低速率网络技术任重道远
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低速率网络技术任重道远
由于各企业努力通过自动化来提高效率并降低劳动成本，低数据速率网络随时准备在无线领域担负重任。
要点
● 低速率网络随时准备接替人为的数据采集和控制任务，从而为工业和楼宇管理部门节省大量人力物力；
● 连续监视和控制分布式系统的无线低数据速率网络采用低成本硬件，并具有很长的电池寿命；
● 新近的IEEE标准802.15.4为短距离低数据速率网络规定了物理层和媒介接入控制通信层；
● 由60多家制造商组成的ZigBee联盟承诺增加其余的网络层、安全层和应用层，以完善这个新标准；
● 尽管专有的通信协议目前占据主导地位，但新标准可使设计师降低成本并实现产品互操作性。
尽管最近人们对设计和媒体的关注大多都集中在宽带宽视频无线网络上，但是低成本低数据速率RF链路市场有可能会更大。在企业和工业环境中，重复性系统控制和数据采集工作数量很大，只要其中一部分实现自动化，就可节省大量人力物力。尽管专有的窄带宽联网产品已经上市多年，但协议标准化的新推动力有望通过提高产量来降低硅片成本，并保证器件供应商之间的互操作性。随着新产品和新标准的出现，这些低成本通信链路应被证明是很受欢迎的，因为用户无须安装昂贵而不灵活的网络线缆，可以直接节省人力物力。
现在确实有成千上万个嵌入式系统是由可靠的窄带宽通信网络来提供满意的性能并降低成本的。例如，楼宇自动化系统可以根据温度、区域活动程度和时间段来使照明、供暖和空调的使用量减少到最低程度，从而大大消减能源成本。为了消除不必要的服务电话或设备更换，工业用户正在安装低速率网络来监控生产机器的状况。公共服务提供商利用自动化仪表读出设备，每年就能节省数以百万美元计的费用，因为自动化仪表读出设备能实现负载均衡，识别电路故障，消除远程计量仪表启用、停用和读数等人工事务。访问控制系统、医疗监护系统和安全系统也可以利用安装在重要部位的无线链路来降低劳动成本。
尽管个别参数因应用系统不同而各异，但几个共同的设计要求就是低数据速率无线网络的特征。大多数应用系统都需要大量的传感器或控制节点；因此，经过简化的低成本硬件至关重要。由于你可能会将网络节点部署在无法进入的偏远地点，所以延长电池寿命也是主要的目标之一。虽然节点成本低意味着处理资源减小和软件简化，但用户仍然希望在许多工业应用系统所处的恶劣RF环境中，数据传输要安全可靠。低速率网络还必须具有伸缩性和适应性，以便用户根据情况变化快速而又方便地添加或重新配置节点。
与宽带宽网络一样，为了获得最佳性能，你可以将低速率网络安排成多种配置。例如，一个点对点无线桥接器把两个端点连接起来，就可替代一根通信电缆。你可以用一条点对点无线链路将遥控面板连接到一台移动设备（例如机器人）上，从而去除系留在移动设备上的电缆。许多低数据速率点对点链路在其两端均有低成本收发器，用以转换为通用的通信协议，例如RS-232。另一种无线网络形式，即一点对多点的无线网络，包括一个中心基站和多个以星形或辐（hub-and-spoke）形安排的无线节点。Bluetooth和IEEE 802.11的各种变体虽然被认为是宽带网络，但都基于一点对多点模式。
网状网络是第三种无线网络形式，这是一种低功耗多跳系统，它通过从一个节点到另一个节点的数据包传输来处理信息，直到数据包到达目的地为止。一个一点对多点网络节点滤除除自己的数据包以外的所有数据包，网状网络节点则与之不同，接收并转发数据包到其它节点地址。多跳网络非常像互联网那样运行，并提供几条从源至目的地的备份通信路径。如果一条路径由于硬件失效或干扰而停止工作，则网状网络就会通过一条替代路径自动地重新传递数据包。
除了形式之外，无线网络的另一个不同之处在于通信距离和用途。WPAN（无线个人区域网）的通信距离为0～10m，WPAN 的创造者最初打算像蓝牙那样将其用于互连个人工作区附近的外围设备。最近，WPAN的定义已经扩展到包含任何短距离通信链路。因此，许多低数据速率网络都归入这一类。随着距离的增加，WLAN（无线局域网）——例如IEEE 802.11b——扩展到大约100m，而WWAN（无线广域网）的通信距离则在100m以上。
虽然短距离无线产品常常使用专有协议，但IEEE已经授权一个工作组制订有关工作在非特许国际频段的超低功耗低数据速率网络的标准。IEEE在2003年5月批准了这一工作组制订的标准，即IEEE 802.15.4。该标准为工作波段和数据速率分别为868-MHz和20 kbps、915-MHz和40 kbps以及2.4-GHz波段和250 kbps的三种低速设备通信规定了PHY（物理层）和MAC（媒介接入控制层）子层技术规范。你可以将能对多于65,000个节点进行寻址的网络安排成星形或对等结构。发送器在低于1GHz波段时采用BPSK（二进制相移键控）的DSSS（直接序列扩展频谱），而在2.4-GHz波段采用O-QPSK（偏移-正交相移键控）的DSSS。该标准规定：2.4-GHz波段有16个信道，915-MHz波段有10个信道，868-MHz波段有1个信道。信道接入方法为CSMA/CA（载波检测多路存取/冲突避免）。这一规范描述了两类网络节点，其中一类是执行任何网络任务的FFD（全功能设备）另一类是用于对成本敏感的应用系统、资源与功能有限的RFD（缩减功能设备）。你可以从http://standards.ieee.org/getieee802网站免费下载这一长达679页的标准。
要点
● 低速率网络随时准备接替人为的数据采集和控制任务，从而为工业和楼宇管理部门节省大量人力物力；
● 连续监视和控制分布式系统的无线低数据速率网络采用低成本硬件，并具有很长的电池寿命；
● 新近的IEEE标准802.15.4为短距离低数据速率网络规定了物理层和媒介接入控制通信层；
● 由60多家制造商组成的ZigBee联盟承诺增加其余的网络层、安全层和应用层，以完善这个新标准；
● 尽管专有的通信协议目前占据主导地位，但新标准可使设计师降低成本并实现产品互操作性。
尽管最近人们对设计和媒体的关注大多都集中在宽带宽视频无线网络上，但是低成本低数据速率RF链路市场有可能会更大。在企业和工业环境中，重复性系统控制和数据采集工作数量很大，只要其中一部分实现自动化，就可节省大量人力物力。尽管专有的窄带宽联网产品已经上市多年，但协议标准化的新推动力有望通过提高产量来降低硅片成本，并保证器件供应商之间的互操作性。随着新产品和新标准的出现，这些低成本通信链路应被证明是很受欢迎的，因为用户无须安装昂贵而不灵活的网络线缆，可以直接节省人力物力。
现在确实有成千上万个嵌入式系统是由可靠的窄带宽通信网络来提供满意的性能并降低成本的。例如，楼宇自动化系统可以根据温度、区域活动程度和时间段来使照明、供暖和空调的使用量减少到最低程度，从而大大消减能源成本。为了消除不必要的服务电话或设备更换，工业用户正在安装低速率网络来监控生产机器的状况。公共服务提供商利用自动化仪表读出设备，每年就能节省数以百万美元计的费用，因为自动化仪表读出设备能实现负载均衡，识别电路故障，消除远程计量仪表启用、停用和读数等人工事务。访问控制系统、医疗监护系统和安全系统也可以利用安装在重要部位的无线链路来降低劳动成本。
尽管个别参数因应用系统不同而各异，但几个共同的设计要求就是低数据速率无线网络的特征。大多数应用系统都需要大量的传感器或控制节点；因此，经过简化的低成本硬件至关重要。由于你可能会将网络节点部署在无法进入的偏远地点，所以延长电池寿命也是主要的目标之一。虽然节点成本低意味着处理资源减小和软件简化，但用户仍然希望在许多工业应用系统所处的恶劣RF环境中，数据传输要安全可靠。低速率网络还必须具有伸缩性和适应性，以便用户根据情况变化快速而又方便地添加或重新配置节点。
与宽带宽网络一样，为了获得最佳性能，你可以将低速率网络安排成多种配置。例如，一个点对点无线桥接器把两个端点连接起来，就可替代一根通信电缆。你可以用一条点对点无线链路将遥控面板连接到一台移动设备（例如机器人）上，从而去除系留在移动设备上的电缆。许多低数据速率点对点链路在其两端均有低成本收发器，用以转换为通用的通信协议，例如RS-232。另一种无线网络形式，即一点对多点的无线网络，包括一个中心基站和多个以星形或辐（hub-and-spoke）形安排的无线节点。Bluetooth和IEEE 802.11的各种变体虽然被认为是宽带网络，但都基于一点对多点模式。
网状网络是第三种无线网络形式，这是一种低功耗多跳系统，它通过从一个节点到另一个节点的数据包传输来处理信息，直到数据包到达目的地为止。一个一点对多点网络节点滤除除自己的数据包以外的所有数据包，网状网络节点则与之不同，接收并转发数据包到其它节点地址。多跳网络非常像互联网那样运行，并提供几条从源至目的地的备份通信路径。如果一条路径由于硬件失效或干扰而停止工作，则网状网络就会通过一条替代路径自动地重新传递数据包。
除了形式之外，无线网络的另一个不同之处在于通信距离和用途。WPAN（无线个人区域网）的通信距离为0～10m，WPAN 的创造者最初打算像蓝牙那样将其用于互连个人工作区附近的外围设备。最近，WPAN的定义已经扩展到包含任何短距离通信链路。因此，许多低数据速率网络都归入这一类。随着距离的增加，WLAN（无线局域网）——例如IEEE 802.11b——扩展到大约100m，而WWAN（无线广域网）的通信距离则在100m以上。
虽然短距离无线产品常常使用专有协议，但IEEE已经授权一个工作组制订有关工作在非特许国际频段的超低功耗低数据速率网络的标准。IEEE在2003年5月批准了这一工作组制订的标准，即IEEE 802.15.4。该标准为工作波段和数据速率分别为868-MHz和20 kbps、915-MHz和40 kbps以及2.4-GHz波段和250 kbps的三种低速设备通信规定了PHY（物理层）和MAC（媒介接入控制层）子层技术规范。你可以将能对多于65,000个节点进行寻址的网络安排成星形或对等结构。发送器在低于1GHz波段时采用BPSK（二进制相移键控）的DSSS（直接序列扩展频谱），而在2.4-GHz波段采用O-QPSK（偏移-正交相移键控）的DSSS。该标准规定：2.4-GHz波段有16个信道，915-MHz波段有10个信道，868-MHz波段有1个信道。信道接入方法为CSMA/CA（载波检测多路存取/冲突避免）。这一规范描述了两类网络节点，其中一类是执行任何网络任务的FFD（全功能设备）另一类是用于对成本敏感的应用系统、资源与功能有限的RFD（缩减功能设备）。你可以从http://standards.ieee.org/getieee802网站免费下载这一长达679页的标准。
进入ZigBee
由于掌握了一项有关PHY和MAC层的全球标准，ZigBee联盟正在努力定义其余的网络层、安全层和应用层，因为这些层是任何新的无线规范被广泛接受所必需的（图1）。在Motorola公司、Honeywell公司、Samsung Electronics公司、Philips公司、Invensys公司和Mitsubishi Electric公司支持下，ZigBee联盟有60多个成员公司，预计到2004年底提交其规范的初始版本。作为类似于Wi-Fi联盟在制订802.11时的角色，ZigBee联盟计划提供互操作性及一致性测试规范，推广ZigBee品牌，并管理技术的演进。
图1，ZigBee的通信层，加上IEEE 802.15.4的物理层和媒介接入控制层，就是一个完整的低数据速率连网标准。
由于各企业努力通过自动化来提高效率并降低劳动成本，低数据速率网络随时准备在无线领域担负重任。
要点
● 低速率网络随时准备接替人为的数据采集和控制任务，从而为工业和楼宇管理部门节省大量人力物力；
● 连续监视和控制分布式系统的无线低数据速率网络采用低成本硬件，并具有很长的电池寿命；
● 新近的IEEE标准802.15.4为短距离低数据速率网络规定了物理层和媒介接入控制通信层；
● 由60多家制造商组成的ZigBee联盟承诺增加其余的网络层、安全层和应用层，以完善这个新标准；
● 尽管专有的通信协议目前占据主导地位，但新标准可使设计师降低成本并实现产品互操作性。
尽管最近人们对设计和媒体的关注大多都集中在宽带宽视频无线网络上，但是低成本低数据速率RF链路市场有可能会更大。在企业和工业环境中，重复性系统控制和数据采集工作数量很大，只要其中一部分实现自动化，就可节省大量人力物力。尽管专有的窄带宽联网产品已经上市多年，但协议标准化的新推动力有望通过提高产量来降低硅片成本，并保证器件供应商之间的互操作性。随着新产品和新标准的出现，这些低成本通信链路应被证明是很受欢迎的，因为用户无须安装昂贵而不灵活的网络线缆，可以直接节省人力物力。
现在确实有成千上万个嵌入式系统是由可靠的窄带宽通信网络来提供满意的性能并降低成本的。例如，楼宇自动化系统可以根据温度、区域活动程度和时间段来使照明、供暖和空调的使用量减少到最低程度，从而大大消减能源成本。为了消除不必要的服务电话或设备更换，工业用户正在安装低速率网络来监控生产机器的状况。公共服务提供商利用自动化仪表读出设备，每年就能节省数以百万美元计的费用，因为自动化仪表读出设备能实现负载均衡，识别电路故障，消除远程计量仪表启用、停用和读数等人工事务。访问控制系统、医疗监护系统和安全系统也可以利用安装在重要部位的无线链路来降低劳动成本。
尽管个别参数因应用系统不同而各异，但几个共同的设计要求就是低数据速率无线网络的特征。大多数应用系统都需要大量的传感器或控制节点；因此，经过简化的低成本硬件至关重要。由于你可能会将网络节点部署在无法进入的偏远地点，所以延长电池寿命也是主要的目标之一。虽然节点成本低意味着处理资源减小和软件简化，但用户仍然希望在许多工业应用系统所处的恶劣RF环境中，数据传输要安全可靠。低速率网络还必须具有伸缩性和适应性，以便用户根据情况变化快速而又方便地添加或重新配置节点。
与宽带宽网络一样，为了获得最佳性能，你可以将低速率网络安排成多种配置。例如，一个点对点无线桥接器把两个端点连接起来，就可替代一根通信电缆。你可以用一条点对点无线链路将遥控面板连接到一台移动设备（例如机器人）上，从而去除系留在移动设备上的电缆。许多低数据速率点对点链路在其两端均有低成本收发器，用以转换为通用的通信协议，例如RS-232。另一种无线网络形式，即一点对多点的无线网络，包括一个中心基站和多个以星形或辐（hub-and-spoke）形安排的无线节点。Bluetooth和IEEE 802.11的各种变体虽然被认为是宽带网络，但都基于一点对多点模式。
网状网络是第三种无线网络形式，这是一种低功耗多跳系统，它通过从一个节点到另一个节点的数据包传输来处理信息，直到数据包到达目的地为止。一个一点对多点网络节点滤除除自己的数据包以外的所有数据包，网状网络节点则与之不同，接收并转发数据包到其它节点地址。多跳网络非常像互联网那样运行，并提供几条从源至目的地的备份通信路径。如果一条路径由于硬件失效或干扰而停止工作，则网状网络就会通过一条替代路径自动地重新传递数据包。
除了形式之外，无线网络的另一个不同之处在于通信距离和用途。WPAN（无线个人区域网）的通信距离为0～10m，WPAN 的创造者最初打算像蓝牙那样将其用于互连个人工作区附近的外围设备。最近，WPAN的定义已经扩展到包含任何短距离通信链路。因此，许多低数据速率网络都归入这一类。随着距离的增加，WLAN（无线局域网）——例如IEEE 802.11b——扩展到大约100m，而WWAN（无线广域网）的通信距离则在100m以上。
虽然短距离无线产品常常使用专有协议，但IEEE已经授权一个工作组制订有关工作在非特许国际频段的超低功耗低数据速率网络的标准。IEEE在2003年5月批准了这一工作组制订的标准，即IEEE 802.15.4。该标准为工作波段和数据速率分别为868-MHz和20 kbps、915-MHz和40 kbps以及2.4-GHz波段和250 kbps的三种低速设备通信规定了PHY（物理层）和MAC（媒介接入控制层）子层技术规范。你可以将能对多于65,000个节点进行寻址的网络安排成星形或对等结构。发送器在低于1GHz波段时采用BPSK（二进制相移键控）的DSSS（直接序列扩展频谱），而在2.4-GHz波段采用O-QPSK（偏移-正交相移键控）的DSSS。该标准规定：2.4-GHz波段有16个信道，915-MHz波段有10个信道，868-MHz波段有1个信道。信道接入方法为CSMA/CA（载波检测多路存取/冲突避免）。这一规范描述了两类网络节点，其中一类是执行任何网络任务的FFD（全功能设备）另一类是用于对成本敏感的应用系统、资源与功能有限的RFD（缩减功能设备）。你可以从http://standards.ieee.org/getieee802网站免费下载这一长达679页的标准。
要点
● 低速率网络随时准备接替人为的数据采集和控制任务，从而为工业和楼宇管理部门节省大量人力物力；
● 连续监视和控制分布式系统的无线低数据速率网络采用低成本硬件，并具有很长的电池寿命；
● 新近的IEEE标准802.15.4为短距离低数据速率网络规定了物理层和媒介接入控制通信层；
● 由60多家制造商组成的ZigBee联盟承诺增加其余的网络层、安全层和应用层，以完善这个新标准；
● 尽管专有的通信协议目前占据主导地位，但新标准可使设计师降低成本并实现产品互操作性。
尽管最近人们对设计和媒体的关注大多都集中在宽带宽视频无线网络上，但是低成本低数据速率RF链路市场有可能会更大。在企业和工业环境中，重复性系统控制和数据采集工作数量很大，只要其中一部分实现自动化，就可节省大量人力物力。尽管专有的窄带宽联网产品已经上市多年，但协议标准化的新推动力有望通过提高产量来降低硅片成本，并保证器件供应商之间的互操作性。随着新产品和新标准的出现，这些低成本通信链路应被证明是很受欢迎的，因为用户无须安装昂贵而不灵活的网络线缆，可以直接节省人力物力。
现在确实有成千上万个嵌入式系统是由可靠的窄带宽通信网络来提供满意的性能并降低成本的。例如，楼宇自动化系统可以根据温度、区域活动程度和时间段来使照明、供暖和空调的使用量减少到最低程度，从而大大消减能源成本。为了消除不必要的服务电话或设备更换，工业用户正在安装低速率网络来监控生产机器的状况。公共服务提供商利用自动化仪表读出设备，每年就能节省数以百万美元计的费用，因为自动化仪表读出设备能实现负载均衡，识别电路故障，消除远程计量仪表启用、停用和读数等人工事务。访问控制系统、医疗监护系统和安全系统也可以利用安装在重要部位的无线链路来降低劳动成本。
尽管个别参数因应用系统不同而各异，但几个共同的设计要求就是低数据速率无线网络的特征。大多数应用系统都需要大量的传感器或控制节点；因此，经过简化的低成本硬件至关重要。由于你可能会将网络节点部署在无法进入的偏远地点，所以延长电池寿命也是主要的目标之一。虽然节点成本低意味着处理资源减小和软件简化，但用户仍然希望在许多工业应用系统所处的恶劣RF环境中，数据传输要安全可靠。低速率网络还必须具有伸缩性和适应性，以便用户根据情况变化快速而又方便地添加或重新配置节点。
与宽带宽网络一样，为了获得最佳性能，你可以将低速率网络安排成多种配置。例如，一个点对点无线桥接器把两个端点连接起来，就可替代一根通信电缆。你可以用一条点对点无线链路将遥控面板连接到一台移动设备（例如机器人）上，从而去除系留在移动设备上的电缆。许多低数据速率点对点链路在其两端均有低成本收发器，用以转换为通用的通信协议，例如RS-232。另一种无线网络形式，即一点对多点的无线网络，包括一个中心基站和多个以星形或辐（hub-and-spoke）形安排的无线节点。Bluetooth和IEEE 802.11的各种变体虽然被认为是宽带网络，但都基于一点对多点模式。
网状网络是第三种无线网络形式，这是一种低功耗多跳系统，它通过从一个节点到另一个节点的数据包传输来处理信息，直到数据包到达目的地为止。一个一点对多点网络节点滤除除自己的数据包以外的所有数据包，网状网络节点则与之不同，接收并转发数据包到其它节点地址。多跳网络非常像互联网那样运行，并提供几条从源至目的地的备份通信路径。如果一条路径由于硬件失效或干扰而停止工作，则网状网络就会通过一条替代路径自动地重新传递数据包。
除了形式之外，无线网络的另一个不同之处在于通信距离和用途。WPAN（无线个人区域网）的通信距离为0～10m，WPAN 的创造者最初打算像蓝牙那样将其用于互连个人工作区附近的外围设备。最近，WPAN的定义已经扩展到包含任何短距离通信链路。因此，许多低数据速率网络都归入这一类。随着距离的增加，WLAN（无线局域网）——例如IEEE 802.11b——扩展到大约100m，而WWAN（无线广域网）的通信距离则在100m以上。
虽然短距离无线产品常常使用专有协议，但IEEE已经授权一个工作组制订有关工作在非特许国际频段的超低功耗低数据速率网络的标准。IEEE在2003年5月批准了这一工作组制订的标准，即IEEE 802.15.4。该标准为工作波段和数据速率分别为868-MHz和20 kbps、915-MHz和40 kbps以及2.4-GHz波段和250 kbps的三种低速设备通信规定了PHY（物理层）和MAC（媒介接入控制层）子层技术规范。你可以将能对多于65,000个节点进行寻址的网络安排成星形或对等结构。发送器在低于1GHz波段时采用BPSK（二进制相移键控）的DSSS（直接序列扩展频谱），而在2.4-GHz波段采用O-QPSK（偏移-正交相移键控）的DSSS。该标准规定：2.4-GHz波段有16个信道，915-MHz波段有10个信道，868-MHz波段有1个信道。信道接入方法为CSMA/CA（载波检测多路存取/冲突避免）。这一规范描述了两类网络节点，其中一类是执行任何网络任务的FFD（全功能设备）另一类是用于对成本敏感的应用系统、资源与功能有限的RFD（缩减功能设备）。你可以从http://standards.ieee.org/getieee802网站免费下载这一长达679页的标准。
进入ZigBee
由于掌握了一项有关PHY和MAC层的全球标准，ZigBee联盟正在努力定义其余的网络层、安全层和应用层，因为这些层是任何新的无线规范被广泛接受所必需的（图1）。在Motorola公司、Honeywell公司、Samsung Electronics公司、Philips公司、Invensys公司和Mitsubishi Electric公司支持下，ZigBee联盟有60多个成员公司，预计到2004年底提交其规范的初始版本。作为类似于Wi-Fi联盟在制订802.11时的角色，ZigBee联盟计划提供互操作性及一致性测试规范，推广ZigBee品牌，并管理技术的演进。
图1，ZigBee的通信层，加上IEEE 802.15.4的物理层和媒介接入控制层，就是一个完整的低数据速率连网标准。
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