低功耗無線檢測技術(shù)進(jìn)一步刺激物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

　　與傳統(tǒng)有線檢測系統(tǒng)相比，低功耗無線技術(shù)正在使傳感器網(wǎng)絡(luò)的成本大幅降低，并為采用有線方法根本不可能實(shí)現(xiàn)的傳感器網(wǎng)絡(luò)提供了實(shí)現(xiàn)的可能性。低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）標(biāo)準(zhǔn)，尤其是采用時(shí)間同步通道跳頻（TSCH）技術(shù)的網(wǎng)格架構(gòu)，使網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都能靠電池或收集的能量工作，而不會犧牲可靠性或數(shù)據(jù)吞吐率。這使應(yīng)用開發(fā)人員能自由地將傳感器放置在任何地方，而不僅是有電源可用的地方，但是無論在哪里，應(yīng)用都需要傳感器數(shù)據(jù)。在高度可靠的低功耗 TSCH WSN和能量收集領(lǐng)域，凌力爾特（包括Dust Networks產(chǎn)品部）已經(jīng)走在了技術(shù)創(chuàng)新的前列。這些技術(shù)齊頭并進(jìn)，可為那些部署電池更換需求量極少（如果有的話）之系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)人員提供更多的機(jī)會，從而進(jìn)一步降低部署無線傳感器的壽命成本并刺激物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的發(fā)展。

　　ON World 2012年進(jìn)行的一項(xiàng)研究顯示，WSN的兩個(gè)屬性對工業(yè)客戶最重要：可靠性和低功耗（圖1）。成本在研究結(jié)果中排在第三位。如果不解決可靠性和功耗問題，成本就不會是客戶優(yōu)先考慮的問題。

　　圖1：被認(rèn)為重要的WSN屬性br》Satisfaction：滿意度

　　Importance：重要性

　　Data reliability：數(shù)據(jù)可靠性

　　Cost/affordability：成本/可負(fù)擔(dān)能力

　　Battery lifetime：電池壽命

　　Dust Networks多年來一直研發(fā)TSCH，客戶已采用了數(shù)千個(gè)Dust產(chǎn)品，根據(jù)Dust Networks的豐富經(jīng)驗(yàn)，很顯然，精確同步的時(shí)隙、通道跳頻和超低功耗無線電相結(jié)合，能實(shí)現(xiàn)功耗最低、最可靠的WSN。由于這種對低功耗的專注，所以所有節(jié)點(diǎn)都能靠低成本電池工作很多年，也為使用各種能源提供了可行性，其中包括能量收集電源。

　　低功耗無線電

　　IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)為WSN提供了卓越的無線電平臺。IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)2.4GHz、16通道擴(kuò)頻低功率物理（PHY）層，許多IoT技術(shù)就是以該物理層為基礎(chǔ)構(gòu)建的，包括ZigBee和 WirelessHART。另外，該標(biāo)準(zhǔn)還定義了一個(gè)媒體接入控制（MAC）層，其為ZigBee的基礎(chǔ)。然而，這個(gè)MAC的單通道本質(zhì)使其可靠性不可預(yù)測。為了改善可靠性，WirelessHART協(xié)議（又稱為IEC62591）基于15.4 MAC定義了多通道鏈路層，以實(shí)現(xiàn)高可靠性（》99.9%），工業(yè)WSN應(yīng)用就是需要這樣的可靠性。在2012年初，稱為802.15.4e的新版 802.15.4 MAC獲得批準(zhǔn)，這個(gè)MAC包括多通道網(wǎng)格和時(shí)隙。符合802.15.4的無線電之典型功率輸出大約為0dBm，同時(shí)發(fā)送和接收電流范圍為15mA至 30mA。0dBm時(shí)同類最佳發(fā)送電流為5.4mA，同類最佳接收電流為4.5mA（基于凌力爾特的LTC5800）。

　　時(shí)間同步使節(jié)省功率和通道跳頻得以實(shí)現(xiàn)

　　最初的802.15.4 MAC要求在網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送來自相鄰節(jié)點(diǎn)信息的節(jié)點(diǎn)始終保持接通，而僅發(fā)送/接收自己數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)（常稱為“精簡功能節(jié)點(diǎn)”）可以在發(fā)送之間休眠。為了使網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都成為低功率節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間的通信必須排定時(shí)間，而且在網(wǎng)絡(luò)中必要擁有一個(gè)共同的時(shí)間感。同步越嚴(yán)格，路由節(jié)點(diǎn)無線電必須處于“接通”狀態(tài)的時(shí)間就越短，這最大限度地降低了功耗。在多跳網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)中，同類最佳的TSCH系統(tǒng)在幾十微秒時(shí)間內(nèi)同步所有節(jié)點(diǎn)。一旦網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)共同和準(zhǔn)確的時(shí)間感，而且針對網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間的兩兩傳送有一個(gè)時(shí)隙安排表，那么通道分配就可以納入該時(shí)間以實(shí)現(xiàn)通道跳頻。

　　通道跳頻減輕了干擾和多徑衰落

　　無線通道本質(zhì)上是不可靠的，很多現(xiàn)象可能使所發(fā)送的數(shù)據(jù)包無法到達(dá)接收器，隨著無線電功耗降低，這種情況可能惡化。多個(gè)發(fā)送器同時(shí)通過同一頻率發(fā)送信息時(shí)就會發(fā)生干擾。如果這些發(fā)送器相互之間接收不到對方的信息，但是接收器能接收到所有發(fā)送器的信息（“隱藏終端問題”），那么這種干擾尤其成問題。人們需要延時(shí)、重發(fā)和確認(rèn)機(jī)制來解決沖突問題。干擾可能來自網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部、工作在相同無線電空間中的另一個(gè)類似的網(wǎng)絡(luò)、或者來自于某種同頻段工作的不同無線電技術(shù)，這在Wi-Fi、Bluetooth和802.15.4技術(shù)共用的2.4GHz頻段中是一種常見現(xiàn)象。