直觉,连初学者也能使用,但是功能并不多,缺少许多令无线传感器网络真正发挥功能的部分。
还少什么功能
无线传感器网络技术在过去十年间的确获得长足的进步,但是用于设定及管理这些节点的软件仍然缺少许多令真正的使用者获益的三种高阶功能——节点智能与自动化,节点聚集(node aggregation),以及企业资源的整合。
节点智能与自动化
虽然上述所提到的软件套件和其他软件,都内含部分设定节点组态的基本功能,但它们没有提供一个直觉的方法,让使用者得以自行设定其硬件节点,以提供额外深入的分析方式,例如:区域分析(Local analysis)。由较高电力的闸门节点收集并处理来自数个低电力末端节点的资料,再将最少量的资讯(例如限制测试的结果)传回中央位置的区域分析对某些场合而言很有助益。另一种智慧节点的形态是可以非常快速撷取资料(每秒数千个样本)并将它存放在本地端,只将参数性的资料传回。举例来说:一个节点或许嵌入在一部大型机器上,以监督其振动程度。虽然它可能撷取了大量的资料,但是可能只需要将通过或失败指示元传回给主机,指出该机器是否位于要求的限度之内即可。
现在大部份无线感测器节点仍然是被动节点,只将它们被要求提供的资料回传。很少感测器具备内建资料分析或自动化电力管理的设定。而提供加入额外智慧功能的节点则使用程式设计界面,不但不像上述的节点管理界面那样简单,使用者往往还必须使用低阶文字式程式设计。对于熟悉自己领域而不熟悉其他嵌入式程式的工程师和科学家而言,这种情况往往不能令人满意。
节点聚集(Node Aggregation)
目前的节点管理软件或许可以在有20到30个节点的网路上运作得很好,但是当政府机构或大型企业想要建构内含数百或数千个节点的网路时,设定就要花费极多的时间。在这个时候,要个别设定每个节点就变得困难重重,因此用于设定节点组态的软件就必须能够将节点集结成群组,并一次将整个群组设定成相同的功能。举例来说:一家石油公司可能会想要在许多地点监督油管中的流量。由于所有的节点基本上都是执行相同的作业─监督流量及记录或将资料传回中央位置。因此,如果能够一次设定好所有的节点,就可以节省时间和金钱。这种节点集成的功能会建立一个简单的界面,用于发展备用系统,并加快极大型网路的组态设定作业。若是没有这项功能,无线传感器网络技术就无法超越研究和小型应用的规模。
与企业整合
在全面采用无线传感器技术之前,大部份公司会要求能轻易将其传感器网路与企业其余层面结合。这表示:不只提供一种资料记录及离线分析的方法,同时也要提供能够直接在无线传感器混合网络和采用不同网络作业协定的办公室系统之间传递资料的方法。相对地,这种要求就需要线上分析能力。对于员工分布在全球各地,或是想要让多名内部消费者能够轻松存取资料的公司而言,能够集中这些资料,并透过网页伺服器来提供存取管道,是一种选择性但往往很重要的功能。
图2. 目前大部份的无线传感器节点只能记录到表中,而且没有自动化的方法可以将资料送到企业内部系统。
大部分问题的可能解答
无线传感器的软件要能满足大部份使用者的需求,似乎还有很长一段路要走,但是部份的解决方式其实已经存在。虽然还没有能力一次设定多个节点,但目前有一套软件工具提供了方法,能够设定节点、加入深入分析,以及将无线传感器资料与企业其余部份整合。这项工具就是NI LabVIEW,一套业界标准的图型化开发环境,供电子世界的测量及自动化使用。
使用LabVIEW获得节点智能和自动化
藉由最近发表的NI LabVIEW嵌入式开发模组(Embedded Development Module),使用者可以设定任何32位元的处理器,因此也可以设定任何以32位元处理器为基础的无线传感器。利用这项工具,无线传感器厂商可以为其无线节点开发驱动程式,让一般使用者能够以LabVIEW设定节点。因此,无线传感器使用者可以在其节点上加入特殊的用户端设定,不需要复杂的暂存器或文字式的程式设计过程。
透过Labview与企业整合
NI LabVIEW及其工具组可和许多网络通信协议相容,例如TCP/IP和蓝芽;也和许多数据库相容,例如Microsoft Access、SQL Server,以及Oracle。因此,主机电脑可以执行一个LabVIEW程式来收集多个无线传感器节点传来的资料,并自动将它传送给网路上的其它机器,或是将它储存到数据库。此外,LabVIEW Full Development Systems及更高版本包括内建的网页伺服器,因此主机电脑可以收集来自节点的资料,并以即时的方式将资料公布在网站上。资料的用户端可以透过其浏览器存取,甚至控制。即使LabVIEW还不能一次设定多个节点,使用者却可以建立标准组态,将之储存,再把它轮流下载到每一个节点。
图3. LabVIEW提供数据库连线能力和內建的网页伺服器,让无线传感器节点的资料能够轻易地和企业的资源整合。
目前已经有多所顶尖的大学和企业非常重视无线传感器技术的研究。随着无线传感器的热潮持续增强,加上硬体平台和通信协议的增多,软件也必须扩充功能,以满足藉由这项技术而获得益处的使用者需求。藉由为无线感测器提供LabVIEW驱动程式,厂商可以为需要节点智能和与企业资源整合的全新使用者开启使用无线传感器的大门。