認知無線電思想在 ZigBee無線傳感器網絡中的應用

以Freescale公司的ZigBee射頻芯片2．4 GHz的MC13192為例，其物理信道支持完全符合圖1，通信時可以指定工作在一個信道上。在此特別指出，MC13192片內集成的CCA(空閑信道評估)模塊可以根據接收到的基帶信號的能量進行空閑信道評估檢測。簡單應用時可以直接調用Freescale公司提供的SMAC中的MLMEEner- gyDetect()原語，此函數的工作機理是在128μs內對信道進行能量積分和門限判別。通過調用MLMEEnergyDe-tect()可以檢測到信道的信號能量。此外，SMAC中還有MLMELinkQuality()原語，該原語為評估鏈路質量所用。
可見，ZigBee芯片的CCA模塊為認知無線電在其上的應用提供了基本的硬件條件。同時，盡管目前的ZigBee規范中信道分配是靜態的，即網絡不會自動在信道變壞時重置新的信道，但是應用開發商完全可以在應用時自行決定將網絡遷移到一個新信道的條件，并開發相應的應用方案，從而實現信道的實時重構。當然，這時認知無線電對頻譜的感知、判決分配、實時重構都僅限于芯片支持的信道頻率范圍內，例如MC13192的無線工作頻率是2．405～2．480 GHz。
2．2 認知無線電在ZigBee技術上的實現
實現Ad-hoc網絡的方式有很多，應用于無線傳感器網絡可以使用 ZigBee技術，這也使得認知無線電思想在無線傳感器網絡中的應用成為可能。雖然ZigBee芯片對頻譜的認知水平并不高，僅限于能量檢測和功率控制，但這對于簡單應用而言已經足夠而且相當有效。本文利用ZigBee射頻芯片支持多信道選擇的特點，采用同級多頻多跳的組網方式組建無線傳感器網絡。在編寫應用程序時，各節點結合自身在傳感器網絡中實現的不同功能，實現不同方式的信道的最優選擇。在這種方式的無線傳感器網絡的具體設計過程中，可結合具體的外部環境給出最有效的解決方案，利用一切可用的機會進行通信。下面結合Freescale公司的ZigBee射頻芯片MC13192給出這種認知無線電思想在ZigBee技術的實現。如圖2所示，無線傳感器網絡中的硬件節點通常由單片機MCU部分和射頻部分、傳感器部分共同組成。采用該節點，一個最簡單的多頻多跳應用傳感器網絡如圖3所示。