認知無線電思想在 ZigBee無線傳感器網絡中的應用

傳感器節點的工作比較簡單，只須在采到數據后添加自己的節點信息，以合適的數據格式將其以無線方式發出。而轉發節點則需要實現收發雙向功能。由于MC13192射頻芯片在同一時間只能工作在一個信道頻率，為實現信號跳轉而不發生碰撞特制定如下步驟：
①先掃描信道的質量，然后選擇信號最好的鏈路作為接收信道。MC13192本來具有信道能量檢測功能，在Freescale公司提供的SMAC中，只需在應用時調用MLMEEnergyDetect()原語。但是由于本設計的數據為了在多跳時不發生碰撞，發送終端節點每發送完一個數據包都要調用一個約50 ms的子程序，此信道空閑間隙遠遠大于128μs，導致積分區間很可能落在空閑段，故不能直接采用。為此，跳轉節點采取設定某信道為接收信道，然后調用 MLMELinkQuality()原語的方式。MLMELinkQuality()原語給出的鏈路質量值是建立在上一個成功接收的基礎上的，故而可以對本設計的稀疏數據方式奏效。跳轉節點在每個信道上輪流操作鏈路質量評估，最終選擇質量最好的信道作為接收信道。
②以模16下推一個信道作為發送信道。
本設計的應用場合中一旦形成拓撲就不再輕易發生變動。例如會展時在每個展覽品的底部添加傳感器模塊，那么在會展開始時讓鏈路自動尋找路由，會展期問就無需再變動。所以單純地向下遞推一個空閑信道作為發送信道是完全可行的。安裝網絡時只要依地理位置的遠近順次開啟傳感模塊開關，即可自組織一條路徑。監控主節點與通用計算機以串口線相連，通過在通用計算機上運行監控程序，對節點信息進行分揀，實現對傳感器數據進行管理。
2．3 新的無線傳感器網絡的改進
上一節介紹的多頻多跳的無線傳感器網絡只是在實際運用中的一次簡單嘗試，重在實現。信道的分配只在最初網絡初始化時進行一次。如果要在實際中進行大規模運用，還需考慮很多其他問題。具體而言，本文認為一個較為完善的認知無線電 ZigBee網絡中的節點應該按照如下的過程進行通信：
①檢測頻譜空穴；
②依據空穴建立信道；
③數據傳輸；
④持續檢測頻譜空穴變動情況，情況不佳時更改信道使用；
⑤重復步驟②～④。
因為如果發送節點依據信道質量做出了調整，各個接收節點本身不知道發送節點所要采用的頻率，可以另外設一個公用的信道用于協商對話。例如每個節點的 MC13192都選擇16個信道中的第一個信道為公用信道，當它要改變信道時就在該公用信道上發送信息，說明要切換到的信道。
2．4 新的無線傳感器網絡的優勢
采用多頻多跳的組網方式解決了傳統網絡采用時分復用的方法對信道的利用率不高的問題，充分利用了現代高級無線射頻芯片對信道占用情況的能量檢測功能，從認知無線電的角度解決了傳統組網應用的編程設置復雜、浪費信道資源、相鄰節點無線信道相互干擾的問題。多頻多跳的組網方式在小范圍組建的無線傳感器網絡具有充分利用通信機會、組網簡單、開發容易、鄰節點干擾小、無需特殊同步路由算法的特點。傳統的Ad-hoc中，MAC方案所采用的信道是靜態分配的，而本文提出的新方案采用的信道是動態的。

結 語
認知無線電技術是在軟件無線電技術基礎上發展起來的一種新的智能無線電通信技術，它的提出為從根本上解決日益增長的無線通信需求與有限的無線頻譜資源之間的矛盾，開辟了一條行之有效的解決途徑。然而，Cog-nitive Radio技術從概念到應用尚面臨很多挑戰，尤其是許多關鍵技術有待突破。
本文將認知無線電思想在基于ZigBee的無線傳感器網絡上進行了嘗試，建立起一種多頻多跳的網絡，從而有效地提高了頻譜的利用效率，同時避免了同信道干擾。該組網方式無需復雜的同步、路由算法。此外本文給出了優化的完全動態頻譜分配的ZigBee無線傳感器網絡解決方案。這一充分利用無線芯片多信道支持功能的思想也值得在其他無線技術中嘗試?？梢灶A見，隨著研究的深入，一旦認知無線電技術投入使用，將提供更為靈活的頻譜管理機制和更為高效的頻譜利用率，以滿足越來越強勁的頻譜需求，為頻譜資源越來越緊張的無線通信注入新的活力。