用無線傳感器組成無線傳感器網絡

　　摘要：物聯網的愿景之一是能夠測量以前從未測量過的變量。無論應用是監視基礎設施老化 (例如橋梁、隧道或電力傳輸線的老化)，還是實時提供停車及交通信息，都需要無線傳感器網絡 (WSN) 提供與有線網絡類似的性能，而且適合實際部署。傳感器網絡要能夠擴展至包含大量無線節點，而且在很多情況下，需要跨越很長的距離。

　　促進無線傳感器網絡廣泛采用的關鍵因素

　　無線傳感器網絡要想得到廣泛采用，必須適合實際部署，并能夠可靠地運行很多年(通常超過10年)。為了實現這樣的目標，無線傳感器網絡必須滿足一些關鍵要求：

　　● 在任何地方都能夠放置傳感器 ─測量點必須置于最適合檢測的地方，但這種地方未必最適合通信。因此，放置傳感器節點的地方常常未必便于通信連接或便于連接電力基礎設施，而是常常處于富挑戰性的RF環境中(例如，靠近大地、在隧道中、在汽車底下或深入機器內部)。

　　● 很少需要維護─無線傳感器網絡必須能夠在絕大部分情況下進行自我維護，而且任何物理維護(例如更換電池)都必須在無需“上門服務” 或沒有技術人員到場的情況下完成。例如，在智能停車應用中，嵌入到街道下面的電池供電傳感器僅在滿足如下條件時才允許使用：其更換周期與道路定期維修周期相同，而道路定期維修通常為5至7年才進行一次。在其他應用中，無線傳感器網絡要能夠連續使用10年以上。

　　● 通信可靠性─必須能夠可靠地與所有傳感器通信，盡管這些傳感器可能位于非常嚴苛的RF環境中。

　　● 可擴展性─無線傳感器網絡必須滿足各種類似但又不完全相同的部署要求，例如適合各種網絡規模(無線傳感器節點數量及覆蓋的地域范圍)、深度(即節點與數據出口點之間的無線跳轉次數)及大小不同的數據流量等。

　　在不可預測的介質上建立可預測的網絡

　　如果不做出折中，低功率難以實現─有很多無線傳感器聯網方法是針對低功耗運行情況而設計的。有些無線網絡(例如 ZigBee)僅在網絡邊緣處的檢測設備上實現低功率，但任何傳送節點都需要線路功率。其他一些網絡則引入了基本的占空比方法，稱為“信標”，采用這種方法時，整個網絡在很長的時段內停機，處于低功率休眠模式，但是這種方法犧牲了網絡可用性和網絡總體容量。然而，針對物聯網的應用，無線傳感器網絡必須能夠滿足規模非常大的網絡需求，并按照均勻的時間間隔發布數據。因此挑戰是，在不犧牲可靠性或網絡可用性的前提下實現低功率。

　　RF環境是不可預測─RF是一種不可預測的通信介質。在有線通信環境中，通信信號通過電纜系統屏蔽，與外界隔離，與此不同，RF露天傳播，需要與周圍環境互動。但是RF傳輸源有可能引起有源干擾。較常見的是多徑衰落的影響，即RF信號遇到周圍表面后，反射回來的異相信號可能衰減 RF信號本身。手機用戶每天都會遭遇多徑衰落問題，例如手機可能在一個地點信號強度不佳，但是只需移動幾厘米，信號強度就可得到改善。此外，多徑衰落影響隨時間變化而改變，因為附近的反射表面 (例如人、車、門等) 一般會移動。最終結果是，隨著時間變化，任何RF通道都會遭遇信號質量顯著變化的問題。不過，既然多徑衰落對每個RF通道的影響是不同的，那么用通道跳頻實現頻率多樣性，可以最大限度地減小多徑衰落的負面影響。因此無線傳感器網絡面臨的挑戰就變成，能否在大型網絡上采用可多次跳轉的跳頻方法。

　　時間同步通道跳頻網狀網絡

　　采用凌力爾特公司的Dust Networks產品部率先開發的時間同步通道跳頻(Time Synchronized Channel Hopping，簡稱 TSCH)網狀網絡，可以實現可靠的低功率無線傳感器網絡，而且這種網絡在某些最嚴苛的環境中已經得到證實。TSCH已經成為 WirelessHART(IEC62591)等現有工業無線標準的基本構件，也是實現新興和基于IP協議的無線傳感器網絡標準的有利部份。

　　在TSCH網絡中，每個節點都有一個共同的時間標準，整個網絡的準確度在幾十微妙內。網絡通信安排在各個時隙中，以實現低功率數據包交換、配對的通道跳頻和全面的路徑多樣性。