无线传感器网络标准化进展与协议分析

.1版，2007年又推出了zigbee 2007 Pro，2008年春天又有一定的更新。zigbee技术具有功耗低、成本低、网络容量大、时延短、安全可靠、工作频段灵活等诸多优点，目前是被普遍看好的无线个域网解决方案，也被很多人视为无线传感器网络的事实标准。

　　zigbee联盟对网络层协议和应用程序接口（Application Programming Interfaces，API）进行了标准化。zigbee协议栈架构基于开放系统互连模型七层模型，包含IEEE 802.15.4标准以及由该联盟独立定义的网络层和应用层协议。zigbee所制定的网络层主要负责网络拓扑的搭建和维护，以及设备寻址、路由等，属于通用的网络层功能范畴，应用层包括应用支持子层（Aplication Support Sub-layer，APS）、zigbee设备对象（zigbee Device Object，ZDO）以及设备商自定义的应用组件，负责业务数据流的汇聚、设备发现、服务发现、安全与鉴权等。

　　另外，zigbee联盟也负责zigbee产品的互通性测试与认证规格的制定。zigbee联盟定期举办ZigFest活动，让发展zigbee产品的厂商有一个公开交流的机会，完成设备的互通性测试；而在认证部分，zigbee联盟共定义了3种层级的认证：第一级（Level 1）是认证物理层与介质访问控制层，与芯片厂有最直接的关系；第二级（Level 2）是认证zigbee 协议栈（Stack），又称为zigbee兼容平台认证（Compliant Platform Certification）；第三级（Level 3）是认证zigbee产品，通过第三级认证的产品才允许贴上zigbee的标志，所以也称为zigbee标志认证（Logo Certification）。

　　协议芯片是协议标准的载体，也是最容易体现知识产权的一种形式。目前市场上出现了较多的zigbee芯片产品及解决方案，有代表性的包括：Jennic的JN5121/JN5139，Chipcon的CC2430/CC2431（被TI收购）及Freescale MC13192，Ember的EM250 zigbee等系列的开发工具及芯片，表 1对这些芯片指标进行了比较。

　　（2） IEEE 1451.5标准

　　除了以上两种通用规范以外，在无线传感器网络的不同应用领域，也正在酝酿着特定行业的专用标准，如电力水力、工业控制、消费电子、智能家居等。这里以工控领域为例简单讨论一下IEEE1451.X，当然工业标准纷繁复杂，最近正在制定专门面向工业自动化应用的无线技术标准ISA SP100，有很多中国工业及学术界同仁努力参与了该标准的制定工作。

　　IEEE1451标准族是通过定义一套通用的通信接口，以使工业变送器（传感器+执行器）能够独立于通信网络，并与现有的微处理器系统、仪表仪器和现场总线网络相连，解决不同网络之间的兼容性问题，并最终能够实现变送器到网络的互换性与互操作性。IEEE1451标准族定义了变送器的软硬件接口，将传感器分成两层模块结构。第一层用来运行网络协议和应用硬件，称为网络适配器（Network Capable Application Processor， NCAP）；第二层为智能变送器接口模块（Smart Transducer Interface Module， STIM），其中包括变送器和电子数据表格TEDS。IEEE1451工作组先后提出了五项标准提案（IEEE1451.1—IEEE1451.5），分别针对了不同的工业应用现场需求，其中IEEE1451.5为无线传感通信接口标准。

　　IEEE1451.5标准提案于2001年6月最新推出，在已有的IEEE1451柜架下提出了一个开放的标准无线传感器接口，以满足工业自动化等不同应用领域的需求。IEEE1451.5尽量使用无线的传输介质，描述了智能传感器与网络适配器模块之间的无线连接规范，而不是网络适配器模块与网络之间的无线连接，实现了网络适配器模块与智能传感器的IEEE 802.11、Bluetooth、zigbee无线接口之间的互操作性。IEEE1451.5提案的工作重点在于制定无线数据通信过程中的通信数据模型和通信控制模型。IEEE1451.5建议标准必须对数据模型进行具有一般性的扩展以允许多种无线通信技术可以使用，主要包括两方面：一是为变送器通信定义一个通用的服务质量（QOS）机制，能够对任何无线电技术进行映射服务，另外对每一种无线射频技术都有一个映射层用来把无线发送具体配置参数映射到服务质量机制中。关于该标准具体内容，这里就不再详细讨论了。

　　（3）.6LowPan草案

无线传感器网络从诞生开始就与下一代互联网相关联，6LowPan（IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Network）就是结合这两个领域的标准草案。该草案的目标是制定如何在LowPAN（低功率个域网）上传输IPv6报文。当前LowPAN采用的开放协议主要指前面提到的IEEE802.15.4 介质访问控制层标准，在上层并没有一个真正开放的标准支持路由等功能。由于IPv6是下一