無線連接裝置的可選方式有很多，最流行的包括Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee和基于sub-GHz技術(shù)的解決方案。每種解決方案都有優(yōu)缺點(diǎn)，在這個(gè)互連的世界里，以上無線技術(shù)將會(huì)共存。然而，物聯(lián)網(wǎng)的重要驅(qū)動(dòng)力之一是低功耗無線傳感器的出現(xiàn)，從智能電表到傳輸系統(tǒng)、從安全系統(tǒng)到樓宇自動(dòng)化，傳感器越來越廣泛的用于各類應(yīng)用中。對(duì)于無線傳感器來說，可擴(kuò)展性、范圍、休眠電流和可靠性等屬性至關(guān)重要。雖然某些終端節(jié)點(diǎn)所需數(shù)據(jù)傳輸速率相對(duì)較低，但是大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)報(bào)告匯聚意味著“大數(shù)據(jù)(bigdata)”。

為了更好的服務(wù)最終用戶，公共事業(yè)公司和市政局開始擴(kuò)展智能計(jì)量系統(tǒng)，以解決實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不斷增長(zhǎng)的問題。公共事業(yè)公司通過智能電表，能夠更頻繁和更有效的查看客戶的能源消耗信息，同時(shí)也能快速識(shí)別、隔離，以及解決電力失效等問題。消費(fèi)者也能通過互連來獲取相關(guān)信息。室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均能實(shí)時(shí)報(bào)告其狀態(tài)和能耗，并且還能響應(yīng)公共事業(yè)公司發(fā)出的信息。采用智能能源和智能家居系統(tǒng)，消費(fèi)者將更加方便和高效，例如，在電費(fèi)最低的時(shí)候控制激活洗碗機(jī)，或是適時(shí)提醒用戶需要添加洗滌劑。

同樣的，在鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中，無線傳感器能可用于遠(yuǎn)程監(jiān)視廣闊的軌道網(wǎng)絡(luò)，技術(shù)人員能提前識(shí)別維護(hù)需求，以降低人工軌道巡視的成本和遲延。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心需求

可擴(kuò)展性對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境至關(guān)重要。某些傳感器僅每秒進(jìn)行一次狀態(tài)更新，并且每次僅傳輸幾個(gè)字節(jié)信息，但單個(gè)建筑物可能有數(shù)萬個(gè)節(jié)點(diǎn)。舉個(gè)例子，美國(guó)拉斯維加斯的Aria酒店，部署7萬多個(gè)采用ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)通信的節(jié)點(diǎn)，以便控制照明、空調(diào)和建筑物周圍的許多其他服務(wù)。在多數(shù)應(yīng)用中，傳感器需要安裝在無法連接主電源或只能電池供電的位置。因此，可靠的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)要求有能力處理大量匯聚的數(shù)據(jù)，但傳感器節(jié)點(diǎn)自身必須低功耗。

可靠性、可擴(kuò)展性和電源效率的組合，明確界定無線傳感器節(jié)點(diǎn)能夠采用的通信技術(shù)需求。系統(tǒng)集成商不僅要考慮所選拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和無線協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)，也要考慮無線技術(shù)本身固有的物理屬性?；炷翂投鄰剿ヂ鋵?duì)于任何無線系統(tǒng)來說都是不利的，但也有辦法減輕影響。為了解決這個(gè)問題，不同國(guó)家有不同的法規(guī)來管理無線電頻譜和可用的頻率范圍。

其中2.4GHz已成為無需授權(quán)的全球頻段，因此無線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠服務(wù)于全球所有主要市場(chǎng)。例如Wi-Fi是基于2.4GHz頻段的通信技術(shù)，其擅長(zhǎng)在兩節(jié)點(diǎn)之間快速傳輸大量數(shù)據(jù)，但同時(shí)消耗能量高，并且在星型配置中，每個(gè)AP限制在不超過15-32個(gè)客戶端。Bluetooth是另一種2.4GHz技術(shù)，其針對(duì)便攜式設(shè)備，主要作為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的解決方案，僅支持幾個(gè)節(jié)點(diǎn)。ZigBee與Bluetooth和Wi-Fi共享相同的無線頻譜，但僅用于滿足低功耗無線傳感器節(jié)點(diǎn)的特殊需求。表1匯總目前的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)核心特性和能力。

ZigBee：無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化解決方案

ZigBee基于全球標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)開放的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不同，例如星型和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)采用最低成本節(jié)點(diǎn)為建筑物內(nèi)的所有位置提供可靠覆蓋。ZigBee采用動(dòng)態(tài)、自主的路由協(xié)議，基于AODV(AdHocOn-demandDistanceVector)的路由技術(shù)。在AODV中，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要連接時(shí)，他將廣播一條路由請(qǐng)求報(bào)文，其他節(jié)點(diǎn)在路由表中查找，如果有到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的路由，則向源節(jié)點(diǎn)反饋，源節(jié)點(diǎn)挑選一條可靠、跳數(shù)最小的路線，并存儲(chǔ)信息到本地路由表以便用于未來所需，如果一條路由線路失敗，節(jié)點(diǎn)能夠簡(jiǎn)單的選擇另一條替代路由線路。如果源和目的地之間的最短線路由于墻壁或多徑干擾而被阻塞，ZigBee能夠自適應(yīng)的找到一條更長(zhǎng)但可用的路由線路。

例如，基于SiliconLabsEM35xEmberZigBeeSoC和EmberZNetPRO協(xié)議棧的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可提供自配置和自修復(fù)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)連通性，能夠擴(kuò)展連接單一網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)百或數(shù)千節(jié)點(diǎn)?！癦igBee認(rèn)證產(chǎn)品”的快速開發(fā)得益于EmberAppBuilder，其隱藏協(xié)議棧細(xì)節(jié)，聚焦ZAP(ZigBeeApplicationProfiles)實(shí)現(xiàn)的開發(fā)工具。通過圖形化界面，開發(fā)人員能夠快速選擇應(yīng)用所需的屬性，然后由AppBuilder自動(dòng)生成所需代碼。

為發(fā)揮ZigBee網(wǎng)絡(luò)靈活性的最大優(yōu)勢(shì)，需要高效的調(diào)試工具。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性使傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析工具(例如Packetsniffer)使用起來更加困難。事實(shí)上，由于包可能穿越多跳到達(dá)目的地，許多中間傳輸超出分析儀的應(yīng)用范圍。對(duì)于這個(gè)問題，目前唯一的解決方案是采用SiliconLabs桌面網(wǎng)絡(luò)分析儀(DesktopNetworkAnalyzer)，此款分析工具功能強(qiáng)大，能夠在圖形化界面內(nèi)展示網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)包收發(fā)的全貌，并且內(nèi)置協(xié)議分析和可視化跟蹤引擎，開發(fā)人員可以協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)通信和裝置的任務(wù)。