无线网状网/Zigbee及RFID融合协作不完全分析

1999年由IBM创造的"普适计算"概念，让人们第一次畅想网络无处不在的前景；而今，网络技术的发展让这一预想有机会得以实现：无线网状网（又称为自组织网络）可以构建多点对多点的网络架构、ZigBee技术完成定位感知系统、RFID技术则负责部署网络的信息节点，这三者的融合将实现一个无所不在的信息网络。

网络技术的发展已经改变了人们的生活，很多人要问：让网络无处不在是一个梦想吗？在不远的将来，我们能利用无线网状网、ZigBee、RFID技术实现吗？那时，它又会以怎样的姿态呈现在我们面前呢？

场景一：在一个会议室环境下，如果投影设备的显示效果不是很理想，主持人可以通过自己的移动终端设备向每个参会人员发送文件。当发言人走近与会的讨论组时，其移动终端设备可以动态加入该组，下载该组的讨论材料。通过可重新配置的上、下文敏感中间件，无线网状网将突出对环境的感知和动态自组
网络通信的支持。

基础：多点对多点

自组织网络（Ad hoc）支持多点对多点的网状结构，它在组网与选路等特征上与传统无线网络存在着明显的区别。在自组织网络中，每个节点只和其临近节点通信，从一个节点发出的数据包将根据相关协议的配置逐跳（hop）传递到目的节点，这种结构与传统点对多点网络结构相比具有较多的优势。

可靠性提高：在相距较远的节点间通信时，数据包将通过多个节点的转发，逐
步传递到目的节点。例如，如果一个终端距离接入点较远时，信号将通过距离较近的另外一个终端将信号转发给接入点，这样一来，无线链路长度将被缩短，对天线的传输距离和性能要求以及所需发射功率也将降低，从而减少了信号间干扰。另外，自组织网络中的每台设备都可直接通信，或者通过网络的转发而连接到其他设备。这种网络免去了昂贵的蜂窝塔的需求，同时也免除了由于通信链路集中而造成的传输瓶颈，因此，网络的传输速率和频率利用率都非常高。



表 网络架构性能对照一览

冲突减轻：自组织网络可以较大程度地减轻业务执行时发生冲突。这是因为链路为网状结构，每个节点可使用的链路数大大增加，且每个网络节点都具有选路功能，如果其中的某一条链路出现了故障，节点便可以自动转向其他可选链路进行接入，因而减轻了业务执行时发生冲突的可能性，例如，雨天会给无线链路的功率造成一定的衰减，但是天气的影响是局部的、有方向性的，通常同一方向的可选路由或可选链路处于这种天气条件下的几率要大于方向相差较大的可选路由或链路，因而呈钝角关系的路由或链路受到这种天气因素的影响便会大大降低。

简化无线链路设计：相比星形网络，自组织网络在无线链路的设计上也有所简化。

维护方便：自组织网络简化了网络的维护与升级，如前所述，每个节点有多条可选路由，其中某一链路或路由被切断时并不会影响到业务的正常执行，因而局部地区的升级与扩容将不会影响到整个网络的运行，方便了网络的维护与操作。再有，自组织网络可以自行建网，这意味着系统中任何一个通信设备在打开电源后，将自动搜寻、发现和加入现有的网络，各通信设备间的路由和链接将随之自动形成。并且，该网络系统可以在任何地点，不依靠任何其他的移动和固定通信网络设备，迅速地被建立。例如可以在建筑物内、隧道中，以及偏远地区建立该网络系统。



无线传感器网路示意图

场景二：无所不在的网络将可提供一种任何时间、任何地点的信息访问服务。例如，一辆配备有无线定位系统的急救车，可准确定位突发事故现场，利用无线网络获取实时的交通信息。在事故现场，通过便携式和移动式设备监测病人的脉搏、血压、呼吸等数据，通过无线网络访问分布式的医疗服务系统，下载有关病历数据等必要信息。除了基于定位系统的应急响应机制，该系统的功能还包括基于移动设备和无线网络的远程医疗诊断、远程病人监护，以及远程访问存有患者病历信息的医疗数据库。

在无线网状网架构基础上，为了增强网络的信息采集和获取能力，融合了传感器技术、信息处理技术和网络通信技术的定位感知技术应运而生，进而成为无线传感器网络。它是由大量传感器结点通过无线通信技术自组织构成的网络，可实现数据的采集量化、处理融合和传输应用是网络环境中的重要组成部分之一。在不考虑用户个人隐私问题的前提下，如何动态获取用户的位置信息，而且得到的位置信息必须能够达到一定的精确度，一般误差控制在几厘米以内；如何为用户积极主动地提供各种所需服务，这些都是定位感知系统必须能够实现的功能。

可以想象，定位感知系统必须是定位系统与位置系统两者的紧密结合，用户每移动到一个新的位置，系统必须能够实时进行精确定位，然后确定这一特定位置的对象集信息。利用这些信息，定位感知系统能够积极主动地向用户广播所能提供的各种信息，从而使用户能够有效地选择自己所需要的信息。

作为一项基于IEEE 802.15.4无线标准的安全网络技术，ZigBee有希望让无线传感器出现在各种应用中：从工厂的自动化系统到家庭保安系统和消费电子产品。在最近才得到批准的802.15.4标准配合下，ZigBee将普通小型电池的使用寿命延长到了几年时间。人们预测，ZigBee设备还将十分便宜，一些人估计，它的销售价格最终不到3美元。以如此之低的价格，它们将会非常适用于无线电灯开关、无线调温器和烟感探测器，成为包围办公室、家庭和交通工具的无线设备的流行趋势，而建立自动化传输房门、水表、摄像、自动售货机和火警等系统信息的数据网络将成为其最大的市场空间。

ZigBee的基础是IEEE 802.15.4，这是IEEE无线个人区域网（Personal Area Network，PAN）工作组的一项标准。802.15.4的MAC层基于802.11无线LAN标准，但是它的物理层与流行的802.11b物理层相似。它可工作于三个不同的波段，每个波段都提供了一种不同的峰值数据速率。不过多数应用仅使用峰值速率的一部分。例如，时钟每周才查询一次NTP（网络时间协议）服务器，而安全措施良好的建筑物中防盗警报可能若干年都不传输一个数据。由于ZigBee的传输较少，因此它对已使用同一频率的其他无线技术的干扰非常小。

场景三：面对超市里顾客排起的长队，收银员用手持设备不停地扫描着顾客购买的商品，时常遇到一件又一件"扫"不出来的货物，这时就不得不手工输入冗长的商品序列号，此时在长长的队列中又不时发出顾客不耐烦的埋怨声……然而有了RFID，你只需掏出手机，阅读出商品的代码，然后通过手机的移动电子商务付费系统向商家付账。同时，商家确认所购买商品的记录后，顾客不必经历上述排队等购物环节就可以轻松自由地离开了。