低速率網(wǎng)絡(luò )技術(shù)任重道遠

由于各企業(yè)努力通過(guò)自動(dòng)化來(lái)提高效率并降低勞動(dòng)成本，低數據速率網(wǎng)絡(luò )隨時(shí)準備在無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域擔負重任。

　　要點(diǎn)
　　● 低速率網(wǎng)絡(luò )隨時(shí)準備接替人為的數據采集和控制任務(wù)，從而為工業(yè)和樓宇管理部門(mén)節省大量人力物力；
　　● 連續監視和控制分布式系統的無(wú)線(xiàn)低數據速率網(wǎng)絡(luò )采用低成本硬件，并具有很長(cháng)的電池壽命；
　　● 新近的IEEE標準802.15.4為短距離低數據速率網(wǎng)絡(luò )規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、安全層和應用層，以完善這個(gè)新標準；
　　● 盡管專(zhuān)有的通信協(xié)議目前占據主導地位，但新標準可使設計師降低成本并實(shí)現產(chǎn)品互操作性。

　　盡管最近人們對設計和媒體的關(guān)注大多都集中在寬帶寬視頻無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上，但是低成本低數據速率RF鏈路市場(chǎng)有可能會(huì )更大。在企業(yè)和工業(yè)環(huán)境中，重復性系統控制和數據采集工作數量很大，只要其中一部分實(shí)現自動(dòng)化，就可節省大量人力物力。盡管專(zhuān)有的窄帶寬聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品已經(jīng)上市多年，但協(xié)議標準化的新推動(dòng)力有望通過(guò)提高產(chǎn)量來(lái)降低硅片成本，并保證器件供應商之間的互操作性。隨著(zhù)新產(chǎn)品和新標準的出現，這些低成本通信鏈路應被證明是很受歡迎的，因為用戶(hù)無(wú)須安裝昂貴而不靈活的網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)纜，可以直接節省人力物力。
　　現在確實(shí)有成千上萬(wàn)個(gè)嵌入式系統是由可靠的窄帶寬通信網(wǎng)絡(luò )來(lái)提供滿(mǎn)意的性能并降低成本的。例如，樓宇自動(dòng)化系統可以根據溫度、區域活動(dòng)程度和時(shí)間段來(lái)使照明、供暖和空調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(huà)或設備更換，工業(yè)用戶(hù)正在安裝低速率網(wǎng)絡(luò )來(lái)監控生產(chǎn)機器的狀況。公共服務(wù)提供商利用自動(dòng)化儀表讀出設備，每年就能節省數以百萬(wàn)美元計的費用，因為自動(dòng)化儀表讀出設備能實(shí)現負載均衡，識別電路故障，消除遠程計量?jì)x表啟用、停用和讀數等人工事務(wù)。訪(fǎng)問(wèn)控制系統、醫療監護系統和安全系統也可以利用安裝在重要部位的無(wú)線(xiàn)鏈路來(lái)降低勞動(dòng)成本。
　　盡管個(gè)別參數因應用系統不同而各異，但幾個(gè)共同的設計要求就是低數據速率無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的特征。大多數應用系統都需要大量的傳感器或控制節點(diǎn)；因此，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的低成本硬件至關(guān)重要。由于你可能會(huì )將網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)部署在無(wú)法進(jìn)入的偏遠地點(diǎn)，所以延長(cháng)電池壽命也是主要的目標之一。雖然節點(diǎn)成本低意味著(zhù)處理資源減小和軟件簡(jiǎn)化，但用戶(hù)仍然希望在許多工業(yè)應用系統所處的惡劣RF環(huán)境中，數據傳輸要安全可靠。低速率網(wǎng)絡(luò )還必須具有伸縮性和適應性，以便用戶(hù)根據情況變化快速而又方便地添加或重新配置節點(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)對點(diǎn)無(wú)線(xiàn)橋接器把兩個(gè)端點(diǎn)連接起來(lái)，就可替代一根通信電纜。你可以用一條點(diǎn)對點(diǎn)無(wú)線(xiàn)鏈路將遙控面板連接到一臺移動(dòng)設備（例如機器人）上，從而去除系留在移動(dòng)設備上的電纜。許多低數據速率點(diǎn)對點(diǎn)鏈路在其兩端均有低成本收發(fā)器，用以轉換為通用的通信協(xié)議，例如RS-232。另一種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )形式，即一點(diǎn)對多點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)節點(diǎn)。Bluetooth和IEEE 802.11的各種變體雖然被認為是寬帶網(wǎng)絡(luò )，但都基于一點(diǎn)對多點(diǎn)模式。
　　網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )是第三種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )形式，這是一種低功耗多跳系統，它通過(guò)從一個(gè)節點(diǎn)到另一個(gè)節點(diǎn)的數據包傳輸來(lái)處理信息，直到數據包到達目的地為止。一個(gè)一點(diǎn)對多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)濾除除自己的數據包以外的所有數據包，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)則與之不同，接收并轉發(fā)數據包到其它節點(diǎn)地址。多跳網(wǎng)絡(luò )非常像互聯(lián)網(wǎng)那樣運行，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(guò)一條替代路徑自動(dòng)地重新傳遞數據包。
　　除了形式之外，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的另一個(gè)不同之處在于通信距離和用途。WPAN（無(wú)線(xiàn)個(gè)人區域網(wǎng)）的通信距離為0～10m，WPAN 的創(chuàng )造者最初打算像藍牙那樣將其用于互連個(gè)人工作區附近的外圍設備。最近，WPAN的定義已經(jīng)擴展到包含任何短距離通信鏈路。因此，許多低數據速率網(wǎng)絡(luò )都歸入這一類(lèi)。隨著(zhù)距離的增加，WLAN（無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)）——例如IEEE 802.11b——擴展到大約100m，而WWAN（無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng)）的通信距離則在100m以上。
　　雖然短距離無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品常常使用專(zhuān)有協(xié)議，但IEEE已經(jīng)授權一個(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據速率網(wǎng)絡(luò )的標準。IEEE在2003年5月批準了這一工作組制訂的標準，即IEEE 802.15.4。該標準為工作波段和數據速率分別為868-MHz和20 kbps、915-MHz和40 kbps以及2.4-GHz波段和250 kbps的三種低速設備通信規定了PHY（物理層）和MAC（媒介接入控制層）子層技術(shù)規范。你可以將能對多于65,000個(gè)節點(diǎn)進(jìn)行尋址的網(wǎng)絡(luò )安排成星形或對等結構。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。該標準規定：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）。這一規范描述了兩類(lèi)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，其中一類(lèi)是執行任何網(wǎng)絡(luò )任務(wù)的FFD（全功能設備）另一類(lèi)是用于對成本敏感的應用系統、資源與功能有限的RFD（縮減功能設備）。你可以從http://standards.ieee.org/getieee802網(wǎng)站免費下載這一長(cháng)達679頁(yè)的標準。