WSN的應用及其標準發(fā)展

引言

　　近年來(lái)，無(wú)線(xiàn)技術(shù)的爆炸式發(fā)展催生了多種工業(yè)、科學(xué)及醫療（ISM）頻帶無(wú)線(xiàn)標準。由于有了這些新標準，各種無(wú)線(xiàn)應用滲透到我們日常生活的方方面面。毫無(wú)疑問(wèn)，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )（WSN）便是一種最為受益于這些標準的重要應用。

　　我們可以設想有一位美國中西部的農民正面臨著(zhù)一個(gè)這樣的挑戰：如何對幾千頭牛的體溫進(jìn)行日常監控，以便防止諸如口蹄疫等危及其牛群生存的動(dòng)物疾病發(fā)生。利用無(wú)線(xiàn)技術(shù)，在每頭牛的身上安裝一個(gè)帶有無(wú)線(xiàn)發(fā)射器的溫度傳感器，將其體溫讀取數據發(fā)射至一個(gè)主端子便可以輕松地克服這些挑戰。這是一個(gè)WSN的簡(jiǎn)單例子，其表明無(wú)線(xiàn)技術(shù)的使用可以節省大量的時(shí)間和成本。本文將簡(jiǎn)單介紹ISM頻帶和WSN，以及支持它們的一些無(wú)線(xiàn)標準。

　　1 工業(yè)科學(xué)及醫療頻帶概況

　　ISM頻帶是無(wú)須授權、任何人均可使用頻譜的一部分。在ISM頻帶開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的唯一要求遵守這部分頻譜的一些規定。這些規定因國家不同而各異。在美國，聯(lián)邦通信委員會(huì )（FCC）負責制定這些規定，而在歐洲“歐洲電信標準研究所（ETSI）”才是監管機構?！癋CC條例”第15部分規定了美國的頻帶要求。圖1說(shuō)明了各種頻率和頻帶，并列出了相應的監管機構。

　　2.4GHz頻帶和幾種1GHz以下頻帶是今天最廣泛使用的ISM 頻率空間。由于2.4GHz頻帶如此的紛繁雜亂，一些產(chǎn)品研發(fā)活動(dòng)正在轉向5GHz頻帶——但由于存在有效通信距離問(wèn)題這一趨勢仍然非常有限。2.4GHz是一種通用頻帶，而分配給低功耗無(wú)線(xiàn)應用的1GHz以下頻帶在不同國家存在不同的情況。在美國，最普遍的剩余頻帶為902～928MHz，而在歐洲大多數無(wú)線(xiàn)通信活動(dòng)都集中在868MHz頻率范圍內。

　　當需要與其他系統通用，以及在不同地理空間中工作運行是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題時(shí)，我們推薦使用2.4GHz頻帶。使用2.4GHz頻帶的主要缺點(diǎn)是其擁擠的空間，以及由于2.4GHz頻率較差的傳輸特性所帶來(lái)的有限通信距離。

　　選擇在1GHz以下頻帶設計產(chǎn)品有助于解決在2.4GHz頻帶面臨的一些問(wèn)題；然而，1GHz以下頻帶也存在一些其自身的局限性：

　　受限占空比

　　無(wú)法實(shí)現與其他系統的互操作性

　　不同地理空間工作限制（例如，針對美國902～928MHz頻帶設計的無(wú)線(xiàn)儀表無(wú)法在歐洲正常工作）

　　根據不同的頻率、目標數據速率、距離，以及互操作性的理想水平，新出現了幾種工作在ISM頻率空間中的標準。圖1顯示了無(wú)線(xiàn)工程師進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)最常使用的一些標準。

圖1 工作在ISM頻帶的不同無(wú)線(xiàn)標準

　　2 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )概況

　　很明顯，“智能”環(huán)境代表了建筑、公共事業(yè)、工業(yè)、家庭、交通運輸和農業(yè)下一個(gè)演變發(fā)展階段。因此，人們對WSN的關(guān)注度正在穩步上升。一個(gè)WSN由許多分布于某個(gè)地理區域的傳感器組成。