認(rèn)知無(wú)線電思想在 ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

傳感器節(jié)點(diǎn)的工作比較簡(jiǎn)單，只須在采到數(shù)據(jù)后添加自己的節(jié)點(diǎn)信息，以合適的數(shù)據(jù)格式將其以無(wú)線方式發(fā)出。而轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)則需要實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙向功能。由于MC13192射頻芯片在同一時(shí)間只能工作在一個(gè)信道頻率，為實(shí)現(xiàn)信號(hào)跳轉(zhuǎn)而不發(fā)生碰撞特制定如下步驟：
①先掃描信道的質(zhì)量，然后選擇信號(hào)最好的鏈路作為接收信道。MC13192本來(lái)具有信道能量檢測(cè)功能，在Freescale公司提供的SMAC中，只需在應(yīng)用時(shí)調(diào)用MLMEEnergyDetect()原語(yǔ)。但是由于本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)為了在多跳時(shí)不發(fā)生碰撞，發(fā)送終端節(jié)點(diǎn)每發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)包都要調(diào)用一個(gè)約50 ms的子程序，此信道空閑間隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于128μs，導(dǎo)致積分區(qū)間很可能落在空閑段，故不能直接采用。為此，跳轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)采取設(shè)定某信道為接收信道，然后調(diào)用 MLMELinkQuality()原語(yǔ)的方式。MLMELinkQuality()原語(yǔ)給出的鏈路質(zhì)量值是建立在上一個(gè)成功接收的基礎(chǔ)上的，故而可以對(duì)本設(shè)計(jì)的稀疏數(shù)據(jù)方式奏效。跳轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)在每個(gè)信道上輪流操作鏈路質(zhì)量評(píng)估，最終選擇質(zhì)量最好的信道作為接收信道。
②以模16下推一個(gè)信道作為發(fā)送信道。
本設(shè)計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)合中一旦形成拓?fù)渚筒辉佥p易發(fā)生變動(dòng)。例如會(huì)展時(shí)在每個(gè)展覽品的底部添加傳感器模塊，那么在會(huì)展開(kāi)始時(shí)讓鏈路自動(dòng)尋找路由，會(huì)展期問(wèn)就無(wú)需再變動(dòng)。所以單純地向下遞推一個(gè)空閑信道作為發(fā)送信道是完全可行的。安裝網(wǎng)絡(luò)時(shí)只要依地理位置的遠(yuǎn)近順次開(kāi)啟傳感模塊開(kāi)關(guān)，即可自組織一條路徑。監(jiān)控主節(jié)點(diǎn)與通用計(jì)算機(jī)以串口線相連，通過(guò)在通用計(jì)算機(jī)上運(yùn)行監(jiān)控程序，對(duì)節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行分揀，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。
2．3 新的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)
上一節(jié)介紹的多頻多跳的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)只是在實(shí)際運(yùn)用中的一次簡(jiǎn)單嘗試，重在實(shí)現(xiàn)。信道的分配只在最初網(wǎng)絡(luò)初始化時(shí)進(jìn)行一次。如果要在實(shí)際中進(jìn)行大規(guī)模運(yùn)用，還需考慮很多其他問(wèn)題。具體而言，本文認(rèn)為一個(gè)較為完善的認(rèn)知無(wú)線電 ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)應(yīng)該按照如下的過(guò)程進(jìn)行通信：
①檢測(cè)頻譜空穴；
②依據(jù)空穴建立信道；
③數(shù)據(jù)傳輸；
④持續(xù)檢測(cè)頻譜空穴變動(dòng)情況，情況不佳時(shí)更改信道使用；
⑤重復(fù)步驟②～④。
因?yàn)槿绻l(fā)送節(jié)點(diǎn)依據(jù)信道質(zhì)量做出了調(diào)整，各個(gè)接收節(jié)點(diǎn)本身不知道發(fā)送節(jié)點(diǎn)所要采用的頻率，可以另外設(shè)一個(gè)公用的信道用于協(xié)商對(duì)話。例如每個(gè)節(jié)點(diǎn)的 MC13192都選擇16個(gè)信道中的第一個(gè)信道為公用信道，當(dāng)它要改變信道時(shí)就在該公用信道上發(fā)送信息，說(shuō)明要切換到的信道。
2．4 新的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)
采用多頻多跳的組網(wǎng)方式解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用時(shí)分復(fù)用的方法對(duì)信道的利用率不高的問(wèn)題，充分利用了現(xiàn)代高級(jí)無(wú)線射頻芯片對(duì)信道占用情況的能量檢測(cè)功能，從認(rèn)知無(wú)線電的角度解決了傳統(tǒng)組網(wǎng)應(yīng)用的編程設(shè)置復(fù)雜、浪費(fèi)信道資源、相鄰節(jié)點(diǎn)無(wú)線信道相互干擾的問(wèn)題。多頻多跳的組網(wǎng)方式在小范圍組建的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有充分利用通信機(jī)會(huì)、組網(wǎng)簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)容易、鄰節(jié)點(diǎn)干擾小、無(wú)需特殊同步路由算法的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的Ad-hoc中，MAC方案所采用的信道是靜態(tài)分配的，而本文提出的新方案采用的信道是動(dòng)態(tài)的。

結(jié) 語(yǔ)
認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)是在軟件無(wú)線電技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的智能無(wú)線電通信技術(shù)，它的提出為從根本上解決日益增長(zhǎng)的無(wú)線通信需求與有限的無(wú)線頻譜資源之間的矛盾，開(kāi)辟了一條行之有效的解決途徑。然而，Cog-nitive Radio技術(shù)從概念到應(yīng)用尚面臨很多挑戰(zhàn)，尤其是許多關(guān)鍵技術(shù)有待突破。
本文將認(rèn)知無(wú)線電思想在基于ZigBee的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行了嘗試，建立起一種多頻多跳的網(wǎng)絡(luò)，從而有效地提高了頻譜的利用效率，同時(shí)避免了同信道干擾。該組網(wǎng)方式無(wú)需復(fù)雜的同步、路由算法。此外本文給出了優(yōu)化的完全動(dòng)態(tài)頻譜分配的ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)解決方案。這一充分利用無(wú)線芯片多信道支持功能的思想也值得在其他無(wú)線技術(shù)中嘗試。可以預(yù)見(jiàn)，隨著研究的深入，一旦認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)投入使用，將提供更為靈活的頻譜管理機(jī)制和更為高效的頻譜利用率，以滿足越來(lái)越強(qiáng)勁的頻譜需求，為頻譜資源越來(lái)越緊張的無(wú)線通信注入新的活力。