感測器網路標準

感測器網路,是具有非常廣泛的市場前景,將會給人類的生活和生產的各個領域帶來深遠影響的新技術。美國的《技術評論》雜誌在論述未來新興十大技術時,更是將無線感測器網路列為第一項未來新興技術,《商業周刊》 預測的未來四大新技術中,無線感測器網路也列入其中。

基本介紹

  • 中文名:感測器網路標準
  • 前景:具有非常廣泛的市場前景
  • 基本概念:綜合了微電子技術
  • 網路系統設計:無線感測器網路技術套用廣泛
基本概念,數據算法,系統設計,

基本概念

感測器網路(WirelessSensorNetwork)綜合了微電子技術、嵌入式計算技術、現代網路及無線通信技術、分散式信息處理技術等先進技術,能夠協同地實時監測、感知和採集網路覆蓋區域中各種環境或監測對象的信息,並對其進行處理,處理後的信息通過無線方式傳送,並以自組多跳的網路方式傳送給觀察者。
感測器網路綜合了感測器技術、嵌入式計算技術、分散式信息處理技術和無線通信技術,能夠協作地實時監測、感知和採集各種環境或監測對象的信息,並對其進行處理,傳送到這些信息的用戶.感測器網路是計算機科學技術的一個新的研究領域,具有十分廣闊的套用前景,引起了學術界和工業界的高度重視.

數據算法

節約能量以提高網路壽命是感測器網路研究面臨的重要挑戰網內聚集查詢在中間節點對數據進行預處理,可以減少訊息傳送的數量或者大小,從而實現能量的有效利用,但是,目前的聚集查詢研究假設採樣數據都是正確的.而目前的異常檢測算法以檢測率作為首要目標,不考慮能量的消耗,也不考慮查詢的特點.所以將兩方面的研究成果簡單地結合在一起並不能產生很好的效果.
實驗結果表明,RAA算法在能量消耗和異常檢測率方面都優於TAG Voting.

系統設計

無線感測器網路技術套用廣泛,百花齊放 無線感測器和感測器網路,是具有非常廣泛的市場前景,將會給人類的生活和生產的各個領域帶來深遠影響的新技術。美國的《技術評論》雜誌在論述未來新興十大技術時,更是將無線感測器網路列為第一項未來新興技術,《商業周刊》 預測的未來四大新技術中,無線感測器網路也列入其中。
無線感測器網路技術套用廣泛,百花齊放
無線感測器網路有著十分廣泛的套用前景,在工業、農業、軍事、環境、醫療,數字家庭,綠色節能,智慧交通等傳統和新興領域有具有巨大的運用價值,無線感測器網路將無處不在,將完全融入我們的生活。圖一是無線感測器套用示意。
感測器網路標準
在使用頻段方面,Z-Wave也與ZigBee差距不大,Z-Wave雖不像ZigBee能在2.4GHz頻段使用,但也能在868MHz及908MHz(具體而言是868.42MHz及908.42MHz)的頻段工作,且與ZigBee相同的,868MHz頻段在歐洲地區運用,908MHz(ZigBee位於相近的915MHz)頻段則是在美國地區運用。
至於無線傳送的調製,Z-Wave依舊是使用原有的GFSK(Gaussian Frequency Shift Keying)方式。相對的,ZigBee在868MHz與915MHz頻段是使用BPSK(Binary Phase-Shift Keying)調製,而在2.5GHz頻段是使用正交式QPSK(Quadrature Phase-Shift Keying)調製
歐洲與美國地區的差異
若更進一步了解,可以發現Z-Wave技術與今日其它新推行的無線技術一樣,經常遭遇到各地區電信法規的不同限制,而必須做出各種的因應與妥協。
舉例而言,Z-Wave在歐洲所使用的868MHz頻段,在法規上有占空比不得大於百分之一的限制,也就是說:Z-Wave真正在進行無線信號傳送的時間與沒有在傳送無線信號的時間,比例是1:99,若將時間刻度放大來解釋,即是傳送1秒鐘的無線信號後,必須停止、閒置99秒,之後才能進行第二次傳送,且傳送時間一樣只能持續一秒,接下來又是長達99秒的等待。很明顯的,此項法規的限制也使Z-Wave不易提升其傳輸率。
當然,在長達99秒的等待過程中,Z-Wave節點(或稱:裝置)可以進入休眠的省電狀態,藉此來降低功耗、節省用電,此方面Z-Wave已能達0.1%的占空比,同樣以時間刻度放大的角度來說明,若一樣以100秒為一個周期單位,Z-Wave可以只工作0.1秒,其餘99.9秒的時間都在休眠。
雖然Z-Wave在歐洲的868MHz頻段上有占空比的限制,但相對的在美國908MHz頻段上就沒有這項限制,所以理論上Z-Wave日後可以在908MHz頻段上有更高的速率提升空間。
不過,美國的908MHz頻段卻也有另一項缺點,即是對傳送功率進行限制,其傳送功率不得高於1毫瓦,相對的歐洲在這方面的規範反而較寬鬆,只要在25mW內都屬合法使用,傳送功率限制的結果也會連帶限制Z-Wave的傳送距離、無線覆蓋率。至於ZigBee方面目前的最大傳送功率也是在1mW(0dBm)內。
二者間技術上的差異
既然談及傳送距離,那么也必須比較Z-Wave與ZigBee間的發射差異,Z-Wave的傳送距離為100英呎(約30公尺),且要達到如此距離必須在電波的傳送路徑上沒有任何阻擋,然而這並不表示Z-Wave無法進行穿透性傳輸,Z-Wave的無線傳送依舊可以穿牆收發,不過穿越阻隔物的代價是減損傳輸距離,目前Z-Wave陣營尚未公布穿透性傳輸表現的相關信息,只以不同的穿透材質而有不同的距離折損來說明。
同樣的,ZigBee方面也並未有完整具體的傳輸距離信息,僅有32英呎∼246英呎(10公尺∼75公尺)的概略描述,且一樣表示必須依據實際傳送的環境而定。
Z-Wave與ZigBee之間除了傳輸速度、傳輸距離有別之外,在節點數目、拓樸型態、安全加密上也都各有不同。
首先是節點數目,此方面Z-Wave並未有所改變,依舊是每個網路內最多232個節點,若想與更多節點聯繫,就必須使用跨網的橋接(Bridge)技術才行。
至於ZigBee方面,ZigBee的節點定址達16-bit,理論上可以達65,536個節點,此遠遠勝過Z-Wave,此外ZigBee還能選用更大範疇的64-bit定址,如此節點數就不可限量。更進一步的,IETF已擬定讓ZigBee與IPv6接軌整合的6loWPAN(全稱為:IPv6 over Low power WPAN),ZigBee節點將可以廣大Internet結合,這些方面Z-Wave都無法比擬。
另外在連線拓樸方面,Z-Wave只有一種拓樸型態,即是網狀(Mesh),而ZigBee除了也有網狀拓樸外,也支持星狀(Star)、叢集狀(Cluster)等拓樸。值得注意的是,各節點除了自身所需的信號收發外,也會代為中繼傳遞其它節點的信號,無論是自身需求的收發或轉傳其它節點的信號,該節點都會脫離休眠狀態而進入運行狀態,而經常扮演中繼工作的節點將比其它節點更為忙碌,功耗也會較多,所以在實際布建時的設計規劃上,也會儘量以非使用電池運行的裝置來擔任忙碌型中繼的角色。
至於安全加密方面,ZigBee使用128-bit的AES對稱加密,而Z-Wave則是尚未有任何加密的設計,這其實不難想像,在Z-Wave最初只有9.6kbps的傳輸頻寬下,若再進行加密性傳輸,則實質數據的傳遞量將會更少,因此不太可能在9.6kbps中再行加密,不過Z-Wave將速率提升至40kbps後,也應該開始考慮提供加密的措施。
二者間在套用領域的差異
平心而論,Z-Wave在訂立之初就以家庭自動化套用為目標,而ZigBee則是追求更廣泛套用為目標,兩者各在最初指導思想就有不同的考慮,自然在規格上也有諸多落差,此實不能單就規格數據表現來論斷。
特別是Z-Wave獲得Cisco、Intel、Microsoft等資通訊大廠的支持後,Z-Wave已從單純的家庭自動化套用,開始擴展延伸到數字家庭領域,甚至是家庭自動化與數字家庭的接軌整合等,加上Z-Wave的各項技術仍在持續提升,從9.6kbps增進到40kbps可說是該陣營的一大鼓舞,同時也是給ZigBee更大的競爭
此外,ZigBee原先期望也用於PC外圍或消費性電子的遊戲玩具中,但就目前來看,無論是PC所用的無線滑鼠、無線鍵盤,還是Nintendo Wii的無線遊戲控制器、Sony PlayStation 3的無線遊戲控制器,都是使用藍牙而非ZigBee,加上藍牙晶片已多年大量量產,組件的量價均攤已達高度成熟,ZigBee當初設定以更低價格取代藍牙在控制領域套用,此一構想的實現難度也日益增高。
由此來看,現在最需要擔心的反而不是規格表現偏弱的Z-Wave,反而是追求套用領域最大化的ZigBee,很有可能落入“樣樣通、樣樣松”的結果。 Z-Wave占據家庭(家庭自動化、數字家庭;Bluetooth擁有信息(無線鍵盤/滑鼠)、通訊(無線耳機/話筒)、消費性電子(電玩控制器),或許最後最適合ZigBee的將會落在工控、醫療等領域。

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