無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)/Zigbee及RFID融合協(xié)作不完全分析

在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)架構基礎上，為了增強網(wǎng)絡(luò )的信息采集和獲取能力，融合了傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)的定位感知技術(shù)應運而生，進(jìn)而成為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )。它是由大量傳感器結點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)自組織構成的網(wǎng)絡(luò )，可實(shí)現數據的采集量化、處理融合和傳輸應用是網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中的重要組成部分之一。在不考慮用戶(hù)個(gè)人隱私問(wèn)題的前提下，如何動(dòng)態(tài)獲取用戶(hù)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?xún)?；如何為用?hù)積極主動(dòng)地提供各種所需服務(wù)，這些都是定位感知系統必須能夠實(shí)現的功能。

可以想象，定位感知系統必須是定位系統與位置系統兩者的緊密結合，用戶(hù)每移動(dòng)到一個(gè)新的位置，系統必須能夠實(shí)時(shí)進(jìn)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，定位感知系統能夠積極主動(dòng)地向用戶(hù)廣播所能提供的各種信息，從而使用戶(hù)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(wú)線(xiàn)標準的安全網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，ZigBee有希望讓無(wú)線(xiàn)傳感器出現在各種應用中：從工廠(chǎng)的自動(dòng)化系統到家庭保安系統和消費電子產(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(cháng)到了幾年時(shí)間。人們預測，ZigBee設備還將十分便宜，一些人估計，它的銷(xiāo)售價(jià)格最終不到3美元。以如此之低的價(jià)格，它們將會(huì )非常適用于無(wú)線(xiàn)電燈開(kāi)關(guān)、無(wú)線(xiàn)調溫器和煙感探測器，成為包圍辦公室、家庭和交通工具的無(wú)線(xiàn)設備的流行趨勢，而建立自動(dòng)化傳輸房門(mén)、水表、攝像、自動(dòng)售貨機和火警等系統信息的數據網(wǎng)絡(luò )將成為其最大的市場(chǎng)空間。

ZigBee的基礎是IEEE 802.15.4，這是IEEE無(wú)線(xiàn)個(gè)人區域網(wǎng)（Personal Area Network，PAN）工作組的一項標準。802.15.4的MAC層基于802.11無(wú)線(xiàn)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(gè)不同的波段，每個(gè)波段都提供了一種不同的峰值數據速率。不過(guò)多數應用僅使用峰值速率的一部分。例如，時(shí)鐘每周才查詢(xún)一次NTP（網(wǎng)絡(luò )時(shí)間協(xié)議）服務(wù)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(gè)數據。由于ZigBee的傳輸較少，因此它對已使用同一頻率的其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)的干擾非常小。

場(chǎng)景三：面對超市里顧客排起的長(cháng)隊，收銀員用手持設備不停地掃描著(zhù)顧客購買(mǎi)的商品，時(shí)常遇到一件又一件“掃”不出來(lái)的貨物，這時(shí)就不得不手工輸入冗長(cháng)的商品序列號，此時(shí)在長(cháng)長(cháng)的隊列中又不時(shí)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(guò)手機的移動(dòng)電子商務(wù)付費系統向商家付賬。同時(shí)，商家確認所購買(mǎi)商品的記錄后，顧客不必經(jīng)歷上述排隊等購物環(huán)節就可以輕松自由地離開(kāi)了。

部署信息節點(diǎn)

有了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)，同時(shí)構建了無(wú)線(xiàn)定位感知系統，再加上RFID的小小標簽，我們或許就可以享受無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)了，然而RFID能否為普適計算找到大眾應用的切入點(diǎn)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(huì )有多大？另外，RFID的大規模商用時(shí)代到來(lái)，會(huì )給我們帶來(lái)什么。

RFID（無(wú)線(xiàn)射頻識別，Radio Frequency Identification）是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)。最簡(jiǎn)單的RFID系統由標簽（Tag）、閱讀器（Reader）和天線(xiàn)（Antenna）三部分組成——在實(shí)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(jìn)入磁場(chǎng)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(wú)源標簽或被動(dòng)標簽），或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標簽或主動(dòng)標簽），閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進(jìn)行有關(guān)數據處理。

RFID技術(shù)無(wú)疑給構建無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)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(guò)無(wú)線(xiàn)數據傳輸讓計算機網(wǎng)絡(luò )隨時(shí)掌握各式各樣貨品的詳細信息。這樣在商品從生產(chǎn)、運輸到銷(xiāo)售的過(guò)程中，供應商、商家和用戶(hù)都可以從這些重要的數據中受益（例如，商家和供應商實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)的信息交換，從而使采購、倉儲、配送過(guò)程更加便捷，同時(shí)也方便了用戶(hù)）。另外，網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)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容，手持移動(dòng)終端可以隨時(shí)接入互聯(lián)網(wǎng)，并利用讀出的標簽代碼在移動(dòng)電子商務(wù)服務(wù)平臺中迅速查找相關(guān)的信息，并將結果顯示在移動(dòng)終端屏幕上，以此為用戶(hù)帶來(lái)各種各樣的便利服務(wù)。例如，它可以為你提供商品信息服務(wù)，你還可以把讀取的商品代碼發(fā)送給移動(dòng)電子商務(wù)服務(wù)平臺，然后會(huì )得到許多相關(guān)信息，如可以告知你附近的商店同類(lèi)商品的價(jià)格以進(jìn)行比較判斷該商場(chǎng)的價(jià)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(dòng)的商品廣告，這時(shí)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(jià)格指數、定購辦法等一目了然。假如你喜歡的話(huà)，只需輸入銀行的賬戶(hù)密碼，幾次按鍵輕松完成網(wǎng)上訂購過(guò)程，等你回家之后，新款商品已經(jīng)等在家門(mén)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(pán)，包含詳細商品信息的電子郵件就迅捷到達。

無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展迅猛，前景廣闊，但有些問(wèn)題仍困擾著(zhù)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(shù)的設計與改進(jìn)、RFID標簽自身成本較高、如何保證購買(mǎi)者的個(gè)人穩私、標準能否統一等問(wèn)題。

融合背后的思考

可以預測: 無(wú)需維護、具有無(wú)限生命周期的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )與RFID、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)結合在一起，將實(shí)現高效及時(shí)的關(guān)鍵信息提交。但我們同時(shí)要了解的是，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )不同于傳統的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )（如WLAN和蜂窩移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò )），除了少數節點(diǎn)以外，大部分節點(diǎn)都無(wú)法時(shí)常更新電源，因此設計有效的策略延長(cháng)網(wǎng)絡(luò )的生命周期成為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的核心問(wèn)題。

研究初期，人們一度認為成熟的Internet技術(shù)加上Ad-hoc路由機制對傳感器網(wǎng)絡(luò )的設計是足夠充分的，但深入的研究表明：傳感器網(wǎng)絡(luò )有著(zhù)與傳統網(wǎng)絡(luò )明顯不同的技術(shù)要求，前者以數據為中心，后者以傳輸數據為目的。為了適應廣泛的應用程序，傳統網(wǎng)絡(luò )的設計遵循著(zhù)端到端的邊緣論思想，強調將一切與功能相關(guān)的處理都放在網(wǎng)絡(luò )的端系統上，中間節點(diǎn)僅僅負責數據分組的轉發(fā)。對于傳感器網(wǎng)絡(luò )，這未必是一種合理的選擇。一些為自組織的Ad-hoc網(wǎng)絡(luò )設計的協(xié)議和算法，未必適合傳感器網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)和應用的要求。節點(diǎn)標識（如地址等）的作用在傳感器網(wǎng)絡(luò )中不十分重要，因為應用程序不怎么關(guān)心單節點(diǎn)上的信息；中間節點(diǎn)上與具體應用相關(guān)的數據處理、融合和緩存卻顯得很有必要。在密集性的傳感器網(wǎng)絡(luò )中，相鄰節點(diǎn)間的距離非常短，低功耗的多跳通信模式節省功耗，同時(shí)增加了通信的隱蔽性，避免了長(cháng)距離無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的研究提出了新的技術(shù)問(wèn)題。

更嚴峻的問(wèn)題是時(shí)鐘同步，顯然，無(wú)所不在的信息網(wǎng)絡(luò )對時(shí)鐘同步的要求明顯高于傳統的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。它與實(shí)際的物理環(huán)境聯(lián)系密切，所以必須采用物理時(shí)鐘同步，無(wú)法使用相對簡(jiǎn)單的邏輯時(shí)鐘。而無(wú)線(xiàn)傳感器要求必須采用低能耗工作，時(shí)間同步的數據交換受到限制，同時(shí)無(wú)線(xiàn)媒介連接方式不可靠，Ad-hoc網(wǎng)絡(luò )不易用傳統的時(shí)間同步方法。

盡管難題重重，但微電子技術(shù)、計算機技術(shù)在不斷發(fā)展，微處理芯片的網(wǎng)絡(luò )功能會(huì )得到進(jìn)一步加強，智能傳感器和無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )的結合也會(huì )更加容易。應用高性能的嵌入式處理器之后，信息網(wǎng)絡(luò )的功能也會(huì )越來(lái)越強，我們可以相信，在不久的將來(lái)，人類(lèi)周?chē)鷮⑹菬o(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò )。

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