淺談無線傳感器技術的選擇

無線傳感器和傳感器網絡，是具有非常廣泛的市場前景，將會給人類的生活和生產的各個領域帶來深遠影響的新技術。美國的《技術評論》雜志在論述未來新興十大技術時，更是將無線傳感器網絡列為第一項未來新興技術，《商業周刊》 預測的未來四大新技術中，無線傳感器網絡也列入其中。

無線傳感器網絡有著十分廣泛的應用前景，在工業、農業、軍事、環境、醫療，數字家庭，綠色節能，智慧交通等傳統和新興領域有具有巨大的運用價值，無線傳感器網絡將無處不在，將完全融入我們的生活。圖一是無線傳感器應用示意。

由于無線傳感器和無線傳感器網絡巨大的市場和應用前景，所以目前全世界許多公司都推出了各自的無線傳感器網絡。這些技術百花齊放，各有千秋，但是這些技術之間，幾乎不能相互兼容和互通。

無線傳感器網絡系統的基本架構包括三部分，第一部分是無線收發芯片，其職責是將數字信息轉換為高頻無線信號傳送出去和將接收到的高頻無線信號恢復成數字信息。無線傳感器收發芯片而言，IEEE 802.15.4能為無線傳感器應用提供最佳方案，這是因為IEEE 802.15.4規范可能是主要且可能唯一的實用標準。目前全球有多家公司提供這方面的收發芯片。像TI公司的CC2420/CC2520等芯片都特別適用于鈕扣電池和低電能應用的低功耗特性。

典型的無線傳感器網絡節點或者路由器

實現一個典型的無線傳感器網絡節點和路由器，可以采用多芯片方案，由一個無線收發芯片和一個微控制器（單片機）組成，微處理器可以采用低功耗的MSP430，無線芯片可以采用CC2520/CC2420等。

隨著技術不斷發展，已經有越來越多的公司，將無線收發器芯片和微控制器和無線收發器做成了一個片上系統（SoC），例如TI公司采用8051內核的 CC2430/CC2431等ZigBee無線單片機，隨著無線傳感器網絡對計算能力提高要求，最近Freescale公司也推出了ARM內核的32位 ZigBee無線單片機。使用這些SoC無線單片機設計無線傳感器網絡，將使無線傳感器節點具有更小的體積，更低的功耗和更低的價格；TI公司在國內的技術合作伙伴無線龍科技公司等，也同時提供這些芯片，開發工具的相關技術支持。

無線傳感器網絡構架第二部分是運行于單片機或者無線單片機內部的嵌入式軟件，也稱軟件協議棧（network stack），網絡堆棧有兩個職責。首先它必須要處理節點間的無線鏈接通信質量的頻繁變化和環境因數對無線通訊造成的干擾，具有對網絡自組織，自恢復的能力；網絡堆棧的第二個職能是要具有很強的路由算法能力，確保信息可靠高效地通過各種網絡拓撲（星狀/網狀等等）從源節點（如果現有，可以通過成百上千路由節點）發送到目標節點。確保通訊的實時性要求。

ZigBee聯盟是由眾多技術供應商和開發商組成的獨立標準組織。也是目前世界是最大的，基于IEEE 802.15.4平臺的網絡軟件協議棧標準提供聯盟。

該組織從ZigBee2004、ZigBee2006、ZigBee2007不斷發展，目前提供的兩個網絡棧是：ZigBee和ZigBee PRO。從使用角度看ZigBee堆棧很適合一般包含十到幾百個節點的小型網絡。而ZigBee PRO是ZigBee超集，它增加了一些功能，可對網絡進行擴展并更好地應對來自其他技術的無線干擾，而且可以適應更大型的網絡和具有更加可靠的路由通訊算法和無線通訊可靠性。

無線傳感器網絡構架第三部分應用軟件，這部分包括各種根據用戶現有開發的軟件代碼，這些代碼目前大部分是采用C語言來進行開發，可以之間以接口和API方式，調用軟件協議棧的功能。

在多種無線傳感器網絡技術中，我們認為采用802.15.4國際標準和ZigBee技術，作為我們設計無線傳感器系統的起步，有如下優點：

• 兼容一個全球化的可靠的國際標準。
• 可以通過TI、 Freescale這樣的大型芯片供應商。獲得穩定的無線收發芯片和無線單片機來源，也可以獲得免費的ZigBee協議棧和相關源代碼，降低開放門檻。
• 能夠采用KEIL和IAR這樣的高性能軟件編譯調試環境，可以大大加快開放速度，縮短上市周期。