工業(yè)互聯網中的傳感器網絡應用

工業(yè)互聯網是工業(yè)化國家在過去幾十年強大的技術積累，以及和互聯網結合以后產生的新戰(zhàn)略，新的技術布局以及對未來的一種新的愿景。如果我們單從互聯網角度去解讀這些愿景和戰(zhàn)略，是遠遠不夠的。事實上工業(yè)互聯網有強大的技術支撐。那么目前工業(yè)互聯網走到哪一步了呢？很可惜，目前工業(yè)互聯網是工業(yè)的最高階段，但目前也僅走到工業(yè)物聯網階段。也就是未來還有很長的路要走。感知是物聯網的先行技術，要確保物聯網的穩(wěn)定運行，離不開眾多感知技術的加持，其中最為關鍵的技術之一便是傳感器。

傳感器是工業(yè)互聯網的基礎和核心，是自動化智能設備的關鍵部件，工業(yè)互聯網的蓬勃發(fā)展，將給傳感器企業(yè)帶來巨大的機會。工業(yè)互聯網為傳感器企業(yè)帶來巨大市場參照工業(yè)2.0、3.0、4.0，人工智能1.0、2.0等階段劃分，工業(yè)互聯網可分成三個階段：工業(yè)互聯網1.0，通過建設以IP技術為基礎的網絡連接體系，實現工廠IT網絡與OT網絡的連接，工廠外部企業(yè)與上下游、智能產品、用戶的網絡聯通;工業(yè)互聯網2.0，通過工業(yè)數據采集技術，實現產品、設備、原材料、產業(yè)鏈等詳細數據的上傳和匯聚，為工業(yè)互聯網平臺和工業(yè)APP打下基礎;工業(yè)互聯網3.0，通過人工智能、邊緣計算技術，實現物理世界與數字世界的智能無縫連接。

我國大部分的工業(yè)企業(yè)尚處于工業(yè)互聯網1.0或向其邁進的過程中，少部分領先性企業(yè)在探索實踐工業(yè)互聯網2.0，個別企業(yè)開始布局工業(yè)互聯網3.0的研究。工業(yè)互聯網發(fā)展的不同階段對傳感器要求差別亦不同，傳感器及傳感系統(tǒng)產業(yè)企業(yè)同樣需要準確定位，不僅要看到工業(yè)互聯網發(fā)展給傳感器產業(yè)發(fā)展帶來的藍海，更要挖掘有效市場，實現最終的產值和利潤。工業(yè)互聯網一方面給傳感器企業(yè)帶來了機會，另一方面也對傳感器提出了新的要求，主要體現在對靈敏度、穩(wěn)定性、魯棒性等方面的要求會更高。同時，工業(yè)互聯網的普及使得傳感器無處不在，大量使用對傳感器提出輕量化、低功耗、低成本的要求，同時也更多要求網絡化、集成化、智能化。

此外，工業(yè)互聯網傳感器應用涉及的面更廣，對傳感器的數量及產業(yè)化的需求更大，國內傳感器產業(yè)目前還存在企業(yè)規(guī)模小、創(chuàng)新能力不足的問題，完全滿足工業(yè)互聯網的需求還有不少差距。近期爆發(fā)的中美貿易摩擦中對核心芯片的禁運，也給我們傳感器及應用行業(yè)敲響了警鐘。傳感器和集成電路芯片一樣，都屬于高技術含量的關鍵零部件，如果國內企業(yè)不加大自主創(chuàng)新力度，未來也會面臨類似的局面。無線傳感器網絡隨著傳感器、計算機、無線通信及微機電等技術的發(fā)展和相互融合，產生了無線傳感器網絡(WSN,wirelesssensornetworks)。無線傳感器網絡技術與當今主流無線網絡技術使用同一個標準——802.15.14，它是一種新型的信息獲取和處理技術，是繼互聯網之后，將對人類社會的生產、生活方式產生重大影響的一項重要技術。無線傳感網絡綜合了嵌入式計算技術、傳感器技術、分布式信息處理技術以及通信技術,能夠協作地實時監(jiān)測、感知和采集網絡分布區(qū)域內的不同監(jiān)測對象的信息。無線傳感器網絡系統(tǒng)(WSNS，wirelesssensornetworkssystem)通常由傳感器節(jié)點、聚節(jié)點和管理節(jié)點組成。無線傳感器網絡通信體系結構圖無線傳感器網絡的出現引起了全世界范圍的廣泛關注，被稱為二十一世紀最具影響的技術之一；改變世界的10大新技術之一；全球未來的四大高技術產業(yè)之一。無線傳感器網絡技術很快也將進入工業(yè)互聯網和工業(yè)測控領域。伴隨未來大多數工業(yè)儀表和自動化產品對無線傳輸功能的集成，從而完成從有線到無線的過渡。典型的工業(yè)用無線傳感器網絡工業(yè)用無線傳感器網絡示意圖，核心部分是低功耗的傳感器節(jié)點（可以使用電池長期供電、太陽能電池供電，或風能、機械振動發(fā)電等），網絡路由器（具有網狀網絡路由功能）和無線網關（將信息傳輸到工業(yè)以太網和控制中心，或者傳輸通過互聯網聯網）。在工業(yè)自動化領域的老牌勁旅，如GE、Honeywell等，都推出了各種工業(yè)無線傳感器網絡產品和系統(tǒng)，國內也有不少研究機構和大型公司在進行相關研究。傳感器網絡在工業(yè)互聯網的應用工業(yè)互聯網現在人們普遍理解為使用傳感器網絡和機到機(M2M)通信的工業(yè)環(huán)境自動化。市場分析公司NanoMarkets在2014年11月發(fā)表的“工業(yè)互聯網用傳感器市場”報告就將工廠自動化、樓宇自動化、智能電網和公共交通等作為工業(yè)互聯網的應用，并預測到2019年之前這一領域每年消費的傳感器將超過200億美元。今后的技術人員和維護人員將越來越多地使用強大的平板電腦收集和處理來自工業(yè)機械中集成的傳感器發(fā)出的信息。1、工業(yè)環(huán)境監(jiān)測工業(yè)環(huán)境的監(jiān)測范圍已經涉及到整個生態(tài)環(huán)境的各個方面，包括日常環(huán)境監(jiān)測，如大氣，水，電磁輻射和放射性監(jiān)測等；同時還存在一些特殊的區(qū)域環(huán)境監(jiān)測，如沙漠、高山和存在放射源等區(qū)域的監(jiān)測。這些環(huán)境對傳感器產品的靈活性、可靠性和安全性提出了高要求。

無線傳感器網絡產品可以突破傳統(tǒng)的監(jiān)測方法，在滿足了靈活性、可靠性和安全性的同時，為工業(yè)環(huán)境的監(jiān)測降低了成本，同時也大幅度縮減了傳統(tǒng)監(jiān)測的繁瑣流程，為隨機性的研究數據獲取提供了便利。隨著人們對于工業(yè)環(huán)境的關注程度越來越高，需要采集的環(huán)境數據也越來越多，對無線傳感器網絡產品的需求將逐步擴大。

2、智能電網

當前，全球能源、環(huán)境、氣候變化等問題日益突出，世界各國紛紛把開發(fā)利用清潔能源作為能源發(fā)展與變革的重點。智能電網如今已經成為物聯網技術的重要應用之一，也是電網發(fā)展的必然趨勢。智能電網通過先進的傳感測量技術、通訊技術、先進的控制方法和決策支持系統(tǒng)技術的應用，確保電力供應的安全性、可靠性和經濟性。為了使智能電網的持續(xù)運營，設備安全保障已經成為了關鍵問題。由于電網設備長期處于高電壓、大電流等工作狀態(tài)，同時面臨雷雨等極端自然環(huán)境的威脅，對設備實施智能監(jiān)控顯得尤為重要。無線傳感器網絡產品可對電網設備進行遠程的監(jiān)控，了解設備的工作狀態(tài)，并將數據傳輸到控制中心，對設備進行統(tǒng)一管理，同時實時監(jiān)控也提高了維護效率。隨著智能電網計劃的推進，對電網設備的智能化監(jiān)控需求形成了巨大的無線傳感器網絡產品市場。3、數字化油田

經濟發(fā)展與社會需求的不斷擴大加速著油井數量的迅速上升，油田開發(fā)整體范圍也呈擴大趨勢。因此，油田生產、管理與經營的智能化成為發(fā)展趨勢，數字化油田應運而生。

在油田的數字化過程中，無線傳感器網絡產品可以對油井環(huán)境和井口設備實現實時監(jiān)控，將工作現場的設備狀態(tài)，環(huán)境參數等重要信息傳到控制中心，在必要時刻即刻發(fā)出警報并安排調度。隨著無線傳感器網絡產品在油田的深入推廣和廣泛示范，數字化油田的數量也將逐漸增加，無線傳感器網絡產品的市場需求將呈現高速增長的態(tài)勢。

4、智能工業(yè)

我國工業(yè)制造業(yè)正面臨新一輪產業(yè)革命的契機，制造企業(yè)利用物聯網技術進行改造升級的需求十分迫切，信息技術企業(yè)也在積極借助物聯網技術，以其為突破口迅速向工業(yè)領域滲透。以智能化為核心的工業(yè)4.0的提出，契合了物聯網技術向工業(yè)領域融合的趨勢，未來市場發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｖ悄苤圃熘械暮诵闹皇枪I(yè)過程的智能監(jiān)測。

將無線傳感器網絡技術應用到智能監(jiān)測中，將有助于工業(yè)生產過程工藝的優(yōu)化，同時可以提高生產線過程檢測、實時參數采集、生產設備監(jiān)控、材料消耗監(jiān)測的能力和水平，使得生產過程的智能監(jiān)控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護水平不斷提高。隨著物聯網的快速發(fā)展和工業(yè)4.0的進一步推進，以智能化為核心的工業(yè)過程控制將得到快速發(fā)展，進而拉動對基于無線傳感器網絡技術的工業(yè)過程監(jiān)測系統(tǒng)解決方案的市場需求。

工業(yè)無線傳感器網絡產品飛速增長的主要原因是隨著整個物聯網生態(tài)環(huán)境的成熟，工業(yè)物聯網也由政府主導開始慢慢發(fā)展。中國工業(yè)感測終端的數量保持著飛速增長的態(tài)勢，2014年中國工業(yè)感測終端數量為7億左右，預計伴隨著中國制造2025