無線傳感器網(wǎng)絡(luò)：物聯(lián)網(wǎng)的末梢神經(jīng)

也許傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)于我們大多數(shù)人來說，還是很陌生，其實(shí)她己經(jīng)是二十多歲的“青年人”，只是一開始她就在軍事與特種領(lǐng)域“服役”。但是現(xiàn)在她已經(jīng)“轉(zhuǎn)業(yè)”到地方，成為我們感知物理世界的網(wǎng)絡(luò)——一物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢。

1.無線網(wǎng)絡(luò)的基本概念

1.1無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的分類

無線網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究與發(fā)展的另一條主線，它的研究、發(fā)展與應(yīng)用將對(duì)21世紀(jì)信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。從是否需要基礎(chǔ)設(shè)施的角度來看，可以分為兩大類：基于基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)與無基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)。圖4-1給出了無線網(wǎng)絡(luò)的分類。

1.2無線分組網(wǎng)與無線自組網(wǎng)

1972年在美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃署啟動(dòng)ARPANET的研究計(jì)劃后，又啟動(dòng)將分組交換技術(shù)移植到軍用無線分組網(wǎng)(PacketRadi。NETw。rk，PRNET)的項(xiàng)目。該項(xiàng)目研究戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中無線分組交換技術(shù)在數(shù)據(jù)通信中的應(yīng)用。無線分組網(wǎng)的研究成果為無線自組網(wǎng)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

在無線分組網(wǎng)項(xiàng)目結(jié)束后，DARPA認(rèn)為盡管無線分組網(wǎng)的可行性得到驗(yàn)證，但還是不能支持大型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需要，無線移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)還有幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)沒有解決。在這樣的背景下，DARPA在1983年啟動(dòng)殘存性自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(SURvivableAdaptiveNetwork，SURAN)項(xiàng)目。該項(xiàng)目研究如何將無線分組網(wǎng)技術(shù)用于支持更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，并開發(fā)能適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)快速變化的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

在無線分組網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的無線自組網(wǎng)是一種特殊的自組織、對(duì)等式、多跳、無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，在軍事、特殊應(yīng)用領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。

20世紀(jì)70年代末，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室完成短波自組織網(wǎng)絡(luò)(HF-ITF)系統(tǒng)的研究。該系統(tǒng)是采用跳頻方式組網(wǎng)的低速無線自組網(wǎng)絡(luò)。HF-ITF使用短波頻段，采用隨機(jī)信道訪問控制方法，可以將500公里范圍內(nèi)的艦只、飛機(jī)、潛艇組成一個(gè)無線移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)。

1994年美國DARPA啟動(dòng)全球移動(dòng)信息系統(tǒng)(GlobelMobileinformationsystem，GloMo)計(jì)劃一GloMo計(jì)劃的研究范圍幾乎覆蓋無線通信的所有相關(guān)領(lǐng)域。其中，無線自適應(yīng)移動(dòng)信息系統(tǒng)(WAMIS)是在無線分組網(wǎng)的基礎(chǔ)上，研究的一種在多跳、移動(dòng)環(huán)境下支持實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)的高速分組無線網(wǎng)。另一個(gè)與無線自組網(wǎng)有關(guān)的項(xiàng)目是啟動(dòng)于1996年的WINGs研究，其主要目標(biāo)是如何將無線移動(dòng)自組網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)無縫連接。

1.3無線自組網(wǎng)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

IEEE將無線自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)定義為一種特殊的自組織、對(duì)等式、多跳、無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，稱為移動(dòng)無線自組網(wǎng)絡(luò)(MobileAdhocNETwork，MANET)，它是在無線分組網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究起步于20世紀(jì)90年代末期，隨著無線自組網(wǎng)技術(shù)的日趨成熟，無線通信、微電子、傳感器技術(shù)也得到快速發(fā)展，如何在軍事領(lǐng)域中將無線自組網(wǎng)與傳感器技術(shù)結(jié)合起來的研究課題被提出，即開始了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以用于對(duì)敵方兵力和裝備的監(jiān)控，戰(zhàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視，目標(biāo)的定位、戰(zhàn)場(chǎng)評(píng)估以及對(duì)核攻擊和生物化學(xué)攻擊的監(jiān)測(cè)和搜索。

近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)引起學(xué)術(shù)、軍事和工業(yè)界的極大關(guān)注，美國和歐洲相繼啟動(dòng)很多有關(guān)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究計(jì)劃。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究將涉及傳感器、微電子芯片制造、無線傳輸、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、嵌入式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)安全與軟件等技術(shù)，是一個(gè)必須由多個(gè)學(xué)科專家參加的交叉學(xué)科研究領(lǐng)域。

1.4無線自組網(wǎng)與無線網(wǎng)狀網(wǎng)

無線自組網(wǎng)技術(shù)逐漸成熟并進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段時(shí)，通常還是局限于軍事領(lǐng)域，在民用領(lǐng)域應(yīng)用無線自組網(wǎng)技術(shù)還只是一個(gè)研究課題。人們很快就發(fā)現(xiàn)，如果將無線自組網(wǎng)技術(shù)作為無線局域網(wǎng)與無線城域網(wǎng)等無線接入技術(shù)的一種補(bǔ)充，應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)無線接入網(wǎng)中，是一個(gè)很有發(fā)展前途的課題。在這樣的背景下，開始了無線網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)的研究。-

無線網(wǎng)狀網(wǎng)(WirelessMeshNetwork，WMN)是無線自組網(wǎng)在接入領(lǐng)域的一種應(yīng)用。WMN也稱為無線網(wǎng)格網(wǎng)，它作為對(duì)無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)技術(shù)的補(bǔ)充，將成為解決無線接人“最后一公里”問題的重要技術(shù)手段。

目前，無線自組網(wǎng)技術(shù)向兩個(gè)方向發(fā)展的趨勢(shì)已經(jīng)清晰，一個(gè)是向軍事和特定行業(yè)發(fā)展和應(yīng)用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；另一個(gè)是向民用的接入網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)展的無線網(wǎng)狀網(wǎng)。由于無線網(wǎng)絡(luò)問題的研究涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，本章主要介紹與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相關(guān)的研究工作。

2．無線局域網(wǎng)與協(xié)議

2.1無線局域網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域

隨著無線局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹碓缴羁痰卣J(rèn)識(shí)到，無線局域網(wǎng)不僅能夠滿足移動(dòng)和特殊應(yīng)用領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)的要求，還能覆蓋有線網(wǎng)絡(luò)難以涉及的范圍。它們主要有以下四個(gè)方面：

（1）作為傳統(tǒng)局域網(wǎng)的擴(kuò)充

傳統(tǒng)的局域網(wǎng)用非屏蔽雙絞線實(shí)現(xiàn)10Mbps，甚至更高速率的傳輸。使得結(jié)構(gòu)化布線技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。很多建筑物在建設(shè)過程中已預(yù)先布好雙絞線，但是在某些特昧的環(huán)境中，無線局域網(wǎng)卻能發(fā)揮傳統(tǒng)局域網(wǎng)起不到的作用，例如在建筑物群之間、工廠建筑物之間的連接，股票交易等場(chǎng)所的活動(dòng)結(jié)點(diǎn)，以及不能布線的歷史古建筑，臨時(shí)性的大型報(bào)告會(huì)與展覽會(huì)。在上述的情況中，無線局域網(wǎng)提供一種更有效的聯(lián)網(wǎng)方式。在大多數(shù)情況下，傳統(tǒng)的局域網(wǎng)用來連接服務(wù)器和一些固定的工作站，而移動(dòng)和不易于布線的結(jié)點(diǎn)可以通過無線局域網(wǎng)接入。圖4-3給出了典型的無線局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

（2）特殊無線網(wǎng)絡(luò)

無線自組網(wǎng)絡(luò)采用不需要基站的“對(duì)等結(jié)構(gòu)”移動(dòng)通信模式，該網(wǎng)絡(luò)中沒有固定的路由器，它的所有用戶都可以移動(dòng)，并且支持動(dòng)態(tài)配置和動(dòng)態(tài)流量控制；每個(gè)系統(tǒng)都具備動(dòng)態(tài)搜索、定位和恢復(fù)連接的能力。這些行為特征可以用“移動(dòng)分布式多跳無線網(wǎng)絡(luò)”或“移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)”來描述：例如，員工每人有一個(gè)帶有天線的筆記本，他們被召集在一間房間里開會(huì)，計(jì)算機(jī)可以連接到一個(gè)暫時(shí)的網(wǎng)絡(luò)，會(huì)議完畢后網(wǎng)絡(luò)將不再存在。

2.2無線局域網(wǎng)協(xié)議

1987年，IEEE802.4組開始進(jìn)行無線局域網(wǎng)的研究。最初的目標(biāo)是希望開發(fā)一個(gè)基于無線網(wǎng)令牌總線協(xié)議。在進(jìn)行一段時(shí)間的研究后，發(fā)現(xiàn)令牌總線并不適合于無線電信道。在1990年，IEEE802委員會(huì)成立新的802.11工作組，專門從事無線局域網(wǎng)的研究，并開發(fā)一個(gè)無線信道訪問控制子層協(xié)議和物理介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。1997年形成第1個(gè)無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.11，以后又出現(xiàn)兩個(gè)擴(kuò)展版本。802.11定義使用紅外、跳頻擴(kuò)頻與直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbps或2Mbps的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。802.1lb定義使用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)，傳輸速率為1、2、5.5與11Mbps的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。802.11a將傳輸速率提高到54Mbps。無線局域網(wǎng)是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題，當(dāng)前802.11標(biāo)準(zhǔn)已從802.11b、802.11a發(fā)展為802.11j，對(duì)多種頻段無線傳輸技術(shù)的物理層、MAC層、無線網(wǎng)橋，以及QoS管理、安全與身份認(rèn)證做出一系列的規(guī)定。致力于WLAN技術(shù)推廣的wi-Fi聯(lián)盟是由業(yè)界成員參加，它的作用是促進(jìn)802.11無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的推廣與應(yīng)用。

3．無線城域網(wǎng)與IEEE802.16協(xié)議

3.1寬帶無線接入的基本概念

802．11無線局域網(wǎng)作為局域網(wǎng)接入方式的一種補(bǔ)充，已在個(gè)人計(jì)算機(jī)無線接人中發(fā)揮重要作用。在無線通信技術(shù)應(yīng)用廣泛的背景下，如何在城域網(wǎng)中應(yīng)用無線通信技術(shù)的課題就被提出。對(duì)于城市區(qū)域的一些大樓、分散的社區(qū)，架設(shè)電纜與鋪設(shè)光纖的費(fèi)用往往要大于架設(shè)無線通信設(shè)備，人們開始研究在市區(qū)范圍的高樓之間利用無線通信手段解決局域網(wǎng)、固定或移動(dòng)的個(gè)人用戶計(jì)算機(jī)接入互聯(lián)網(wǎng)的問題。圖4．4給出了802．16寬帶城域網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

1999年7月，IEEE802委員會(huì)成立一個(gè)工作組，專門研究寬帶無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)問題。2002年，公布IEEE802.16寬帶無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。802.16標(biāo)準(zhǔn)的全稱是“固定帶寬無線訪問系統(tǒng)空間接口”(AirInterfaceforFixedBroadbandWirelessAccessSystem)，也稱為無線城域網(wǎng)(WirelessMAN,WMAN)或本地環(huán)路(wirelesslocalloop)標(biāo)準(zhǔn)。

.2IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)體系

盡管802.1l與802.16標(biāo)準(zhǔn)都針對(duì)無線環(huán)境，但是由于兩者的應(yīng)用對(duì)象不同，因此在采用的技術(shù)與協(xié)議解決問題的重點(diǎn)也不同。802.11標(biāo)準(zhǔn)的重點(diǎn)在于解決局域網(wǎng)范圍的移動(dòng)結(jié)點(diǎn)通信問題，而802.16標(biāo)準(zhǔn)的重點(diǎn)是解決城市范圍內(nèi)建筑物之間的數(shù)據(jù)通信問題。

802.16標(biāo)準(zhǔn)的主要目標(biāo)是制定工作在2～66GHz頻段的無線接人系統(tǒng)的物理層與介質(zhì)訪問控制層規(guī)范。802.16是一個(gè)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的視距條件下的標(biāo)準(zhǔn)，用于大數(shù)據(jù)量的傳輸。802.16a增加非視距和對(duì)無線網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)的支持。802.16與802.16a經(jīng)過修訂后，被統(tǒng)一命名為802.16d，于2004年5月正式公布。

按802.16標(biāo)準(zhǔn)建立的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋一個(gè)城市的部分區(qū)域，同時(shí)由于建筑物位置是固定的，它需要在每個(gè)建筑物上建立基站，基站之間采用全雙工、寬帶通信方式工作。802.16標(biāo)準(zhǔn)提供兩個(gè)物理層標(biāo)準(zhǔn)802.16d與802.16e。802.16d主要針對(duì)固定的無線網(wǎng)絡(luò)部署，802.16e針對(duì)火車、汽車等移動(dòng)物體的無線通信標(biāo)準(zhǔn)問題。

與IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)工作組對(duì)應(yīng)的論壇組織為WiMAx，與致力于WLAN推廣應(yīng)用的Wi-Fi聯(lián)盟很類似，它是由業(yè)界成員參加的，致力于IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)的推廣與應(yīng)用。無線接入技術(shù)以投資少、建網(wǎng)周期短、提供業(yè)務(wù)快等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)引起產(chǎn)業(yè)界的高度重視。

4.藍(lán)牙、無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)與ZigBee

4．1藍(lán)牙技術(shù)與協(xié)議

4.1.1藍(lán)牙技術(shù)的基本概念

1994年，Ericsson公司對(duì)于如何在無電纜的情況下，將移動(dòng)電話和其他設(shè)備(例如PDA)連接起來產(chǎn)生濃厚的興趣。Ericsson公司與IBM、Intel、Nokia和Toshiba等公司發(fā)起一個(gè)項(xiàng)目，開發(fā)一個(gè)用于將計(jì)算機(jī)與通信設(shè)備、附加部件和外部設(shè)備，通過短距離的、低功耗的、低成本的無線信道連接的無線標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)項(xiàng)目被命名為藍(lán)牙(Bluetooth)。

對(duì)于“藍(lán)牙”這個(gè)名字，有一個(gè)已被普遍接受的說法，那就是它與一位丹麥國王的名字有關(guān)，即公元940～985年間的丹麥國王HaraldBlatand。據(jù)說在他統(tǒng)治期間統(tǒng)一了丹麥和挪威，并把基督教帶入斯堪的納維亞地區(qū)，因此就將“Blatand”近似翻譯成“Bluetooth”，中文直譯為“藍(lán)牙”。由于這項(xiàng)技術(shù)是在斯堪的納維亞地區(qū)產(chǎn)生，因此技術(shù)的創(chuàng)始人就用這樣名字命名，表達(dá)他們要像當(dāng)年的丹麥國王統(tǒng)一多國一樣，統(tǒng)一世界很多公司“短距離無線通信”技術(shù)和產(chǎn)品的初衷。

藍(lán)牙無線通信技術(shù)是作為一個(gè)技術(shù)規(guī)范出現(xiàn)，該規(guī)范是藍(lán)牙特別興趣小組SIG中很多公司合作的結(jié)果。1998年5月，SIG由Ericsson、Intel、IBM、Nokia和Toshiba等公司發(fā)起。SlG不是由任何一個(gè)公司控制，而是由其成員通過法定協(xié)定來管理。目前，SIG共有1800多個(gè)成員，包括消費(fèi)類電子產(chǎn)品制造商、芯片制造廠家與電信業(yè)等。SIG的主要任務(wù)是致力于發(fā)展藍(lán)牙規(guī)范，但是它也許不會(huì)發(fā)展成一個(gè)正式的標(biāo)準(zhǔn)化組織。

4.1.2藍(lán)牙規(guī)范與IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)

1999年7月，SIG公布藍(lán)牙規(guī)范1.0版，卷1是核心規(guī)范，卷2是協(xié)議子集，整個(gè)規(guī)范長(zhǎng)達(dá)1500頁。雖然藍(lán)牙技術(shù)最初的目標(biāo)只是解決近距離數(shù)字設(shè)備之間的無線連接，但是很快擴(kuò)大到無線局域網(wǎng)的工作領(lǐng)域中。盡管這樣的轉(zhuǎn)變使該標(biāo)準(zhǔn)更有應(yīng)用價(jià)值，但是也造成它與IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)的局面。

在藍(lán)牙規(guī)范1.O版發(fā)表后不久，IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)組決定采納藍(lán)牙規(guī)范作為基礎(chǔ)，并開始對(duì)它進(jìn)行修訂。這件事情從一開始就不協(xié)調(diào)，藍(lán)牙規(guī)范已經(jīng)有細(xì)致的規(guī)范，而且它是針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的。從網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的角度來看，它覆蓋從物理層到應(yīng)用層的全部?jī)?nèi)容。IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)組僅對(duì)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，藍(lán)牙規(guī)范的其他部分并沒有被納入該標(biāo)準(zhǔn)。

盡管像IEEE這樣的中立機(jī)構(gòu)來管理一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)，往往有助于一項(xiàng)技術(shù)的推廣和應(yīng)用，但是如果在一項(xiàng)事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)后，又出現(xiàn)一個(gè)與它不兼容的新規(guī)范，對(duì)于技術(shù)發(fā)展來說未必是一件好事。

4.1.3藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用

(1)藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)

無線通信產(chǎn)品要能方便、快速地普及，那么它的通信頻率在全球各國統(tǒng)一開放的頻段上，該頻段的產(chǎn)品無須事先申請(qǐng)和繳納頻率使用費(fèi)。藍(lán)牙技術(shù)將符合這個(gè)條件，它的工作頻率在國際開放的ISM2.4GHz上。為了避免相同頻率電子設(shè)備之間的干擾，藍(lán)牙技術(shù)采用了調(diào)頻擴(kuò)展技術(shù)。

藍(lán)牙技術(shù)在協(xié)議設(shè)計(jì)之初就確定了芯片輕、薄、小的特點(diǎn)。以典型的愛立信藍(lán)牙芯片為例，它的體積只有10．2mm×14mlTl×16ram，發(fā)射功率控制在1mW，作用距離可以達(dá)到10m，可以嵌入在各種設(shè)備之中。芯片價(jià)格長(zhǎng)期目標(biāo)是控制在5美元以內(nèi)。由于藍(lán)牙的功耗很小，因此在設(shè)計(jì)藍(lán)牙耳機(jī)的時(shí)候，不太考慮散熱的問題。

(2)藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用

正是因?yàn)樗{(lán)牙技術(shù)有十分突出的特點(diǎn)，所以可以應(yīng)用于幾乎所有的電子設(shè)備，例如移動(dòng)電話、藍(lán)牙耳機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)、打印機(jī)、投影儀、數(shù)字相機(jī)、門禁系統(tǒng)、遙控開關(guān)、各種家用電器等。

藍(lán)牙技術(shù)除了可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)-點(diǎn)通信，還支持點(diǎn)-多點(diǎn)通信。利用藍(lán)牙技術(shù)可以在10m范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)7個(gè)活動(dòng)藍(lán)牙設(shè)備，以及最多255個(gè)處于待機(jī)藍(lán)牙設(shè)備組成一個(gè)無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。因此，業(yè)界有一種說法，即開發(fā)藍(lán)牙產(chǎn)品，更需要的是想象力和創(chuàng)造力。

4.2無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)與協(xié)議

隨著手機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)和移動(dòng)辦公設(shè)備的廣泛應(yīng)用，人們逐漸提出自身附近幾米范圍內(nèi)的個(gè)人操作空間(PersonalOperatingSpace,POS)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的需求。個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(PersonalAreaNetwork，PAN)與無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WirelessPersonalAreaNetwork，WPAN)在這個(gè)背景下出現(xiàn)。

IEEE802.15工作組致力于個(gè)人區(qū)域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，它的任務(wù)組TG4制定IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，主要考慮低速無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(Low-RateWPAN，LR-WPAN)應(yīng)用問題。2003年，IEEE批準(zhǔn)了LR-WPAN標(biāo)準(zhǔn)——IEEE802.15.4。它為近距離范圍內(nèi)不同設(shè)備之間低速互連提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

與WLAN相比，LR-WPAN只需很少的基礎(chǔ)設(shè)施，甚至不需要基礎(chǔ)設(shè)施。LR-WPAN的特征與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有很多相似之處，很多研究機(jī)構(gòu)也將它作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信標(biāo)準(zhǔn)。

4.3ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)

ZigBee是一種面向自動(dòng)控制的低速、低功耗、低價(jià)格的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。ZigBee的通信速率要求低于藍(lán)牙，但要求由電池供電，在不更換電池情況下工作幾個(gè)月，甚至幾年。同時(shí)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)數(shù)量、覆蓋規(guī)模比由藍(lán)牙技術(shù)支持的網(wǎng)絡(luò)大得多。ZigBee無線設(shè)備工作在公共頻道，在2.4GHz時(shí)傳輸速率為250kbps，在915Mbps時(shí)傳輸速率為40kbps。ZigBee的傳輸距離為10～75m。

ZigBee適應(yīng)于數(shù)據(jù)采集與控制的點(diǎn)多、數(shù)據(jù)傳輸量不大、覆蓋面廣、造價(jià)低的應(yīng)用領(lǐng)域，在家庭網(wǎng)絡(luò)、安全監(jiān)控、醫(yī)療保健、工業(yè)控制、無線定位等方面展現(xiàn)了重要的應(yīng)用前景。

ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：

1)ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)工作周期短、收發(fā)數(shù)據(jù)量小，不傳輸數(shù)據(jù)時(shí)處于“睡眠狀態(tài)”。傳輸數(shù)據(jù)時(shí)由擔(dān)任“協(xié)調(diào)器”的結(jié)點(diǎn)喚醒。采取這種工作模式的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省電能，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)工作對(duì)間。

2)ZigBee采用碰撞避免機(jī)制并為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留專用時(shí)間片，以避免發(fā)送數(shù)據(jù)的沖突。由于在MAC層采用確認(rèn)機(jī)制，保證結(jié)點(diǎn)之間通信的可靠性。

3)ZigBee協(xié)議結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)協(xié)議的專用芯片價(jià)格低廉，系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單，從而降低系統(tǒng)的造價(jià)。通信模塊芯片價(jià)格預(yù)期可以降到1.5～2.5美元。

4)ZigBee標(biāo)準(zhǔn)與藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的延時(shí)參數(shù)相比，ZigBee結(jié)點(diǎn)的休眠／工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換需要15ms，入網(wǎng)時(shí)間需要30ms，而藍(lán)牙結(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)時(shí)間需要3～10s。

5)1個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多容納1個(gè)主結(jié)點(diǎn)和254個(gè)從結(jié)點(diǎn)，1個(gè)區(qū)域中可以有100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。

6)ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查與加密算法，以保障網(wǎng)絡(luò)的安全。

基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已成為產(chǎn)業(yè)界十分關(guān)注的一個(gè)研究方向。