認知無(wú)線(xiàn)電思想在 ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中的應用

傳感器節點(diǎn)的工作比較簡(jiǎn)單，只須在采到數據后添加自己的節點(diǎn)信息，以合適的數據格式將其以無(wú)線(xiàn)方式發(fā)出。而轉發(fā)節點(diǎn)則需要實(shí)現收發(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)現信號跳轉而不發(fā)生碰撞特制定如下步驟：
①先掃描信道的質(zhì)量，然后選擇信號最好的鏈路作為接收信道。MC13192本來(lái)具有信道能量檢測功能，在Freescale公司提供的SMAC中，只需在應用時(shí)調用MLMEEnergyDetect()原語(yǔ)。但是由于本設計的數據為了在多跳時(shí)不發(fā)生碰撞，發(fā)送終端節點(diǎn)每發(fā)送完一個(gè)數據包都要調用一個(gè)約50 ms的子程序，此信道空閑間隙遠遠大于128μs，導致積分區間很可能落在空閑段，故不能直接采用。為此，跳轉節點(diǎn)采取設定某信道為接收信道，然后調用 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)成功接收的基礎上的，故而可以對本設計的稀疏數據方式奏效。跳轉節點(diǎn)在每個(gè)信道上輪流操作鏈路質(zhì)量評估，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。
本設計的應用場(chǎng)合中一旦形成拓撲就不再輕易發(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近順次開(kāi)啟傳感模塊開(kāi)關(guān)，即可自組織一條路徑。監控主節點(diǎn)與通用計算機以串口線(xiàn)相連，通過(guò)在通用計算機上運行監控程序，對節點(diǎn)信息進(jìn)行分揀，實(shí)現對傳感器數據進(jìn)行管理。
2．3 新的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的改進(jìn)
上一節介紹的多頻多跳的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )只是在實(shí)際運用中的一次簡(jiǎn)單嘗試，重在實(shí)現。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)行大規模運用，還需考慮很多其他問(wèn)題。具體而言，本文認為一個(gè)較為完善的認知無(wú)線(xiàn)電 ZigBee網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)應該按照如下的過(guò)程進(jìn)行通信：
①檢測頻譜空穴；
②依據空穴建立信道；
③數據傳輸；
④持續檢測頻譜空穴變動(dòng)情況，情況不佳時(shí)更改信道使用；
⑤重復步驟②～④。
因為如果發(fā)送節點(diǎn)依據信道質(zhì)量做出了調整，各個(gè)接收節點(diǎn)本身不知道發(fā)送節點(diǎn)所要采用的頻率，可以另外設一個(gè)公用的信道用于協(xié)商對話(huà)。例如每個(gè)節點(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(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)勢
采用多頻多跳的組網(wǎng)方式解決了傳統網(wǎng)絡(luò )采用時(shí)分復用的方法對信道的利用率不高的問(wèn)題，充分利用了現代高級無(wú)線(xiàn)射頻芯片對信道占用情況的能量檢測功能，從認知無(wú)線(xiàn)電的角度解決了傳統組網(wǎng)應用的編程設置復雜、浪費信道資源、相鄰節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)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(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )具有充分利用通信機會(huì )、組網(wǎng)簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)容易、鄰節點(diǎn)干擾小、無(wú)需特殊同步路由算法的特點(diǎn)。傳統的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 語(yǔ)
認知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)是在軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)基礎上發(fā)展起來(lái)的一種新的智能無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)，它的提出為從根本上解決日益增長(cháng)的無(wú)線(xiàn)通信需求與有限的無(wú)線(xiàn)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)從概念到應用尚面臨很多挑戰，尤其是許多關(guān)鍵技術(shù)有待突破。
本文將認知無(wú)線(xiàn)電思想在基于ZigBee的無(wú)線(xiàn)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(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )解決方案。這一充分利用無(wú)線(xiàn)芯片多信道支持功能的思想也值得在其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)中嘗試?？梢灶A見(jiàn)，隨著(zhù)研究的深入，一旦認知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)投入使用，將提供更為靈活的頻譜管理機制和更為高效的頻譜利用率，以滿(mǎn)足越來(lái)越強勁的頻譜需求，為頻譜資源越來(lái)越緊張的無(wú)線(xiàn)通信注入新的活力。