認(rèn)知無線電思想在 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

傳感器節(jié)點(diǎn)的工作比較簡單，只須在采到數(shù)據(jù)后添加自己的節(jié)點(diǎn)信息，以合適的數(shù)據(jù)格式將其以無線方式發(fā)出。而轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)則需要實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙向功能。由于MC13192射頻芯片在同一時(shí)間只能工作在一個(gè)信道頻率，為實(shí)現(xiàn)信號(hào)跳轉(zhuǎn)而不發(fā)生碰撞特制定如下步驟：
①先掃描信道的質(zhì)量，然后選擇信號(hào)最好的鏈路作為接收信道。MC13192本來具有信道能量檢測(cè)功能，在Freescale公司提供的SMAC中，只需在應(yīng)用時(shí)調(diào)用MLMEEnergyDetect()原語。但是由于本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)為了在多跳時(shí)不發(fā)生碰撞，發(fā)送終端節(jié)點(diǎn)每發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)包都要調(diào)用一個(gè)約50 ms的子程序，此信道空閑間隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于128μs，導(dǎo)致積分區(qū)間很可能落在空閑段，故不能直接采用。為此，跳轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)采取設(shè)定某信道為接收信道，然后調(diào)用 MLMELinkQuality()原語的方式。MLMELinkQuality()原語給出的鏈路質(zhì)量值是建立在上一個(gè)成功接收的基礎(chǔ)上的，故而可以對(duì)本設(shè)計(jì)的稀疏數(shù)據(jù)方式奏效。跳轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)在每個(gè)信道上輪流操作鏈路質(zhì)量評(píng)估，最終選擇質(zhì)量最好的信道作為接收信道。
②以模16下推一個(gè)信道作為發(fā)送信道。
本設(shè)計(jì)的應(yīng)用場合中一旦形成拓?fù)渚筒辉佥p易發(fā)生變動(dòng)。例如會(huì)展時(shí)在每個(gè)展覽品的底部添加傳感器模塊，那么在會(huì)展開始時(shí)讓鏈路自動(dòng)尋找路由，會(huì)展期問就無需再變動(dòng)。所以單純地向下遞推一個(gè)空閑信道作為發(fā)送信道是完全可行的。安裝網(wǎng)絡(luò)時(shí)只要依地理位置的遠(yuǎn)近順次開啟傳感模塊開關(guān)，即可自組織一條路徑。監(jiān)控主節(jié)點(diǎn)與通用計(jì)算機(jī)以串口線相連，通過在通用計(jì)算機(jī)上運(yùn)行監(jiān)控程序，對(duì)節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行分揀，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。
2．3 新的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)
上一節(jié)介紹的多頻多跳的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)只是在實(shí)際運(yùn)用中的一次簡單嘗試，重在實(shí)現(xiàn)。信道的分配只在最初網(wǎng)絡(luò)初始化時(shí)進(jìn)行一次。如果要在實(shí)際中進(jìn)行大規(guī)模運(yùn)用，還需考慮很多其他問題。具體而言，本文認(rèn)為一個(gè)較為完善的認(rèn)知無線電 ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)應(yīng)該按照如下的過程進(jìn)行通信：
①檢測(cè)頻譜空穴；
②依據(jù)空穴建立信道；
③數(shù)據(jù)傳輸；
④持續(xù)檢測(cè)頻譜空穴變動(dòng)情況，情況不佳時(shí)更改信道使用；
⑤重復(fù)步驟②～④。
因?yàn)槿绻l(fā)送節(jié)點(diǎn)依據(jù)信道質(zhì)量做出了調(diào)整，各個(gè)接收節(jié)點(diǎn)本身不知道發(fā)送節(jié)點(diǎn)所要采用的頻率，可以另外設(shè)一個(gè)公用的信道用于協(xié)商對(duì)話。例如每個(gè)節(jié)點(diǎn)的 MC13192都選擇16個(gè)信道中的第一個(gè)信道為公用信道，當(dāng)它要改變信道時(shí)就在該公用信道上發(fā)送信息，說明要切換到的信道。
2．4 新的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)
采用多頻多跳的組網(wǎng)方式解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用時(shí)分復(fù)用的方法對(duì)信道的利用率不高的問題，充分利用了現(xiàn)代高級(jí)無線射頻芯片對(duì)信道占用情況的能量檢測(cè)功能，從認(rèn)知無線電的角度解決了傳統(tǒng)組網(wǎng)應(yīng)用的編程設(shè)置復(fù)雜、浪費(fèi)信道資源、相鄰節(jié)點(diǎn)無線信道相互干擾的問題。多頻多跳的組網(wǎng)方式在小范圍組建的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有充分利用通信機(jī)會(huì)、組網(wǎng)簡單、開發(fā)容易、鄰節(jié)點(diǎn)干擾小、無需特殊同步路由算法的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的Ad-hoc中，MAC方案所采用的信道是靜態(tài)分配的，而本文提出的新方案采用的信道是動(dòng)態(tài)的。

結(jié) 語
認(rèn)知無線電技術(shù)是在軟件無線電技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的智能無線電通信技術(shù)，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(shù)從概念到應(yīng)用尚面臨很多挑戰(zhàn)，尤其是許多關(guān)鍵技術(shù)有待突破。
本文將認(rèn)知無線電思想在基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行了嘗試，建立起一種多頻多跳的網(wǎng)絡(luò)，從而有效地提高了頻譜的利用效率，同時(shí)避免了同信道干擾。該組網(wǎng)方式無需復(fù)雜的同步、路由算法。此外本文給出了優(yōu)化的完全動(dòng)態(tài)頻譜分配的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(shù)中嘗試。可以預(yù)見，隨著研究的深入，一旦認(rèn)知無線電技術(shù)投入使用，將提供更為靈活的頻譜管理機(jī)制和更為高效的頻譜利用率，以滿足越來越強(qiáng)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。