WiFi攻入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

日前有報(bào)道稱，英特爾正在聯(lián)合初創(chuàng)公司Ozmo力推WiFi方案以期取代藍(lán)牙成為無線個(gè)人局域網(wǎng)(PAN)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而WiFi的目標(biāo)還不僅在于藍(lán)牙，ZigBee在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)領(lǐng)域主流地位也面臨岌岌可危的局面，借助低功耗WiFi解決方案，初創(chuàng)公司GainSpan稱他們已經(jīng)擁有了在這場陣地戰(zhàn)中取得勝利的重量級(jí)武器，英特爾則再一次成為了幕后的推動(dòng)者。

創(chuàng)新之路

“GainSpan為低功耗和低占空比的應(yīng)用提供WiFi解決方案，我們針對(duì)WiFi無線傳感器網(wǎng)絡(luò)推出的產(chǎn)品GS1010能夠確保在一節(jié)AA電池供電下長達(dá)5～10年的使用時(shí)間(具體數(shù)字取決于不同應(yīng)用中的采樣頻率)。”Gainspan公司總裁兼首席執(zhí)行官VijayParmar對(duì)《國際電子商情》表示。在2006年帶隊(duì)成立GainSpan之前，Parmar曾在英特爾公司工作四年。

GainSpan創(chuàng)新的種子來自于英特爾內(nèi)部孵化器“新業(yè)務(wù)規(guī)劃小組”的一個(gè)項(xiàng)目。“在英特爾工作的時(shí)候，我所在的開發(fā)團(tuán)隊(duì)被分配進(jìn)行WSN的市場研究，”Parmar介紹道。“當(dāng)時(shí)我們首先想到的便是聲稱能夠滿足超低功耗需求的ZigBee，不過最終卻把研究對(duì)象轉(zhuǎn)向了WiFi。對(duì)于WiFi來說，要滿足無WSN要求最關(guān)鍵的就是功耗問題，因?yàn)槿藗冇∠笾羞@是一種相當(dāng)耗電的無線技術(shù)。好在2005年末，在得到來自英特爾內(nèi)部的資金支持之前，我們就已經(jīng)完成了大約80%左右的工作。”

盡管新業(yè)務(wù)規(guī)劃小組旗下的許多項(xiàng)目最終都會(huì)并入到英特爾的主要產(chǎn)品線中去，但是由于與主營業(yè)務(wù)相關(guān)度不是很大，英特爾最終決定將Parmar所在的團(tuán)隊(duì)從公司拆分出去。于是2006年9月，在英特爾創(chuàng)投和其他三個(gè)投資公司150萬美元啟動(dòng)資金的支持下，以Parmar團(tuán)隊(duì)人員為主的GainSpan在硅谷宣布成立。

何以WiFi?

據(jù)上海.羿歌所了解，促成Parmar和他的同事們將研究對(duì)象從ZigBee轉(zhuǎn)向WiFi的原因來自他們對(duì)WSN方案潛在客戶的一次調(diào)查。“調(diào)查結(jié)果顯示，客戶需要更成熟的技術(shù)，需要基于IP以便能同企業(yè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無縫連接的技術(shù)。此外他們還表示，優(yōu)秀的WSN方案還應(yīng)具有足夠的安全性，并且最好能夠使用現(xiàn)有的系統(tǒng)。我們認(rèn)為ZigBee還無法滿足這些要求，能夠做到的只有802.11，”他說道。

Parmar表示，支持這一結(jié)論的原因主要包括：首先，WiFi能夠采用WPA和WPA2的專業(yè)驗(yàn)證能力來提高WSN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)安全性;其次，通過添加一種新的定位方法，可基于WiFi實(shí)現(xiàn)倉庫和醫(yī)院中貨品和人員的準(zhǔn)確定位;第三，通過有效的激活/待命狀態(tài)轉(zhuǎn)換模式以及系統(tǒng)電源管理，能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗WiFi無線傳感器方案;第四，能夠采用SNMP協(xié)議來管理WSN網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn);第五，IEEE已經(jīng)在802.11e中增加了包括數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)、語音和視頻傳輸?shù)萉oS特性，這可以保證某些WSN應(yīng)用中的服務(wù)質(zhì)量。

特別需要強(qiáng)調(diào)的還有WiFi在設(shè)備互操作上所具備的優(yōu)勢。“一個(gè)可能出現(xiàn)在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用也許能夠說明這一點(diǎn)，”Parmar舉例道，“在這些場合需要把運(yùn)動(dòng)傳感器安裝在無線攝像頭上，一旦監(jiān)測到運(yùn)動(dòng)，攝像頭會(huì)自動(dòng)打開并開始向接收端發(fā)送圖像。傳感器可以采用ZigBee，但由于帶寬和數(shù)據(jù)傳輸率的原因，人們必須使用WiFi攝像頭才能勝任這一工作，然而要確保兩種協(xié)議的良好操作并不是那么簡單的事情，但如果采用WiFi傳感器，事情就變得非常容易了。”

最大化投資回報(bào)率

然而，WiFi在WSN領(lǐng)域的優(yōu)勢還不僅限于此。Parmar指出，這種技術(shù)還可以帶來成本上的諸多好處，支持這一觀點(diǎn)的便是無所不在的WiFi網(wǎng)絡(luò)。

確實(shí)如此，WiFi無線網(wǎng)絡(luò)正日益廣泛應(yīng)用于酒店、家庭、寫字樓、醫(yī)院以及各種商業(yè)設(shè)施。來自IDC的數(shù)字顯示，2006年有超過一半的美國公司建立了WiFi網(wǎng)絡(luò)，而ABIResearch更預(yù)計(jì)到2010年有超過4成的美國家庭也將會(huì)安裝WiFi網(wǎng)絡(luò)。在中國，北京、上海都提出了無線城市的計(jì)劃，此外WiFi手機(jī)市場也在如火如荼發(fā)展當(dāng)中。“在無線網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展中，802.11標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)快速成為了發(fā)展的主流方向。”Parmar說道。

他認(rèn)為運(yùn)用現(xiàn)有WiFi網(wǎng)絡(luò)資源來部署和實(shí)施WSN將能夠節(jié)約大量的硬件成本。此外，無需考慮與ZigBee設(shè)備的互操作性，有助于項(xiàng)目實(shí)施者縮短開發(fā)周期。再加上業(yè)界已經(jīng)在WiFi上積累了豐富的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，這些都可以應(yīng)用到WSN中來。而除了已經(jīng)提及的WiFi攝像頭和運(yùn)動(dòng)傳感器之外，市場上不斷涌現(xiàn)的各種其他WiFi設(shè)備也增加了采用這種技術(shù)的易用性。當(dāng)然，成熟的WiFi還具有既有架構(gòu)支持與快速安裝的優(yōu)點(diǎn)。“總之，將WiFi用于傳感器網(wǎng)絡(luò)將有助于投資回報(bào)(ROI)和總擁有成本(TCO)上利益最大化。”Parmar表示。

完整方案

除GS1010外，GainSpan目前還同時(shí)向客戶提供軟件開發(fā)包和一款名為GainSpanManagementSystem(GMS)的智能網(wǎng)絡(luò)/客戶端管理軟件。借助802.11i、AES編碼、EAP-FAST的有力保障，這款基于IEEE802.11b/g、采用ARM7內(nèi)核的SoC提供了企業(yè)級(jí)的安全性和可靠性，而RSSI(相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度指示器)和TDOA(到達(dá)時(shí)間差)算法則為精確的定位功能打下了基礎(chǔ)。

值得一提的是GainSpan提供的GMS控制系統(tǒng)。實(shí)時(shí)的界面幫助系統(tǒng)控制和采用單跳網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點(diǎn)可最大化增加客戶端設(shè)備電池的續(xù)航時(shí)間。而支持SNMP、UDP等標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議則使得WiFiWSN能與工業(yè)控制、樓宇自動(dòng)化、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等已有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)兼容。該軟件還可有效地配置、控制、監(jiān)控傳感器節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)智能集中控制和管理，并支持固件升級(jí)。此外，智能化數(shù)據(jù)處理能力還可集中管理、預(yù)處理和歸納傳感器收集到的數(shù)據(jù)。

為了進(jìn)一步加快客戶研發(fā)進(jìn)度，GainSpan還向客戶提供了一套簡單緊湊的參考設(shè)計(jì)用于評(píng)估、測試以及驗(yàn)證，其提供的開發(fā)平臺(tái)還能夠支持溫度、濕度、光敏、壓力、加速度等各種傳感器，并預(yù)留了客戶自選的傳感器接口和調(diào)試以及程序燒錄接口。

從2007年第二季度開始，GainSpan開始向全球客戶提供樣片。10月份，該公司正式對(duì)外發(fā)布了這款采用臺(tái)積電0.18微米CMOS工藝的WiFiWSN方案芯片，并于一個(gè)月后成功融得了OpusCapital和首輪四家風(fēng)投公司共同追加的2000萬美元的第二輪投資，用于進(jìn)行GS1010的量產(chǎn)。

“已有數(shù)十位客戶正在使用我們的芯片開發(fā)產(chǎn)品。”Parmar透露道，“Aginova和RFDigital已經(jīng)在今年五月推出了采用我們芯片的產(chǎn)品。”GainSpan的目標(biāo)是今年實(shí)現(xiàn)400~1,500片的出貨量，并在明年增長到2,000萬片。