高可靠低功耗的Dust Networks無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

　　在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境檢測(cè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面，傳感器網(wǎng)絡(luò)的作用日益凸顯，正逐漸變得不可或缺。而通過(guò)無(wú)線方式部署傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)疑是最具靈活性、可擴(kuò)展性的解決方案。最近，凌力爾特公司宣布其Dust Networks SmartMesh無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）產(chǎn)品正式進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。Dust Networks創(chuàng)立于2002年，是一家超低功耗嵌入式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品供應(yīng)商，2011年被凌力爾特收購(gòu)后成為凌力爾特公司的一個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén)。

工作傳輸方式
　　Dust Networks SmartMesh采用的是WirelessHART協(xié)議，是一種收集和轉(zhuǎn)發(fā)周期性數(shù)據(jù)（雙向）的自組建網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)SmartMesh傳感器網(wǎng)絡(luò)由若干個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)組成，其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)和其它節(jié)點(diǎn)有所不同，為網(wǎng)絡(luò)管理員節(jié)點(diǎn)，用于安排整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的任務(wù)，監(jiān)視和管理網(wǎng)絡(luò)性能并向主機(jī)應(yīng)用程序發(fā)送數(shù)據(jù)。
　　SmartMesh采用了跳點(diǎn)技術(shù)，即當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中有數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)，數(shù)據(jù)不是由數(shù)據(jù)源節(jié)點(diǎn)直接傳輸至目的節(jié)點(diǎn)，而是將數(shù)據(jù)傳輸給相鄰的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)這種逐步傳遞的方法來(lái)將數(shù)據(jù)傳輸至目的節(jié)點(diǎn)。這樣設(shè)計(jì)的好處在于可以隨時(shí)增加新的節(jié)點(diǎn)，使得傳感器網(wǎng)絡(luò)更加靈活，具有更高的可擴(kuò)展性。可以這么說(shuō)，只要有需求，在合理安排網(wǎng)絡(luò)管理員節(jié)點(diǎn)的情況下，傳感器網(wǎng)絡(luò)幾乎可以無(wú)限擴(kuò)張。
　　另外，在安排各節(jié)點(diǎn)傳輸任務(wù)時(shí)，管理員節(jié)點(diǎn)可根據(jù)各節(jié)點(diǎn)所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大小來(lái)合理安排各節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)序。

降低功耗
　　降低器件總功耗有兩種辦法：一種是降低器件工作時(shí)的功率，另一種則是縮短器件的工作時(shí)間。對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，其工作環(huán)境和任務(wù)要求通常無(wú)需其保持時(shí)時(shí)刻刻采集監(jiān)聽(tīng)數(shù)據(jù)的狀態(tài)，因此，降低功耗最好、最直接的辦法就是讓傳感器不工作。
　　SmartMesh采用了同步時(shí)間表的方式，通過(guò)控制傳感器的工作周期，何時(shí)開(kāi)始喚醒，何時(shí)休眠。在一個(gè)SmartMesh傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，管理員節(jié)點(diǎn)將安排其所在網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)按照一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間表來(lái)工作。傳感器節(jié)點(diǎn)按照時(shí)間表在規(guī)定的時(shí)間喚醒，檢查是否有任務(wù)需要完成，完成后節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)，直到下一個(gè)工作時(shí)間點(diǎn)到來(lái)。這樣一來(lái)，傳感器節(jié)點(diǎn)就無(wú)需長(zhǎng)期處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，事實(shí)上，大部分時(shí)間是處于睡眠狀態(tài)的，能最大限度地降低總體功耗。
　　這種工作方式，是SmartMesh網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)在使用兩節(jié)AA電池的情況下，能維持一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)工作長(zhǎng)達(dá)5年甚至10年的重要原因。另外，在一些特殊情況下，傳感器被放置后就無(wú)法再進(jìn)行更換電池、維修等，這種低功耗的特性若與Linear的Energy Harvesting技術(shù)進(jìn)行配合，甚至可以續(xù)航更長(zhǎng)的時(shí)間。

提高可靠性
　　部署傳感器網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境常常是數(shù)據(jù)中心、工廠、沙漠、極地、路邊泊車(chē)檔等，面臨著極端溫度、濕度、灰塵、強(qiáng)電磁干擾等挑戰(zhàn)。因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性顯得尤為重要。

Linear公司Dust Networks產(chǎn)品系列總裁Joy Weiss女生

　　一方面指的是制造方面。Linear公司Dust Networks產(chǎn)品系列總裁Joy Weiss女生介紹了幾個(gè)SmartMesh已經(jīng)部署的實(shí)例，其中包含處于北極圈內(nèi)的艾蘆世界北斯洛普和中東沙漠中的油田這種極端溫度的情況，充分說(shuō)明了其在制造方面的可靠性。
　　另一方面指在工作上的可靠性。SmartMesh采用了跳頻技術(shù)，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)接受到多個(gè)傳輸任務(wù)時(shí)，可以將任務(wù)分別安排至不同的頻率通道進(jìn)行傳輸（最多15個(gè)通道），避免了不同傳輸任務(wù)之間的相互串?dāng)_，提高了數(shù)據(jù)的可靠性。另外，在一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可以同時(shí)配備兩個(gè)管理員節(jié)點(diǎn)，一個(gè)作為主要管理員，一個(gè)作為備用管理員。備用管理在通常情況下只做為普通節(jié)點(diǎn)和備份進(jìn)行工作。當(dāng)主要管理員出現(xiàn)故障或因其它原因而不能正常工作時(shí)，將接替主要管理員的工作，以保障整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)正常工作。據(jù)Joy Weiss介紹，Dust Networks已經(jīng)在120個(gè)國(guó)家部署了20000多個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，且在全球范圍內(nèi)，2011年全年所有Dust Networks的傳感器網(wǎng)絡(luò)總共工作約5億小時(shí)，未出現(xiàn)有管理員故障的情況。

　　可以預(yù)見(jiàn)，雖然目前中國(guó)經(jīng)濟(jì)將存在著一定硬著陸甚至是進(jìn)入蕭條的隱患，但在工業(yè)生產(chǎn)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等不斷升級(jí)的需求之下，SmartMesh還是有著廣闊的市場(chǎng)前景。