無線網(wǎng)狀網(wǎng)/Zigbee及RFID融合協(xié)作不完全分析

在無線網(wǎng)狀網(wǎng)架構(gòu)基礎上，為了增強網(wǎng)絡的信息采集和獲取能力，融合了傳感器技術、信息處理技術和網(wǎng)絡通信技術的定位感知技術應運而生，進而成為無線傳感器網(wǎng)絡。它是由大量傳感器結(jié)點通過無線通信技術自組織構(gòu)成的網(wǎng)絡，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集量化、處理融合和傳輸應用是網(wǎng)絡環(huán)境中的重要組成部分之一。在不考慮用戶個人隱私問題的前提下，如何動態(tài)獲取用戶的位置信息，而且得到的位置信息必須能夠達到一定的精確度，一般誤差控制在幾厘米以內(nèi)；如何為用戶積極主動地提供各種所需服務，這些都是定位感知系統(tǒng)必須能夠?qū)崿F(xiàn)的功能。

可以想象，定位感知系統(tǒng)必須是定位系統(tǒng)與位置系統(tǒng)兩者的緊密結(jié)合，用戶每移動到一個新的位置，系統(tǒng)必須能夠?qū)崟r進行精確定位，然后確定這一特定位置的對象集信息。利用這些信息，定位感知系統(tǒng)能夠積極主動地向用戶廣播所能提供的各種信息，從而使用戶能夠有效地選擇自己所需要的信息。

作為一項基于IEEE 802.15.4無線標準的安全網(wǎng)絡技術，ZigBee有希望讓無線傳感器出現(xiàn)在各種應用中：從工廠的自動化系統(tǒng)到家庭保安系統(tǒng)和消費電子產(chǎn)品。在最近才得到批準的802.15.4標準配合下，ZigBee將普通小型電池的使用壽命延長到了幾年時間。人們預測，ZigBee設備還將十分便宜，一些人估計，它的銷售價格最終不到3美元。以如此之低的價格，它們將會非常適用于無線電燈開關、無線調(diào)溫器和煙感探測器，成為包圍辦公室、家庭和交通工具的無線設備的流行趨勢，而建立自動化傳輸房門、水表、攝像、自動售貨機和火警等系統(tǒng)信息的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡將成為其最大的市場空間。

ZigBee的基礎是IEEE 802.15.4，這是IEEE無線個人區(qū)域網(wǎng)（Personal Area Network，PAN）工作組的一項標準。802.15.4的MAC層基于802.11無線LAN標準，但是它的物理層與流行的802.11b物理層相似。它可工作于三個不同的波段，每個波段都提供了一種不同的峰值數(shù)據(jù)速率。不過多數(shù)應用僅使用峰值速率的一部分。例如，時鐘每周才查詢一次NTP（網(wǎng)絡時間協(xié)議）服務器，而安全措施良好的建筑物中防盜警報可能若干年都不傳輸一個數(shù)據(jù)。由于ZigBee的傳輸較少，因此它對已使用同一頻率的其他無線技術的干擾非常小。

場景三：面對超市里顧客排起的長隊，收銀員用手持設備不停地掃描著顧客購買的商品，時常遇到一件又一件“掃”不出來的貨物，這時就不得不手工輸入冗長的商品序列號，此時在長長的隊列中又不時發(fā)出顧客不耐煩的埋怨聲……然而有了RFID，你只需掏出手機，閱讀出商品的代碼，然后通過手機的移動電子商務付費系統(tǒng)向商家付賬。同時，商家確認所購買商品的記錄后，顧客不必經(jīng)歷上述排隊等購物環(huán)節(jié)就可以輕松自由地離開了。

部署信息節(jié)點

有了無線網(wǎng)狀網(wǎng)，同時構(gòu)建了無線定位感知系統(tǒng)，再加上RFID的小小標簽，我們或許就可以享受無所不在的網(wǎng)絡服務了，然而RFID能否為普適計算找到大眾應用的切入點呢？我們不妨試想一下，如果將手機做成RFID的閱讀器，那么它的用途將會有多大？另外，RFID的大規(guī)模商用時代到來，會給我們帶來什么。

RFID（無線射頻識別，Radio Frequency Identification）是一種非接觸式的自動識別技術。最簡單的RFID系統(tǒng)由標簽（Tag）、閱讀器（Reader）和天線（Antenna）三部分組成——在實際應用中還需要其他硬件和軟件的支持。其工作原理并不復雜：標簽進入磁場后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無源標簽或被動標簽），或者主動發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標簽或主動標簽），閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理。

RFID技術無疑給構(gòu)建無所不在的網(wǎng)絡帶來一次革命機遇。RFID可以為每一件貨品提供單獨的識別身份，然后透過無線數(shù)據(jù)傳輸讓計算機網(wǎng)絡隨時掌握各式各樣貨品的詳細信息。這樣在商品從生產(chǎn)、運輸?shù)戒N售的過程中，供應商、商家和用戶都可以從這些重要的數(shù)據(jù)中受益（例如，商家和供應商實現(xiàn)點對點的信息交換，從而使采購、倉儲、配送過程更加便捷，同時也方便了用戶）。另外，網(wǎng)絡用戶只需將手機等手持設備接近RFID標簽，就可以快速讀取標簽的代碼和內(nèi)容，手持移動終端可以隨時接入互聯(lián)網(wǎng)，并利用讀出的標簽代碼在移動電子商務服務平臺中迅速查找相關的信息，并將結(jié)果顯示在移動終端屏幕上，以此為用戶帶來各種各樣的便利服務。例如，它可以為你提供商品信息服務，你還可以把讀取的商品代碼發(fā)送給移動電子商務服務平臺，然后會得到許多相關信息，如可以告知你附近的商店同類商品的價格以進行比較判斷該商場的價格是否合理。

再設想一下，當你漫步在街頭，看到一幅讓你心動的商品廣告，這時只需拿出手機，閱讀商品的RFID標簽，由此獲得詳細的商品信息：功能特性、性能指標、價格指數(shù)、定購辦法等一目了然。假如你喜歡的話，只需輸入銀行的賬戶密碼，幾次按鍵輕松完成網(wǎng)上訂購過程，等你回家之后，新款商品已經(jīng)等在家門口。另外，你也可以將喜歡的商品推薦給自己的朋友，輕按鍵盤，包含詳細商品信息的電子郵件就迅捷到達。

無線通信網(wǎng)絡技術發(fā)展迅猛，前景廣闊，但有些問題仍困擾著我們，比如各種嵌入式小器件的發(fā)明與應用、各種定位技術的設計與改進、RFID標簽自身成本較高、如何保證購買者的個人穩(wěn)私、標準能否統(tǒng)一等問題。

融合背后的思考

可以預測: 無需維護、具有無限生命周期的無線傳感網(wǎng)絡與RFID、無線網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)合在一起，將實現(xiàn)高效及時的關鍵信息提交。但我們同時要了解的是，無線傳感器網(wǎng)絡不同于傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡（如WLAN和蜂窩移動電話網(wǎng)絡），除了少數(shù)節(jié)點以外，大部分節(jié)點都無法時常更新電源，因此設計有效的策略延長網(wǎng)絡的生命周期成為無線傳感器網(wǎng)絡的核心問題。

研究初期，人們一度認為成熟的Internet技術加上Ad-hoc路由機制對傳感器網(wǎng)絡的設計是足夠充分的，但深入的研究表明：傳感器網(wǎng)絡有著與傳統(tǒng)網(wǎng)絡明顯不同的技術要求，前者以數(shù)據(jù)為中心，后者以傳輸數(shù)據(jù)為目的。為了適應廣泛的應用程序，傳統(tǒng)網(wǎng)絡的設計遵循著端到端的邊緣論思想，強調(diào)將一切與功能相關的處理都放在網(wǎng)絡的端系統(tǒng)上，中間節(jié)點僅僅負責數(shù)據(jù)分組的轉(zhuǎn)發(fā)。對于傳感器網(wǎng)絡，這未必是一種合理的選擇。一些為自組織的Ad-hoc網(wǎng)絡設計的協(xié)議和算法，未必適合傳感器網(wǎng)絡的特點和應用的要求。節(jié)點標識（如地址等）的作用在傳感器網(wǎng)絡中不十分重要，因為應用程序不怎么關心單節(jié)點上的信息；中間節(jié)點上與具體應用相關的數(shù)據(jù)處理、融合和緩存卻顯得很有必要。在密集性的傳感器網(wǎng)絡中，相鄰節(jié)點間的距離非常短，低功耗的多跳通信模式節(jié)省功耗，同時增加了通信的隱蔽性，避免了長距離無線通信易受外噪聲干擾的影響。這些獨特的要求和制約因素為無線傳感器網(wǎng)絡的研究提出了新的技術問題。

更嚴峻的問題是時鐘同步，顯然，無所不在的信息網(wǎng)絡對時鐘同步的要求明顯高于傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡。它與實際的物理環(huán)境聯(lián)系密切，所以必須采用物理時鐘同步，無法使用相對簡單的邏輯時鐘。而無線傳感器要求必須采用低能耗工作，時間同步的數(shù)據(jù)交換受到限制，同時無線媒介連接方式不可靠，Ad-hoc網(wǎng)絡不易用傳統(tǒng)的時間同步方法。

盡管難題重重，但微電子技術、計算機技術在不斷發(fā)展，微處理芯片的網(wǎng)絡功能會得到進一步加強，智能傳感器和無線通信網(wǎng)絡的結(jié)合也會更加容易。應用高性能的嵌入式處理器之后，信息網(wǎng)絡的功能也會越來越強，我們可以相信，在不久的將來，人類周圍將是無所不在的網(wǎng)絡。

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