?????? Bluetooth

?????? Bluetooth官方稱之為802.15.1，它正在被市場(chǎng)接受，并且成功應(yīng)用于2.4GHz頻段的一些傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)中。Bluetooth峰值吞吐量為720KBps，使其成為高數(shù)據(jù)應(yīng)用中的可靠方案，特別適合大型網(wǎng)絡(luò)、距離小于10米、不需要電池電源的場(chǎng)合。Bluetooth芯片組第3和第4代，主要針對(duì)蜂窩電話和PC外設(shè)，而結(jié)果是由于大批量導(dǎo)致價(jià)格顯著下降。

?????? Bluetooth?
規(guī)定集成協(xié)議棧，包括PHY、MAC、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層。它對(duì)語音和特定網(wǎng)絡(luò)的支持有助于為協(xié)議棧提供它的250KB系統(tǒng)開銷，它增加了系統(tǒng)成本和集成復(fù)雜性。另外Bluetooth的每“Piconet"(微微網(wǎng))7個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)限制，限制了它在大型傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)中的應(yīng)用。Bluetooth應(yīng)該在傳感器應(yīng)用中工作得很好，這包括病人監(jiān)護(hù)和虛擬定向設(shè)備監(jiān)視，它們都需要數(shù)據(jù)和視頻。

?????? ZigBee和IEEE802.15.4

?????? 基于IEEE802.15.4的ZigBee是一種低功率、低數(shù)據(jù)率無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，它是專為遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。去年5月批準(zhǔn)的IEEE805.15.4 是一種簡單而又強(qiáng)大的分組數(shù)據(jù)協(xié)議，此協(xié)議通過確認(rèn)、誤差檢查、優(yōu)先通信、直接時(shí)序擴(kuò)頻、避免干擾的變頻能力以及用戶選擇安全來提供高可靠性。IEEE802.15.4規(guī)定PHY和MAC層并定義3個(gè)無許可證頻段(2.4GHz，915MHz，868MHz)。若2.4GHz頻段對(duì)特殊應(yīng)用不是最佳的，它為用戶提供一個(gè)選擇的頻率。每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸30~100米范圍是可能的，通過采用功率放大器和多跳躍網(wǎng)形可擴(kuò)大傳輸距離。也可以利用IEEE802.15.4硬件頂端的專利網(wǎng)絡(luò)配置。

?????? ZigBee規(guī)定IEEE802.15.4 PHY 和MAC層頂上的網(wǎng)絡(luò)、安全和應(yīng)用層并支持星、網(wǎng)絡(luò)和簇樹網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)支持每個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)255個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，ZigBee的64位網(wǎng)絡(luò)地址支持?jǐn)U展每個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)多達(dá)65000個(gè)節(jié)點(diǎn)以上。ZigBee工作良好的傳感器基應(yīng)用包括照明和HVAC(加熱通風(fēng)空調(diào))控制系統(tǒng)、AMR和分表、工業(yè)數(shù)據(jù)采集和電池供電安全監(jiān)控。

?????? 無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

?????? 用戶除選擇一個(gè)專門的無線技術(shù)外，也需要確定最適合于應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這是網(wǎng)絡(luò)的邏輯形式，而且它決定網(wǎng)絡(luò)中不同的節(jié)點(diǎn)如何彼此連接和它們?nèi)绾瓮ㄐ拧＞W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括星、網(wǎng)絡(luò)和橋結(jié)構(gòu)。對(duì)于不同的應(yīng)用，每種結(jié)構(gòu)都有自身的強(qiáng)項(xiàng)。對(duì)于相當(dāng)簡單或低功率應(yīng)用，星拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工作得很好。在星拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，所有無線節(jié)點(diǎn)連接到網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)和網(wǎng)關(guān)上。當(dāng)物理干擾或強(qiáng)RF干擾單元通信時(shí)，通常的規(guī)定是去除受影響的節(jié)點(diǎn)。一旦采納這些受影響的節(jié)點(diǎn)，對(duì)大多數(shù)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用來講這是不能接受的。

?????? 網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)用一種分散、多跳躍結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)是與最接近的節(jié)點(diǎn)直接通信。這使得靠從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的中繼可提供一個(gè)擴(kuò)展的搜索區(qū)域。如果由于任一種原因(包括強(qiáng)RF干擾)使一個(gè)單節(jié)點(diǎn)失效，則信息可以自動(dòng)地沿一條或更多的另外通路進(jìn)行通信。最佳的路由選擇通常由任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的被測(cè)信號(hào)強(qiáng)度和節(jié)點(diǎn)間傳輸信息所需的跳躍累積數(shù)確定。

?????? 路由算法可以是前激勵(lì)或反應(yīng)性的，這取決于應(yīng)用要求。用前激勵(lì)路由，其專門節(jié)點(diǎn)之間網(wǎng)絡(luò)路由總是維持。這可加速數(shù)據(jù)傳輸，但對(duì)大型網(wǎng)絡(luò)的管理可能變復(fù)雜。用反應(yīng)路由，需要發(fā)現(xiàn)和更新網(wǎng)絡(luò)路由，這基于網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在的條件和源節(jié)點(diǎn)生成數(shù)據(jù)的要求。反應(yīng)路由靠路由表的最小復(fù)雜化可簡化網(wǎng)絡(luò)開發(fā)，但可能導(dǎo)致信息等待時(shí)間，這對(duì)于近似的實(shí)時(shí)應(yīng)用來講是不實(shí)用的。一個(gè)典型的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)跳躍需50ms時(shí)間。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇蔀樵O(shè)備監(jiān)視和控制提供所需的工業(yè)高可靠性。

????? 混合簇樹配置組合網(wǎng)格和星拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)于低數(shù)據(jù)率應(yīng)用(在節(jié)點(diǎn)上需要長電池壽命和網(wǎng)絡(luò)高可靠性)往往是最佳方案。家庭或單層建筑中的傳感器可連接成星拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)到每層或每個(gè)家庭中電源供電的無線裝置，然后再連接成網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

?????? 結(jié)語

?????? 為專門應(yīng)用選擇最適合的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)，一種技術(shù)不能適合所有的應(yīng)用。然而，一旦清楚地確定了應(yīng)用的通信要求和了解可選擇的各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通常就能容易地確定最適合的網(wǎng)絡(luò)方案(表2)，在此情況下，可采用混合方法，用低功率、短距離干網(wǎng)(ZigBee)為GPRS/GSM或Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)寬域通信聚集傳感器數(shù)據(jù)，用戶不再受限于布線安裝，而且用經(jīng)濟(jì)和可靠的基于全球標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品使用戶不再局限于專利無線方案。 ?