第三代無線通信標準

今天，我們正在進入第三代無線通信階段。或者說“互聯網包含一切”的階段，這個階段用無線傳感器和控制技術來連接人類世界與虛擬電子世界。

傳感器和控制網絡不能增進人們的交流，取而代之的是，它們允許傳感器和操作者交互，創建一個更加動態的世界，從而避免人為的錯誤并降低人力成本。

超低功耗無線傳感器網絡可以為很多應用帶來好處。這包括監視溫度、振動、濕度、位置、液位高度等，在工廠中，可以將它們連接到HAVC系統、存儲系統、機器人系統，或溫度控制系統等的控制和執行機構。
這樣的例子很多。對于農業應用，可以通過無線傳感器網絡采集溫度傳感器和土壤濕度傳感器的信息來監視農田、葡萄園、溫室，并自動調整灌溉和施肥。

對于許多現實應用，低功耗無線傳感網絡具有許多優點，包括無須使用線纜、增加了在空間受限或危險區域應用的靈活性、易于安裝、增加了安全性，而且降低了維護成本。然而，無線傳感器的發展完全依賴工業標準開發的進度。

工業標準促進了無線應用的發展
無線通信在工業標準的推進下得到了很大的發展。標準為OEM和集成商提供了選擇的靈活性，允許不同供應商的設備可以互操作，這在所有應用中是最重要的。

與大多數無線網絡相比，傳感器網絡的需求是截然不同的，功率消耗指標就是最明顯的差別。對于無線傳感器網絡收發器，事實上的標準是IEEE 802.15.4規范（ZigBee和其他版本）。許多供應商已經開始提供基于802.15.4協議的收發器芯片。有些芯片是標準協議的簡化，而有些則提供了針對特殊應用的附加特征。例如，GreenPeak公司的GP500收發器就包含了許多低功耗的特性，可以用于鈕扣電池供電和自收集能量供電的應用。

也有一些廠商提供采用藍牙和Wi-Fi技術的傳感器網絡應用，IEEE 802.15.4和藍牙技術的比較如表1所示。它們都采用非標準的形式，利用IEEE 802.15.4協議在本國實現。IEEE 802.15.4協議規范提供最基本的低功耗無線傳感器網路應用是被廣泛接受的。

表1 IEEE 802.15.4和藍牙主要參數比較

ZigBee聯盟的推動
ZigBee聯盟是一個由技術提供者和OEM產品公司組成的獨立標準化組織。在2007年底，該聯盟為ZigBee和ZigBee PRO網絡協議規范定稿。

從使用的角度出發，ZigBee網絡協議棧是非常適合家庭應用的，家庭網絡通常包括10個，或多到100個設備。ZigBee PRO網絡協議棧是ZigBee的超集，它增加了網絡容量和很好處理與其他無線技術沖突的能力特征。ZigBee PRO的特征使它非常適合大型應用，特別是在商業建筑中的應用。

ZigBee PRO的另一個特征就是需要更大的存儲器空間，這使它的成本更高。在對成本極其敏感的消費電子市場，每一點額外增加的成本都限制了采用這項技術的可能性。然而，得益于半導體成本的日益降低，可以預測，在短期內ZigBee和ZigBee PRO之間的成本差異將可以被忽略，并且更多的應用將采用ZigBee PRO。

ISA-100和無線HART標準
ISA-100和無線HART是兩個工業自動化無線標準。ISA-100是由儀器、系統和自動化協會（ISA）發起的，該組織是一個針對工業自動化的非盈利技術協會。無線HART不是完整的工業傳感器協議，它是一個對老式但卻很流行的、用于工業自動化的HART工業有線總線標準的補充。由于ISA-100和無線HART基本上解決了同樣的問題，目前正在檢驗是否可以合并這兩種標準。上述幾種低功耗無線協議的比較如表2所示。

表2 低功耗無線協議比較

私有無線通信技術
除了IEEE 802.15.4標準外，也有許多技術可以用來實現私有的收發器。其主要目的是降低復雜性和減小潛在的成本。

私有技術可以比標準技術開發得更快，因為不需要在不同公司之間取得一致。也應該看到如果私有解決方案會達到足夠的產量，同樣會降低成本。降低復雜性有時可能會犧牲性能，限制它的應用范圍。

近期進展
即使在標準范圍之內，技術提供商也可以有更多的創新空間。例如，GreenPeak公司的Emerald GP500C收發器和網絡協議棧是與IEEE 802.15.4標準兼容的，但增加了針對超低功耗應用的特征。

另一個進展是將很快出現在標準中的低功耗路由（LPR）技術。在LPR網絡中，電池供電的設備可以從鄰近的設備接收消息，并將信息轉發到更遠的通信鏈路中。其他標準提供這個功能的目的僅僅是為了持續給設備供電，以使它一直處于偵聽狀態。LPR為網絡增加了時間同步機制，允許設備同時喚醒來啟動通信，并避免了設備連續運行。

IEEE Std 802.15.4-2003.pdf 標準

業界已經開始尋找無須電池的無線網絡標準。有許多用于特殊功能的ZigBee協議——ZigBee協議子集。這是一些更小、更面向任務、功耗更低的協議棧。用于智能能源（Smart Energy）和家庭自動化（Home Automation）特殊的ZigBee協議已經被開發出來并且發布了。新的無電池供電協議仍然在開發中，并且有望在一季度完成。