激发低功耗无线传感器网络中的“大数据”潜能

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为发挥ZigBee网络灵活性的最大优势，需要高效的调试工具。网状网络的复杂性使传统网络分析工具(例如Packet sniffer)使用起来更加困难。事实上，由于包可能穿越多跳到达目的地，许多中间传输超出分析仪的应用范围。对于这个问题，目前唯一的解决方案是采用Silicon Labs桌面网络分析仪(Desktop Network Analyzer)，此款分析工具功能强大，能够在图形化界面内展示网络中每个包收发的全貌，并且内置协议分析和可视化跟踪引擎，开发人员可以协调网络通信和装置的任务。

在某些情况下，网状网络并不是合适的选择，因为节点密度太低，因此无法提供有效的故障转移支持。例如，公路或铁路网络拓扑结构需要沿着狭长路径宽间距部署节点。同样，校园的外部设施对于采用网状网络来说过于稀疏。在这些环境中，星型拓扑结构结合可跨越更远距离，因而更可靠，更合适。

Sub-GHz：长距离和低功耗通信的理想选择

无线传播与频率成反比，在低功耗、长距离通信或穿墙能力上，sub-GHz射频更有优势。对于许多应用，433MHz成为2.4GHz的全球替代品(但日本不允许其用于无线应用)。基于868MHz和915MHz的设计可用于美国和欧洲市场。有许多可用的无需授权或需要授权的频段，对于系统集成商来说，既可选择在某些特定区域进行性能优化，或者配合公共事业公司在广阔区域设计系统。在这种多样化中，与2.4GHz频段相比，sub-GHz频段频谱干扰更少。干扰较少的频段能提高网络的整体性能，减少传输中的重传次数。

第三方和基于标准的网络协议栈可用于sub-GHz射频，但许多厂商仍选择专用解决方案来针对其特定需求。许多无线协议面临着一个问题，接口要不断激活 “监听”网络中通信。数据发射比数据接收消耗更多的能量，但是发射是短暂的，并且有长时间间隔，因此长期平均能耗通常更低。在许多无线协议中，接收器不知道消息何时到来。因此不得不保持监听以便不丢失任何数据，因此即使没有消息，接收器也不能完全关闭能耗。这种情形将限制节点的电池自主权，需要对电池定期更换或充电。

Sub-GHz收发器，例如Silicon Labs Si446x EZRadioPRO IC，支持从119MHz-1050MHz的频率范围，最大146dB的链路预算，以及休眠模式下仅需50nA电流消耗。为了减轻多径衰落的影响，EZRadioPRO芯片支持双天线，并在芯片内集成天线分集逻辑算法。通过采用跳频和时钟同步技术相结合的方法，系统集成商能够在协调器和终节点之间实现跨越数公里的sub-GHz网络，同时终节点采用单电池可运行十年以上。由此系统集成商能够采用少量协调器即能可靠覆盖特定区域，并且把终节点放置在主电源无法连接的地方。

无线共存和云

在无线网络世界中，没有一种“万能”的解决方案。在大规模、低功耗网络中，不能仅选择无线网络中的某一种形式。Sub-GHz和ZigBee无线网络可以很好的共存，因为他们采用不同的无线电频谱，并且具有独特的属性。例如，在校园中，2.4GHz ZigBee适用于室内自动化系统，而sub-GHz用于户外灯控。可靠有效的收集数据能力当然是最重要的，但是为了真正激发网络潜能，实现所有实时信息的数据分析、可视化，以及对移动服务的访问，则需要连接到云。

大规模网络通常利用回程系统，把每个子网中收集的信息转换成当前大多数世界信息的中间媒介 - 互联网协议(IP)。在每个收集点，把接收到的数据转换成适合在标准IP帧中传输的格式。大多数情况下，使用在传感器网络中的网络协议头将剥离并进行包分析。然后，回程系统能够把含有源和目的信息的原始数据装配成IP包，而无需维护传感器网络的系统开销。接下来，IP包采用与其他互联网数据包一样的方式进行路由，从而服务提供商可通过云的服务，来分析和可视化信息，并且消费者也可以通过平板电脑、笔记本或手机来管理和操作数据。

这是令人激动的时代!无线技术和低功耗操作的发展带给我们诸多便捷，我们可以测量、监视和控制我们的环境，而以前是无法想象的。现实中无线技术的使用多种多样，污水管理和森林火灾探测一类的应用可能仍然处于起步阶段，而智能电表、安全和楼宇自动化等应用已经为商家和消费者带来效率和便利性。由于不同的技术各有优势，ZigBee协议和sub-GHz RF系统为实现高可扩展和可靠性的低功耗无线传感器网络提供理想的解决方案。发展正在加速，而我们看到的物联网才刚刚开始。