用无线传感器组成无线传感器网络

　　摘要：物联网的愿景之一是能够测量以前从未测量过的变量。无论应用是监视基础设施老化 (例如桥梁、隧道或电力传输线的老化)，还是实时提供停车及交通信息，都需要无线传感器网络 (WSN) 提供与有线网络类似的性能，而且适合实际部署。传感器网络要能够扩展至包含大量无线节点，而且在很多情况下，需要跨越很长的距离。

　　促进无线传感器网络广泛采用的关键因素

　　无线传感器网络要想得到广泛采用，必须适合实际部署，并能够可靠地运行很多年(通常超过10年)。为了实现这样的目标，无线传感器网络必须满足一些关键要求：

　　● 在任何地方都能够放置传感器 ─测量点必须置于最适合检测的地方，但这种地方未必最适合通信。因此，放置传感器节点的地方常常未必便于通信连接或便于连接电力基础设施，而是常常处于富挑战性的RF环境中(例如，靠近大地、在隧道中、在汽车底下或深入机器内部)。

　　● 很少需要维护─无线传感器网络必须能够在绝大部分情况下进行自我维护，而且任何物理维护(例如更换电池)都必须在无需“上门服务” 或没有技术人员到场的情况下完成。例如，在智能停车应用中，嵌入到街道下面的电池供电传感器仅在满足如下条件时才允许使用：其更换周期与道路定期维修周期相同，而道路定期维修通常为5至7年才进行一次。在其他应用中，无线传感器网络要能够连续使用10年以上。

　　● 通信可靠性─必须能够可靠地与所有传感器通信，尽管这些传感器可能位于非常严苛的RF环境中。

　　● 可扩展性─无线传感器网络必须满足各种类似但又不完全相同的部署要求，例如适合各种网络规模(无线传感器节点数量及覆盖的地域范围)、深度(即节点与数据出口点之间的无线跳转次数)及大小不同的数据流量等。

　　在不可预测的介质上建立可预测的网络

　　如果不做出折中，低功率难以实现─有很多无线传感器联网方法是针对低功耗运行情况而设计的。有些无线网络(例如 ZigBee)仅在网络边缘处的检测设备上实现低功率，但任何传送节点都需要线路功率。其他一些网络则引入了基本的占空比方法，称为“信标”，采用这种方法时，整个网络在很长的时段内停机，处于低功率休眠模式，但是这种方法牺牲了网络可用性和网络总体容量。然而，针对物联网的应用，无线传感器网络必须能够满足规模非常大的网络需求，并按照均匀的时间间隔发布数据。因此挑战是，在不牺牲可靠性或网络可用性的前提下实现低功率。

　　RF环境是不可预测─RF是一种不可预测的通信介质。在有线通信环境中，通信信号通过电缆系统屏蔽，与外界隔离，与此不同，RF露天传播，需要与周围环境互动。但是RF传输源有可能引起有源干扰。较常见的是多径衰落的影响，即RF信号遇到周围表面后，反射回来的异相信号可能衰减 RF信号本身。手机用户每天都会遭遇多径衰落问题，例如手机可能在一个地点信号强度不佳，但是只需移动几厘米，信号强度就可得到改善。此外，多径衰落影响随时间变化而改变，因为附近的反射表面 (例如人、车、门等) 一般会移动。最终结果是，随着时间变化，任何RF通道都会遭遇信号质量显著变化的问题。不过，既然多径衰落对每个RF通道的影响是不同的，那么用通道跳频实现频率多样性，可以最大限度地减小多径衰落的负面影响。因此无线传感器网络面临的挑战就变成，能否在大型网络上采用可多次跳转的跳频方法。

　　时间同步通道跳频网状网络

　　采用凌力尔特公司的Dust Networks产品部率先开发的时间同步通道跳频(Time Synchronized Channel Hopping，简称 TSCH)网状网络，可以实现可靠的低功率无线传感器网络，而且这种网络在某些最严苛的环境中已经得到证实。TSCH已经成为 WirelessHART(IEC62591)等现有工业无线标准的基本构件，也是实现新兴和基于IP协议的无线传感器网络标准的有利部份。

　　在TSCH网络中，每个节点都有一个共同的时间标准，整个网络的准确度在几十微妙内。网络通信安排在各个时隙中，以实现低功率数据包交换、配对的通道跳频和全面的路径多样性。