第三代无线通信标准

第三代无线通信标准

今天，我们正在进入第三代无线通信阶段。或者说“互联网包含一切”的阶段，这个阶段用无线传感器和控制技术来连接人类世界与虚拟电子世界。

传感器和控制网络不能增进人们的交流，取而代之的是，它们允许传感器和操作者交互，创建一个更加动态的世界，从而避免人为的错误并降低人力成本。

超低功耗无线传感器网络可以为很多应用带来好处。这包括监视温度、振动、湿度、位置、液位高度等，在工厂中，可以将它们连接到HAVC系统、存储系统、机器人系统，或温度控制系统等的控制和执行机构。
这样的例子很多。对于农业应用，可以通过无线传感器网络采集温度传感器和土壤湿度传感器的信息来监视农田、葡萄园、温室，并自动调整灌溉和施肥。

对于许多现实应用，低功耗无线传感网络具有许多优点，包括无须使用线缆、增加了在空间受限或危险区域应用的灵活性、易于安装、增加了安全性，而且降低了维护成本。然而，无线传感器的发展完全依赖工业标准开发的进度。

工业标准促进了无线应用的发展
无线通信在工业标准的推进下得到了很大的发展。标准为OEM和集成商提供了选择的灵活性，允许不同供应商的设备可以互操作，这在所有应用中是最重要的。

与大多数无线网络相比，传感器网络的需求是截然不同的，功率消耗指标就是最明显的差别。对于无线传感器网络收发器，事实上的标准是IEEE 802.15.4规范（ZigBee和其他版本）。许多供应商已经开始提供基于802.15.4协议的收发器芯片。有些芯片是标准协议的简化，而有些则提供了针对特殊应用的附加特征。例如，GreenPeak公司的GP500收发器就包含了许多低功耗的特性，可以用于钮扣电池供电和自收集能量供电的应用。

也有一些厂商提供采用蓝牙和Wi-Fi技术的传感器网络应用，IEEE 802.15.4和蓝牙技术的比较如表1所示。它们都采用非标准的形式，利用IEEE 802.15.4协议在本国实现。IEEE 802.15.4协议规范提供最基本的低功耗无线传感器网路应用是被广泛接受的。

表1 IEEE 802.15.4和蓝牙主要参数比较

ZigBee联盟的推动
ZigBee联盟是一个由技术提供者和OEM产品公司组成的独立标准化组织。在2007年底，该联盟为ZigBee和ZigBee PRO网络协议规范定稿。

从使用的角度出发，ZigBee网络协议栈是非常适合家庭应用的，家庭网络通常包括10个，或多到100个设备。ZigBee PRO网络协议栈是ZigBee的超集，它增加了网络容量和很好处理与其他无线技术冲突的能力特征。ZigBee PRO的特征使它非常适合大型应用，特别是在商业建筑中的应用。

ZigBee PRO的另一个特征就是需要更大的存储器空间，这使它的成本更高。在对成本极其敏感的消费电子市场，每一点额外增加的成本都限制了采用这项技术的可能性。然而，得益于半导体成本的日益降低，可以预测，在短期内ZigBee和ZigBee PRO之间的成本差异将可以被忽略，并且更多的应用将采用ZigBee PRO。

ISA-100和无线HART标准
ISA-100和无线HART是两个工业自动化无线标准。ISA-100是由仪器、系统和自动化协会（ISA）发起的，该组织是一个针对工业自动化的非盈利技术协会。无线HART不是完整的工业传感器协议，它是一个对老式但却很流行的、用于工业自动化的HART工业有线总线标准的补充。由于ISA-100和无线HART基本上解决了同样的问题，目前正在检验是否可以合并这两种标准。上述几种低功耗无线协议的比较如表2所示。

表2 低功耗无线协议比较

私有无线通信技术
除了IEEE 802.15.4标准外，也有许多技术可以用来实现私有的收发器。其主要目的是降低复杂性和减小潜在的成本。

私有技术可以比标准技术开发得更快，因为不需要在不同公司之间取得一致。也应该看到如果私有解决方案会达到足够的产量，同样会降低成本。降低复杂性有时可能会牺牲性能，限制它的应用范围。

近期进展
即使在标准范围之内，技术提供商也可以有更多的创新空间。例如，GreenPeak公司的Emerald GP500C收发器和网络协议栈是与IEEE 802.15.4标准兼容的，但增加了针对超低功耗应用的特征。

另一个进展是将很快出现在标准中的低功耗路由（LPR）技术。在LPR网络中，电池供电的设备可以从邻近的设备接收消息，并将信息转发到更远的通信链路中。其他标准提供这个功能的目的仅仅是为了持续给设备供电，以使它一直处于侦听状态。LPR为网络增加了时间同步机制，允许设备同时唤醒来启动通信，并避免了设备连续运行。

IEEE Std 802.15.4-2003.pdf 标准

业界已经开始寻找无须电池的无线网络标准。有许多用于特殊功能的ZigBee协议——ZigBee协议子集。这是一些更小、更面向任务、功耗更低的协议栈。用于智能能源（Smart Energy）和家庭自动化（Home Automation）特殊的ZigBee协议已经被开发出来并且发布了。新的无电池供电协议仍然在开发中，并且有望在一季度完成。