无线传感器收集作为一门面向应用的研究范畴，在近几年获得了飞速成长。在关键技巧的研发方面，学术界大年夜收集协定、数据融合、测试测量、操作体系、办事质量、节点定位、时光同步等方面开展了大年夜量研究，取得丰富的结不雅;工业界也在情况监测、军事目标跟踪、智能家居、主动抄表、灯光控制、建筑物健康监测、电力线监控等范畴进行应用摸索。跟着应用的推广，无线传感器收集技巧开端裸露出越来越多的问题。不合厂商的设备须要实现互联互通，且要避免与现行体系的互相干扰，是以请求不合的芯片厂商、筹划供给商、产品供给商及接洽关系设备供给商杀青必定的默契，齐心合力实现目标。这就是无线传感器收集标准化工作的背景。实际上，因为标准化工作关系到多方的经济好处甚至社会好处，往往受到相干行业的广泛看重，若何调和好各方好处，杀青共鸣，须要介入各方拥有足够的懂得和耐烦。
到今朝为止，无线传感器收集的标准化工作受到了很多国度及国际标准组织的广泛存眷，已经完成了一系列草案甚至标准规范的制订。个中最出名的就是IEEE 802.15.4/zigbee规范，它甚至已经被一部分研究及家当界人士视为标准。IEEE 802.15.4定义了短距离无线通信的物理层及链路层规范，zigbee则定义了收集互联、传输和应用规范。尽管IEEE802.15.4和zigbee协定已经推出多年，但跟着应用的推广和Ｒ当的成长，其根本协定内容已经不克不及完全适应需求，加上该协定决定义了联网通信的内容，没有对传感器部件提出标准的协定接口，所以难以承载无线传感器收集技巧的妄图与任务;别的，该标准在落地不合国度时，也必定要受到该国度地区现行标准的束缚。为此，人们开端以IEEE 802.15.4/zigbee协定为基本，推出更多版本以适应不合应用、不合国度和地区。
尽管存在不完美之处，IEEE 802.15.4/zigbee仍然是今朝家当界成长无线传感网技情义无反顾的最佳组合。本文将重点介绍IEEE 802.15.4/zigbee协定规范，并恰当顾及传感网技巧存眷的其他相干标准。当然，无线传感器收集的标准化工作任重道远：起首，无线传感收集毕竟照样一个新兴范畴，其研究及应用都还显得相昔时轻，家当的需求还不晴明;其次，IEEE 802.15/zigbee并非针对无线传感网量身定制，在无线传感网情况下应用有些问题须要进一步解决;别的，专门针对无线传感网技巧的国际标准化工作还方才开端，国内的标准化工作组也还方才成立。为此，我们要为标准化工作的顺利完成做好充分的预备。
1. PHY/MAC 层标准
无线传感器收集的底层标准一捌揭捉?用了无线个域网(IEEE 802.15)的相干标准部分。无线个域网(Wireless Personal Area Network，WPAN)的出现比传感器收集要早，平日定义为供给小我及花费类电子设备之间进行互联的无线短距离专用收集。无线个域网专注于便携式移动设备(如：小我电脑、外围设备、PDA、手机、数码产品等花费类电子设备)之间的双向通信技巧问题，其典范覆盖范围一般在10米以内。IEEE 802.15工作组就是为完成这一任务而专门设置的，且已经完成一系列相干标准的制订工作，个中就包含了被广泛用于传感器收集的底层标准IEEE 802.15.4。
(1) IEEE 802.15.4b规范
IEEE 802.15.4标准重要针对低速无线个域网(Low-Rate Wireless Personal Area Network，LR-WPAN)制订。该标准把低能量消费、低速度传输、低成本作为重点目标(这和无线传感器收集一致)，旨在为小我或者家庭范围内不合设备之间低速互联供给同一接口。因为IEEE 802.15.4定义的LR-WPAN收集的特点和无线传感器收集的簇内通信有浩瀚类似之处，很多研究机构把它作为传感器收集节点的物理及链路层通信标准。
IEEE 802.15.4标准定义了物理层和介质拜访控制子层，相符开放体系互连模型(OSI)。物理层包含射频收发器和底层控制模块，介质拜访控制子层为高层供给了拜访物理信道的办事接口。图1给出了IEEE 802.15.4层与层之间的关系以及IEEE 802.15.4/zigbee的协定架构。
IEEE 802.15.4在物理(PHY)层设计中面向低成本和更高层次的集成需求，采取的工作频率分为868MHz、915MHz和2.4GHz三种，各频段可应用的信道分别有1个、10个、16个，各自供给20kb/s、40kb/s和250kb/s的传输速度，其传输范围介于10米～100米之间。因为规范应用的三个频段是国际电信联盟电信标准化组 (ITUT， ITU Telecommunication Standardization Sector)定义的用于科研和医疗的ISM(Industrial Scientific and Medical)开放频段，被各类无线通信体系广泛应用。为削减体系间干扰，协定规定在付啦玫段采取直接序列扩频(DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum)编码技巧。与其他数字编码方法相较，直接序列扩频技巧可使物理层的模仿电路设计变得简单，且具有更高的容错机能，合适低端体系的实现。
IEEE 802.15.4在介质拜访控制层方面，定义了两种拜访模式。其一为带冲突避免的载波侦听多路拜访方法(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA)。这种方法参考无线局域网(WLAN)中IEEE802.11标准定义的DCF 模式，易于实现与无线局域网(WLAN， Wireless LAN)的信道级共存。所谓的CSMA/CA是在传输之前，先侦听介质中是否有同信道(co-channel)载波，若不存在，意味着信道余暇，将直接进入数据传输状况;若存在载波，则在随机退避一段时光后从新检测信道。这种介质拜访控制层筹划简化了实现自组织(Ad Hoc)收集应用的过程，但在大年夜流量传输应用时给进步带宽应用率带来了麻烦;同时，因为没有功耗治理设计，所以要实现基于睡眠机制的低功耗收集应用，须要做更多的工作。
IEEE 802.15.4定义的别的一种通信模式类似于802.11标准定义的PCF 模式，经由过程应用同步的超帧机制进步信道应用率，并经由过程在超帧内定义休眠时段，很轻易实现低功耗┞菲握。PCF模式定义了两种器件：全功能器件(Full-Function Device，FFD)和简化功能器件(Reduced-function Device，RFD)。FFD设备支撑所有的49个根本参数，而RFD设备在最小设备时只请求它支撑38个根本参数。在PCF模式下，FFD设备作为调和器控制所有接洽关系的RFD设备的同步、数据收发过程，可以与收集内任何一种设备进行通信。而RFD设备只能和与其接洽关系的FFD设备互通。在PCF模式下，一个IEEE 802.15.4收集中至少存在一个FFD设备作为收集调和器(PAN Coordinator)，起着收集主控制器的感化，担当簇间和簇内同步、分组转发、收集建立、成员治理等义务。
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本文标题：无线传感器网络标准化进展与协议分析
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