低速率網(wǎng)絡(luò)技術(shù)任重道遠(yuǎn)

由于各企業(yè)努力通過自動(dòng)化來提高效率并降低勞動(dòng)成本，低數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)準(zhǔn)備在無線領(lǐng)域擔(dān)負(fù)重任。

　　要點(diǎn)
　　● 低速率網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)準(zhǔn)備接替人為的數(shù)據(jù)采集和控制任務(wù)，從而為工業(yè)和樓宇管理部門節(jié)省大量人力物力；
　　● 連續(xù)監(jiān)視和控制分布式系統(tǒng)的無線低數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)采用低成本硬件，并具有很長的電池壽命；
　　● 新近的IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.15.4為短距離低數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)規(guī)定了物理層和媒介接入控制通信層；
　　● 由60多家制造商組成的ZigBee聯(lián)盟承諾增加其余的網(wǎng)絡(luò)層、安全層和應(yīng)用層，以完善這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)；
　　● 盡管專有的通信協(xié)議目前占據(jù)主導(dǎo)地位，但新標(biāo)準(zhǔn)可使設(shè)計(jì)師降低成本并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品互操作性。

　　盡管最近人們對(duì)設(shè)計(jì)和媒體的關(guān)注大多都集中在寬帶寬視頻無線網(wǎng)絡(luò)上，但是低成本低數(shù)據(jù)速率RF鏈路市場有可能會(huì)更大。在企業(yè)和工業(yè)環(huán)境中，重復(fù)性系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)采集工作數(shù)量很大，只要其中一部分實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，就可節(jié)省大量人力物力。盡管專有的窄帶寬聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品已經(jīng)上市多年，但協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的新推動(dòng)力有望通過提高產(chǎn)量來降低硅片成本，并保證器件供應(yīng)商之間的互操作性。隨著新產(chǎn)品和新標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，這些低成本通信鏈路應(yīng)被證明是很受歡迎的，因?yàn)橛脩魺o須安裝昂貴而不靈活的網(wǎng)絡(luò)線纜，可以直接節(jié)省人力物力。
　　現(xiàn)在確實(shí)有成千上萬個(gè)嵌入式系統(tǒng)是由可靠的窄帶寬通信網(wǎng)絡(luò)來提供滿意的性能并降低成本的。例如，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)可以根據(jù)溫度、區(qū)域活動(dòng)程度和時(shí)間段來使照明、供暖和空調(diào)的使用量減少到最低程度，從而大大消減能源成本。為了消除不必要的服務(wù)電話或設(shè)備更換，工業(yè)用戶正在安裝低速率網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)控生產(chǎn)機(jī)器的狀況。公共服務(wù)提供商利用自動(dòng)化儀表讀出設(shè)備，每年就能節(jié)省數(shù)以百萬美元計(jì)的費(fèi)用，因?yàn)樽詣?dòng)化儀表讀出設(shè)備能實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，識(shí)別電路故障，消除遠(yuǎn)程計(jì)量儀表啟用、停用和讀數(shù)等人工事務(wù)。訪問控制系統(tǒng)、醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)和安全系統(tǒng)也可以利用安裝在重要部位的無線鏈路來降低勞動(dòng)成本。
　　盡管個(gè)別參數(shù)因應(yīng)用系統(tǒng)不同而各異，但幾個(gè)共同的設(shè)計(jì)要求就是低數(shù)據(jù)速率無線網(wǎng)絡(luò)的特征。大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)都需要大量的傳感器或控制節(jié)點(diǎn)；因此，經(jīng)過簡化的低成本硬件至關(guān)重要。由于你可能會(huì)將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署在無法進(jìn)入的偏遠(yuǎn)地點(diǎn)，所以延長電池壽命也是主要的目標(biāo)之一。雖然節(jié)點(diǎn)成本低意味著處理資源減小和軟件簡化，但用戶仍然希望在許多工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)所處的惡劣RF環(huán)境中，數(shù)據(jù)傳輸要安全可靠。低速率網(wǎng)絡(luò)還必須具有伸縮性和適應(yīng)性，以便用戶根據(jù)情況變化快速而又方便地添加或重新配置節(jié)點(diǎn)。
　　與寬帶寬網(wǎng)絡(luò)一樣，為了獲得最佳性能，你可以將低速率網(wǎng)絡(luò)安排成多種配置。例如，一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線橋接器把兩個(gè)端點(diǎn)連接起來，就可替代一根通信電纜。你可以用一條點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線鏈路將遙控面板連接到一臺(tái)移動(dòng)設(shè)備（例如機(jī)器人）上，從而去除系留在移動(dòng)設(shè)備上的電纜。許多低數(shù)據(jù)速率點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路在其兩端均有低成本收發(fā)器，用以轉(zhuǎn)換為通用的通信協(xié)議，例如RS-232。另一種無線網(wǎng)絡(luò)形式，即一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無線網(wǎng)絡(luò)，包括一個(gè)中心基站和多個(gè)以星形或輻（hub-and-spoke）形安排的無線節(jié)點(diǎn)。Bluetooth和IEEE 802.11的各種變體雖然被認(rèn)為是寬帶網(wǎng)絡(luò)，但都基于一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)模式。
　　網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是第三種無線網(wǎng)絡(luò)形式，這是一種低功耗多跳系統(tǒng)，它通過從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包傳輸來處理信息，直到數(shù)據(jù)包到達(dá)目的地為止。一個(gè)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)濾除除自己的數(shù)據(jù)包以外的所有數(shù)據(jù)包，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)則與之不同，接收并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包到其它節(jié)點(diǎn)地址。多跳網(wǎng)絡(luò)非常像互聯(lián)網(wǎng)那樣運(yùn)行，并提供幾條從源至目的地的備份通信路徑。如果一條路徑由于硬件失效或干擾而停止工作，則網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)就會(huì)通過一條替代路徑自動(dòng)地重新傳遞數(shù)據(jù)包。
　　除了形式之外，無線網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)不同之處在于通信距離和用途。WPAN（無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)）的通信距離為0～10m，WPAN 的創(chuàng)造者最初打算像藍(lán)牙那樣將其用于互連個(gè)人工作區(qū)附近的外圍設(shè)備。最近，WPAN的定義已經(jīng)擴(kuò)展到包含任何短距離通信鏈路。因此，許多低數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)都?xì)w入這一類。隨著距離的增加，WLAN（無線局域網(wǎng)）——例如IEEE 802.11b——擴(kuò)展到大約100m，而WWAN（無線廣域網(wǎng)）的通信距離則在100m以上。
　　雖然短距離無線產(chǎn)品常常使用專有協(xié)議，但I(xiàn)EEE已經(jīng)授權(quán)一個(gè)工作組制訂有關(guān)工作在非特許國際頻段的超低功耗低數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE在2003年5月批準(zhǔn)了這一工作組制訂的標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE 802.15.4。該標(biāo)準(zhǔn)為工作波段和數(shù)據(jù)速率分別為868-MHz和20 kbps、915-MHz和40 kbps以及2.4-GHz波段和250 kbps的三種低速設(shè)備通信規(guī)定了PHY（物理層）和MAC（媒介接入控制層）子層技術(shù)規(guī)范。你可以將能對(duì)多于65,000個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行尋址的網(wǎng)絡(luò)安排成星形或?qū)Φ冉Y(jié)構(gòu)。發(fā)送器在低于1GHz波段時(shí)采用BPSK（二進(jìn)制相移鍵控）的DSSS（直接序列擴(kuò)展頻譜），而在2.4-GHz波段采用O-QPSK（偏移-正交相移鍵控）的DSSS。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：2.4-GHz波段有16個(gè)信道，915-MHz波段有10個(gè)信道，868-MHz波段有1個(gè)信道。信道接入方法為CSMA/CA（載波檢測多路存取/沖突避免）。這一規(guī)范描述了兩類網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其中一類是執(zhí)行任何網(wǎng)絡(luò)任務(wù)的FFD（全功能設(shè)備）另一類是用于對(duì)成本敏感的應(yīng)用系統(tǒng)、資源與功能有限的RFD（縮減功能設(shè)備）。你可以從http://standards.ieee.org/getieee802網(wǎng)站免費(fèi)下載這一長達(dá)679頁的標(biāo)準(zhǔn)。