藍(lán)牙、Wi-Fi和ZigBee在無線通信領(lǐng)域都有一席之地。但基于不同原因，上述幾種技術(shù)都不太適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。用于傳感和控制應(yīng)用的無線產(chǎn)品和技術(shù)正迅速變?yōu)楝F(xiàn)實。無線技術(shù)的大規(guī)模普及只是時間早晚的問題，但標(biāo)準(zhǔn)化組織和技術(shù)供應(yīng)商在解決競爭方案和技術(shù)混亂等方面的工作尚未做到位。具體地講，就是許多方案和技術(shù)對其適用范圍語焉不詳，從而造成了整個無序的局面。

最終用戶和系統(tǒng)開發(fā)商有多種理由急需標(biāo)準(zhǔn)化，這些理由包括：符合全球管制的要求、各種供應(yīng)商產(chǎn)品間互操作性的需要、有備用的第二個貨源渠道、能進(jìn)行貨比三家式的砍價以及與大量知識接軌的可能等。但還有其他一些。一些技術(shù)的開發(fā)成本非常高，以至于必須通過大批量生產(chǎn)才能收回成本并盈利。若實現(xiàn)大批量，則全球市場的表現(xiàn)至關(guān)重要。標(biāo)準(zhǔn)是實現(xiàn)全球認(rèn)知的一個極佳載體，是全球市場繁榮的助推劑。

無線傳感器系統(tǒng)架構(gòu)

無線傳感器系統(tǒng)的基本架構(gòu)包括三層，如圖1所示。最底層的是無線收發(fā)器。在發(fā)射端，它負(fù)責(zé)將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為無線電磁信號并經(jīng)發(fā)射器傳送出去；在接收端，它將接收到的電磁信號恢復(fù)成數(shù)字信號。在以往的無線技術(shù)中，發(fā)射器只管發(fā)射，接收器也僅能接收。現(xiàn)在，為了提高可靠性和性能，許多技術(shù)已將發(fā)射和接收設(shè)備整合在一起。

圖1：無線傳感器設(shè)備的基本架構(gòu)
芯片廠商需要通過大批量銷售來獲得盈利，而大批量需要涉及到全球市場。要想讓全球性技術(shù)市場騰飛，歷史證明，標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。上述判斷對Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)(技術(shù)上稱為IEEE 802.11 a/b/g/n/)和藍(lán)牙(基于IEEE 802.15.1規(guī)范中定義的標(biāo)準(zhǔn))都適用。被無線個人局域工作組在2003年制定的IEEE 802.15.4 (a/b)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)治的傳感器網(wǎng)絡(luò)也不例外。

上述三種技術(shù)定位于不同應(yīng)用。Wi-Fi被認(rèn)為是有線以太網(wǎng)PC通信的替代技術(shù)，即中心有個基站、PC就在中心附近的高數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)(也即星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))。為了實現(xiàn)局部區(qū)域的高數(shù)據(jù)速率，Wi-Fi的功耗相當(dāng)大，一般需要采用筆記本電腦的電池供電。

數(shù)據(jù)速率將隨著與基站距離的增加而顯著降低。藍(lán)牙被認(rèn)為與手機一起構(gòu)成了眾人注目的中心：它能把手機與耳機、GPS設(shè)備和筆記本電腦連在一起。1Mbps的藍(lán)牙數(shù)據(jù)速率對傳送音頻是綽綽有余了，但它比Wi-Fi的數(shù)據(jù)速率起碼低一個數(shù)量級。

但另一方面，藍(lán)牙的功耗低，通常采用手機電池供電。一般來說，藍(lán)牙的通信距離也比Wi-Fi短，當(dāng)然，它也反映了手機一般就與耳機、筆記本電腦和GPS設(shè)備一起使用這個事實。

傳感器應(yīng)用有截然不同的需求，特別是在功耗方面：在采用鈕扣電池或太陽能電池及振動發(fā)電采集器等環(huán)境能源的場合，傳感器一般必須要工作發(fā)好幾年，而傳感器所用的電池?zé)o法象筆記本電腦或手機電池那樣充電。

其他一些傳感器特有的要求是由以下因素決定的，如可靠性、通信距離、在單一網(wǎng)絡(luò)中所需支持的最大節(jié)點數(shù)以及自動網(wǎng)絡(luò)組織需求等。不過較低的數(shù)據(jù)速率一般即可滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)要求，因為大多傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量并不大，而且一般并非連續(xù)輸出。

對無線傳感器收發(fā)器而言，IEEE 802.15.4規(guī)范可能是主要且可能唯一的實用標(biāo)準(zhǔn)。2003年批準(zhǔn)了該規(guī)范的第一版，2006年進(jìn)行了升級。目前有多家公司提供這方面的收發(fā)器芯片。其中一些芯片僅實現(xiàn)了該標(biāo)準(zhǔn)的很少部分。另一些芯片提供對某些應(yīng)用來說有用的附加功能。例如，GreenPeak公司的GP-2000收發(fā)器就具有許多特別適用于鈕扣電池和低電能應(yīng)用的低功耗特性。

表1列舉了IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的一些主要參數(shù)，并與藍(lán)牙進(jìn)行了比較。一直有人嘗試著把Wi-Fi和藍(lán)牙應(yīng)用于傳感器應(yīng)用。在這兩種場合，藍(lán)牙和Wi-Fi都以非標(biāo)準(zhǔn)方式加以利用，從而過迂回實現(xiàn)了IEEE 802.15.4的基本原理。人們普遍承認(rèn)，IEEE 802.15.4能為無線傳感器應(yīng)用提供最佳方案。
表1: IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)及藍(lán)牙的一些主要參數(shù)比較

并非所有技術(shù)供應(yīng)商都遵循IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)。一些公司出于降低復(fù)雜性和成本的考慮，自己研制專用收發(fā)器。但這些專用方案是否能達(dá)到足以真正降低成本的批量尚待觀察。另外，降低復(fù)雜性一般以犧牲性能為代價，因此限制了這些方案的使用范圍。

網(wǎng)絡(luò)堆棧

網(wǎng)絡(luò)堆棧有兩個職責(zé)。首先，它構(gòu)成并維持該網(wǎng)絡(luò)。特別是無線網(wǎng)絡(luò)堆棧必須要能應(yīng)對節(jié)點間的無線鏈接通信質(zhì)量的頻繁變化。例如，在建筑自動化應(yīng)用中，走來走去的人(即一個人站在兩個節(jié)點之間)會對鏈接質(zhì)量帶來很大影響。因此，網(wǎng)絡(luò)堆棧必須考慮到鏈接隨時都可能消失進(jìn)而造成一個節(jié)點甚至整個網(wǎng)絡(luò)分支被隔絕的情況。

圖2：最主要的傳感器網(wǎng)絡(luò)堆棧標(biāo)準(zhǔn)示意圖
為防范干擾，網(wǎng)絡(luò)堆棧必須能重新路由通信路徑并建立新連接，以便為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有部分提供不被打擾的連通性。網(wǎng)絡(luò)堆棧的第二個職能是確保訊息可靠高效地從源節(jié)點發(fā)送到目標(biāo)節(jié)點。高效意味著延時要求—消息的傳輸時間—應(yīng)被滿足，而且應(yīng)避免在信息的路由行程中出現(xiàn)瓶頸。

無線傳感器應(yīng)用的范圍很廣，要求差異也很大，因此通信技術(shù)要有一定的靈活性。單靠硬件無法提供這種靈活性。它需要一個可編程堆棧，借此來減少前期投入并支持供應(yīng)商以較低批量獲得可觀回報。目前，已出現(xiàn)了一些標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)堆棧，另有一些在開發(fā)中，它們?nèi)家訧EEE 802.15.4為基礎(chǔ)。

ZigBee聯(lián)盟的影響

ZigBee聯(lián)盟是由眾多技術(shù)供應(yīng)商和OEM支持的獨立標(biāo)準(zhǔn)組織。該組織最近里程碑式的工作是2007年底完成了對兩個網(wǎng)絡(luò)堆棧規(guī)范的定稿，這兩個網(wǎng)絡(luò)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設(shè)備的住宅“家庭”網(wǎng)絡(luò)。ZigBee PRO是ZigBee的超集，它增加了一些功能，可對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展并更好地應(yīng)對來自其他技術(shù)的無線干擾。

這些特性使ZigBee PRO很適合諸如商用建筑等大規(guī)模應(yīng)用。目前來說，該功能需要越來越大的程序存儲器空間，從而增加了成本，進(jìn)而限制了ZigBee PRO在許多消費市場的應(yīng)用。但歸功于芯片成本的不斷下降 ，我們預(yù)計，ZigBee和ZigBee PRO間的成本差異不久就會變得微不足道，屆時，許多應(yīng)用將采用ZigBee PRO。

ZigBee聯(lián)盟并沒明確要把工業(yè)應(yīng)用排除在外。但若干大的工業(yè)自動化企業(yè)已經(jīng)確認(rèn)需要一些額外功能，而這些功能并不在ZigBee聯(lián)盟考慮的要事之列。兩個最主要的“工業(yè)”特性是確定的延時和確定的可靠性。