高可靠低功耗的Dust Networks無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )

　　在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境檢測、基礎設施建設等方面，傳感器網(wǎng)絡(luò )的作用日益凸顯，正逐漸變得不可或缺。而通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式部署傳感器網(wǎng)絡(luò )無(wú)疑是最具靈活性、可擴展性的解決方案。最近，凌力爾特公司宣布其Dust Networks SmartMesh無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )（WSN）產(chǎn)品正式進(jìn)入中國市場(chǎng)。Dust Networks創(chuàng )立于2002年，是一家超低功耗嵌入式無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品供應商，2011年被凌力爾特收購后成為凌力爾特公司的一個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén)。

工作傳輸方式
　　Dust Networks SmartMesh采用的是WirelessHART協(xié)議，是一種收集和轉發(fā)周期性數據（雙向）的自組建網(wǎng)狀節點(diǎn)結構的網(wǎng)絡(luò )。每個(gè)SmartMesh傳感器網(wǎng)絡(luò )由若干個(gè)傳感器節點(diǎn)組成，其中一個(gè)節點(diǎn)和其它節點(diǎn)有所不同，為網(wǎng)絡(luò )管理員節點(diǎn)，用于安排整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中各個(gè)節點(diǎn)的任務(wù)，監視和管理網(wǎng)絡(luò )性能并向主機應用程序發(fā)送數據。
　　SmartMesh采用了跳點(diǎn)技術(shù)，即當傳感器網(wǎng)絡(luò )中有數據需要傳輸時(shí)，數據不是由數據源節點(diǎn)直接傳輸至目的節點(diǎn)，而是將數據傳輸給相鄰的節點(diǎn)，通過(guò)這種逐步傳遞的方法來(lái)將數據傳輸至目的節點(diǎn)。這樣設計的好處在于可以隨時(shí)增加新的節點(diǎn)，使得傳感器網(wǎng)絡(luò )更加靈活，具有更高的可擴展性?？梢赃@么說(shuō)，只要有需求，在合理安排網(wǎng)絡(luò )管理員節點(diǎn)的情況下，傳感器網(wǎng)絡(luò )幾乎可以無(wú)限擴張。
　　另外，在安排各節點(diǎn)傳輸任務(wù)時(shí)，管理員節點(diǎn)可根據各節點(diǎn)所要傳輸的數據量大小來(lái)合理安排各節點(diǎn)的工作時(shí)序。

降低功耗
　　降低器件總功耗有兩種辦法：一種是降低器件工作時(shí)的功率，另一種則是縮短器件的工作時(shí)間。對于傳感器網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，其工作環(huán)境和任務(wù)要求通常無(wú)需其保持時(shí)時(shí)刻刻采集監聽(tīng)數據的狀態(tài)，因此，降低功耗最好、最直接的辦法就是讓傳感器不工作。
　　SmartMesh采用了同步時(shí)間表的方式，通過(guò)控制傳感器的工作周期，何時(shí)開(kāi)始喚醒，何時(shí)休眠。在一個(gè)SmartMesh傳感器網(wǎng)絡(luò )內，管理員節點(diǎn)將安排其所在網(wǎng)絡(luò )中的所有節點(diǎn)按照一個(gè)統一的時(shí)間表來(lái)工作。傳感器節點(diǎn)按照時(shí)間表在規定的時(shí)間喚醒，檢查是否有任務(wù)需要完成，完成后節點(diǎn)轉入睡眠狀態(tài)，直到下一個(gè)工作時(shí)間點(diǎn)到來(lái)。這樣一來(lái)，傳感器節點(diǎn)就無(wú)需長(cháng)期處于監聽(tīng)狀態(tài)，事實(shí)上，大部分時(shí)間是處于睡眠狀態(tài)的，能最大限度地降低總體功耗。
　　這種工作方式，是SmartMesh網(wǎng)絡(luò )中的傳感器節點(diǎn)在使用兩節AA電池的情況下，能維持一個(gè)傳感器節點(diǎn)工作長(cháng)達5年甚至10年的重要原因。另外，在一些特殊情況下，傳感器被放置后就無(wú)法再進(jìn)行更換電池、維修等，這種低功耗的特性若與Linear的Energy Harvesting技術(shù)進(jìn)行配合，甚至可以續航更長(cháng)的時(shí)間。

提高可靠性
　　部署傳感器網(wǎng)絡(luò )的環(huán)境常常是數據中心、工廠(chǎng)、沙漠、極地、路邊泊車(chē)檔等，面臨著(zhù)極端溫度、濕度、灰塵、強電磁干擾等挑戰。因此，傳感器網(wǎng)絡(luò )的可靠性顯得尤為重要。

Linear公司Dust Networks產(chǎn)品系列總裁Joy Weiss女生

　　一方面指的是制造方面。Linear公司Dust Networks產(chǎn)品系列總裁Joy Weiss女生介紹了幾個(gè)SmartMesh已經(jīng)部署的實(shí)例，其中包含處于北極圈內的艾蘆世界北斯洛普和中東沙漠中的油田這種極端溫度的情況，充分說(shuō)明了其在制造方面的可靠性。
　　另一方面指在工作上的可靠性。SmartMesh采用了跳頻技術(shù)，當一個(gè)節點(diǎn)接受到多個(gè)傳輸任務(wù)時(shí)，可以將任務(wù)分別安排至不同的頻率通道進(jìn)行傳輸（最多15個(gè)通道），避免了不同傳輸任務(wù)之間的相互串擾，提高了數據的可靠性。另外，在一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò )中，可以同時(shí)配備兩個(gè)管理員節點(diǎn)，一個(gè)作為主要管理員，一個(gè)作為備用管理員。備用管理在通常情況下只做為普通節點(diǎn)和備份進(jìn)行工作。當主要管理員出現故障或因其它原因而不能正常工作時(shí)，將接替主要管理員的工作，以保障整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò )正常工作。據Joy Weiss介紹，Dust Networks已經(jīng)在120個(gè)國家部署了20000多個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò )，且在全球范圍內，2011年全年所有Dust Networks的傳感器網(wǎng)絡(luò )總共工作約5億小時(shí)，未出現有管理員故障的情況。

　　可以預見(jiàn)，雖然目前中國經(jīng)濟將存在著(zhù)一定硬著(zhù)陸甚至是進(jìn)入蕭條的隱患，但在工業(yè)生產(chǎn)、基礎設施建設、環(huán)境監測等不斷升級的需求之下，SmartMesh還是有著(zhù)廣闊的市場(chǎng)前景。