Bluetooth - 标准化无线网络的选择方案

       Bluetooth

       Bluetooth官方称之为802.15.1，它正在被市场接受，并且成功应用于2.4GHz频段的一些传感器网络实验中。Bluetooth峰值吞吐量为720KBps，使其成为高数据应用中的可靠方案，特别适合大型网络、距离小于10米、不需要电池电源的场合。Bluetooth芯片组第3和第4代，主要针对蜂窝电话和PC外设，而结果是由于大批量导致价格显著下降。

       Bluetooth 
规定集成协议栈，包括PHY、MAC、网络和应用层。它对语音和特定网络的支持有助于为协议栈提供它的250KB系统开销，它增加了系统成本和集成复杂性。另外Bluetooth的每“Piconet"(微微网)7个节点的网络限制，限制了它在大型传感器网络开发中的应用。Bluetooth应该在传感器应用中工作得很好，这包括病人监护和虚拟定向设备监视，它们都需要数据和视频。

       ZigBee和IEEE802.15.4

       基于IEEE802.15.4的ZigBee是一种低功率、低数据率无线网络标准，它是专为远程监视和控制应用而设计的。去年5月批准的IEEE805.15.4 是一种简单而又强大的分组数据协议，此协议通过确认、误差检查、优先通信、直接时序扩频、避免干扰的变频能力以及用户选择安全来提供高可靠性。IEEE802.15.4规定PHY和MAC层并定义3个无许可证频段(2.4GHz，915MHz，868MHz)。若2.4GHz频段对特殊应用不是最佳的，它为用户提供一个选择的频率。每个节点传输30~100米范围是可能的，通过采用功率放大器和多跳跃网形可扩大传输距离。也可以利用IEEE802.15.4硬件顶端的专利网络配置。

       ZigBee规定IEEE802.15.4 PHY 和MAC层顶上的网络、安全和应用层并支持星、网络和簇树网络拓扑结构。在IEEE802.15.4标准支持每个物理网络255个节点时，ZigBee的64位网络地址支持扩展每个物理网络多达65000个节点以上。ZigBee工作良好的传感器基应用包括照明和HVAC(加热通风空调)控制系统、AMR和分表、工业数据采集和电池供电安全监控。

       无线网络拓扑结构

       用户除选择一个专门的无线技术外，也需要确定最适合于应用的网络拓扑结构。这是网络的逻辑形式，而且它决定网络中不同的节点如何彼此连接和它们如何通信。网络拓扑结构包括星、网络和桥结构。对于不同的应用，每种结构都有自身的强项。对于相当简单或低功率应用，星拓扑结构工作得很好。在星拓扑结构中，所有无线节点连接到网络协调和网关上。当物理干扰或强RF干扰单元通信时，通常的规定是去除受影响的节点。一旦采纳这些受影响的节点，对大多数传感器网络应用来讲这是不能接受的。

       网格网络用一种分散、多跳跃结构，在这种结构中每个节点是与最接近的节点直接通信。这使得靠从一个节点到另一个节点的中继可提供一个扩展的搜索区域。如果由于任一种原因(包括强RF干扰)使一个单节点失效，则信息可以自动地沿一条或更多的另外通路进行通信。最佳的路由选择通常由任何两个节点间的被测信号强度和节点间传输信息所需的跳跃累积数确定。

       路由算法可以是前激励或反应性的，这取决于应用要求。用前激励路由，其专门节点之间网络路由总是维持。这可加速数据传输，但对大型网络的管理可能变复杂。用反应路由，需要发现和更新网络路由，这基于网络现在的条件和源节点生成数据的要求。反应路由靠路由表的最小复杂化可简化网络开发，但可能导致信息等待时间，这对于近似的实时应用来讲是不实用的。一个典型的网格网络跳跃需50ms时间。网络拓扑可为设备监视和控制提供所需的工业高可靠性。

      混合簇树配置组合网格和星拓扑结构对于低数据率应用(在节点上需要长电池寿命和网络高可靠性)往往是最佳方案。家庭或单层建筑中的传感器可连接成星拓扑结构到每层或每个家庭中电源供电的无线装置，然后再连接成网格拓扑结构。

       结语

       为专门应用选择最适合的网络技术是一个复杂的任务，一种技术不能适合所有的应用。然而，一旦清楚地确定了应用的通信要求和了解可选择的各种网络技术，通常就能容易地确定最适合的网络方案(表2)，在此情况下，可采用混合方法，用低功率、短距离干网(ZigBee)为GPRS/GSM或Wi-Fi网络宽域通信聚集传感器数据，用户不再受限于布线安装，而且用经济和可靠的基于全球标准的产品使用户不再局限于专利无线方案。