（3）家用射頻（HomeRF）技術

　　家用射頻工作組（Home Radio Frequency Working Group，HomeRF WG）成立于1998年3月，是由美國家用射頻委員會領導的，首批成員包括：英特爾、IBM、康柏、3Com、飛利浦（Philips）、微軟、摩托羅拉等公司，其主旨是在消費者能夠承受的前提下，建設家庭中的互操作性語音和數據網絡。家用射頻工作組于1998 年即制定了共享無線訪問協議（Shared Wireless Access Protocol SWAP），該協議主要針對家庭無線局域網。該協議的數據通信采用簡化的IEEE 802.11協議標準，沿用了以太網載波偵聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）技術；其語音通信采用DECT（Digital Enhanced Cordless Telephony）標準，使用時分多址（TDMA）技術。家用射頻工作頻段是2.4GHz，最初支持數據和音頻最大數據的傳輸速率為2Mbps，在新的家用射頻2.x 標準中采用了WBFH（Wide Band Frequency Hopping 寬帶跳頻）技術，增加跳頻調制功能，數據帶寬峰值可達10Mbps，已經能夠滿足大部分應用。

　　2000年左右家用射頻技術的普及率一度達到45%，但由于技術標準被控制在數十家公司手中，并沒有像紅外技術一樣開放，特別是802.11b標準的出現，從2001年開始，家用射頻的普及率驟然降至30%，2003年家用射頻工作組更是宣布停止研發和推廣，曾經風光無限的家用射頻終于退出無線個域網的歷史舞臺，尤如曇花一現。

　　3. 路由及高層標準

　　在前面討論的底層標準的基礎之上，已經出現了一些包括了路由及應用層的高層協議標準，主要包括zigbee/IEEE 802.15.4、6LowPAN、IEEE1451.5（無線傳感通信接口標準）等，另外，Z-Wave聯盟、Cypress （Wireless USB傳感器網絡）等也推出了類似的標準，但是在專門為無線傳感器網絡設計的標準出來以前，zigbee無疑是最受寵愛的，也受到了較多的應用廠商的推崇，這里簡單介紹一下。

　　（1） zigbee協議規范

　　zigbee聯盟成立于2001年8月，最初成員包括：霍尼韋爾（Honeywell）、Invensys、三菱（MITSUBISHI）、摩托羅拉和飛利浦等，目前擁有超過200多個會員。zigbee 1.0（Revision 7）規格正式于2004年12月推出，2006年12月，推出了zigbee 2006（Revision 13），即1.1版，2007年又推出了zigbee 2007 Pro，2008年春天又有一定的更新。zigbee技術具有功耗低、成本低、網絡容量大、時延短、安全可靠、工作頻段靈活等諸多優點，目前是被普遍看好的無線個域網解決方案，也被很多人視為無線傳感器網絡的事實標準。

　　zigbee聯盟對網絡層協議和應用程序接口（Application Programming Interfaces，API）進行了標準化。zigbee協議棧架構基于開放系統互連模型七層模型，包含IEEE 802.15.4標準以及由該聯盟獨立定義的網絡層和應用層協議。zigbee所制定的網絡層主要負責網絡拓撲的搭建和維護，以及設備尋址、路由等，屬于通用的網絡層功能范疇，應用層包括應用支持子層（Aplication Support Sub-layer，APS）、zigbee設備對象（zigbee Device Object，ZDO）以及設備商自定義的應用組件，負責業務數據流的匯聚、設備發現、服務發現、安全與鑒權等。

　　另外，zigbee聯盟也負責zigbee產品的互通性測試與認證規格的制定。zigbee聯盟定期舉辦ZigFest活動，讓發展zigbee產品的廠商有一個公開交流的機會，完成設備的互通性測試；而在認證部分，zigbee聯盟共定義了3種層級的認證：第一級（Level 1）是認證物理層與介質訪問控制層，與芯片廠有最直接的關系；第二級（Level 2）是認證zigbee 協議棧（Stack），又稱為zigbee兼容平臺認證（Compliant Platform Certification）；第三級（Level 3）是認證zigbee產品，通過第三級認證的產品才允許貼上zigbee的標志，所以也稱為zigbee標志認證（Logo Certification）。

　　協議芯片是協議標準的載體，也是最容易體現知識產權的一種形式。目前市場上出現了較多的zigbee芯片產品及解決方案，有代表性的包括：Jennic的JN5121/JN5139，Chipcon的CC2430/CC2431（被TI收購）及Freescale MC13192，Ember的EM250 zigbee等系列的開發工具及芯片，表 1對這些芯片指標進行了比較。

　　（2） IEEE 1451.5標準

　　除了以上兩種通用規范以外，在無線傳感器網絡的不同應用領域，也正在醞釀著特定行業的專用標準，如電力水力、工業控制、消費電子、智能家居等。這里以工控領域為例簡單討論一下IEEE1451.X，當然工業標準紛繁復雜，最近正在制定專門面向工業自動化應用的無線技術標準ISA SP100，有很多中國工業及學術界同仁努力參與了該標準的制定工作。

　　IEEE1451標準族是通過定義一套通用的通信接口，以使工業變送器（傳感器+執行器）能夠獨立于通信網絡，并與現有的微處理器系統、儀表儀器和現場總線網絡相連，解決不同網絡之間的兼容性問題，并最終能夠實現變送器到網絡的互換性與互操作性。IEEE1451標準族定義了變送器的軟硬件接口，將傳感器分成兩層模塊結構。第一層用來運行網絡協議和應用硬件，稱為網絡適配器（Network Capable Application Processor， NCAP）；第二層為智能變送器接口模塊（Smart Transducer Interface Module， STIM），其中包括變送器和電子數據表格TEDS。IEEE1451工作組先后提出了五項標準提案（IEEE1451.1—IEEE1451.5），分別針對了不同的工業應用現場需求，其中IEEE1451.5為無線傳感通信接口標準。

　　IEEE1451.5標準提案于2001年6月最新推出，在已有的IEEE1451柜架下提出了一個開放的標準無線傳感器接口，以滿足工業自動化等不同應用領域的需求。IEEE1451.5盡量使用無線的傳輸介質，描述了智能傳感器與網絡適配器模塊之間的無線連接規范，而不是網絡適配器模塊與網絡之間的無線連接，實現了網絡適配器模塊與智能傳感器的IEEE 802.11、Bluetooth、zigbee無線接口之間的互操作性。IEEE1451.5提案的工作重點在于制定無線數據通信過程中的通信數據模型和通信控制模型。IEEE1451.5建議標準必須對數據模型進行具有一般性的擴展以允許多種無線通信技術可以使用，主要包括兩方面：一是為變送器通信定義一個通用的服務質量（QOS）機制，能夠對任何無線電技術進行映射服務，另外對每一種無線射頻技術都有一個映射層用來把無線發送具體配置參數映射到服務質量機制中。關于該標準具體內容，這里就不再詳細討論了。

　　（3）.6LowPan草案

　　無線傳感器網絡從誕生開始就與下一代互聯網相關聯，6LowPan（IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Network）就是結合這兩個領域的標準草案。該草案的目標是制定如何在LowPAN（低功率個域網）上傳輸IPv6報文。當前LowPAN采用的開放協議主要指前面提到的IEEE802.15.4 介質訪問控制層標準，在上層并沒有一個真正開放的標準支持路由等功能。由于IPv6是下一代互聯網標準，在技術上趨于成熟，并且在LowPan上采用IPv6協議可以與IPv6網絡實現無縫連接，因此互聯網工程任務組（IETF， Internet Engineering Task Force，）成立了專門的工作組制定如何在802.15.4協議上發送和接收IPv6報文等相關技術標準。

　　在802.15.4上選擇傳輸IPv6報文主要是因為現有成熟的IPv6技術可以很好地滿足LowPan互聯層的一些要求。首先在LowPan網絡里面很多設備需要無狀態自動配置技術，在IPv6鄰居發現（Neighbor Discovery）協議里基于主機的多樣性已經提供了兩種自動配置技術：有狀態自動配置與無狀態自動配置。另外在LowPan網絡中可能存在大量的設備，需要很大的IP地址空間，這個問題對于有著128位IP地址的IPv6協議不是問題；其次在包長受限的情況下，可以選擇IPv6的地址包含802.15.4介質訪問控制層地址。

　　IPv6與802.15.4協議的設計初衷是應用于兩個完全不同的網絡，這導致了直接在802.15.4上傳輸IPv6報文會有很多的問題。首先兩個協議的報文長度不兼容，IPv6報文允許的最大報文長度是1280字節，而在802.15.4的介質訪問控制層最大報文長度是127字節。由于本身的地址域信息（甚至還需要留一些字節給安全設置）占用了25個字節，留給上層的負載域最多102個字節，顯然無法直接承載來自IPv6網絡的數據包；其次兩者采用的地址機制不相同，IPv6采用分層的聚類地址，由多段具有特定含義的地址段前綴與主機號構成；而在802.15.4中直接采用64位或16位的扁平地址；另外，兩者設備的協議設計要求不同，在IPv6的協議設計時沒有考慮節省能耗問題。而在802.15.4很多設備都是電池供電，能量有限，需要盡量減少數據通信量和通信距離，以延長網絡壽命；最后，兩個網絡協議的優化目標不同，在IPv6中一般關心如何快速地實現報文轉發問題，而在802.15.4中，如何在節省設備能量的情況下實現可靠的通信是其核心目標。

　　總之，由于兩個協議的設計出發點不同，要IEEE802.15.4支持IPv6數據包的傳輸還存在很多技術問題需要解決，如報文分片與重組、報頭壓縮、地址配置、映射與管理、網狀路由轉發、鄰居發現等，在這里就不再一一討論了。

　　4. 國內標準化及國際化

　　近幾年來，國內無線傳感器網絡領域的標準化工作在全國信息技術標準化技術委員會（簡稱信標委）推動下，取得了較大進展。信標委經過一年多的醞釀，于2005年11月29日組織國內及海外華人專家，在中國電子技術標準化研究所召開了第一次“無線個域網技術標準研討會”，討論了無線個域網標準進展狀況、市場分析及標準制定等事宜，會議建議將無線傳感器網絡納入無線個域網范疇，并成立了專門的興趣小組（另外還有低速無線個域網、超寬帶等興趣小組），自此中國無線傳感器網絡標準化工作邁出了第一步。

　　工作組經過國內三十多個科研及產業實體近兩年的共同努力，先后組織了八次全國范圍的技術研討會，提出了低速無線個域網使用的780MHz（779-787 MHz） 專用頻段及相關技術標準，獲得國家無管委的正式批準（日本使用950MHz、美國使用915MHz）。針對該頻段，工作組提出了擁有自主產權的MPSK 調制編碼技術，擺脫了國外同類技術的專利束縛。2008年3月3日到4日，工作組對《信息技術 系統間遠程通信和信息交換 局域網和城域網特定要求第15.4部分：低速率無線個域網（WPAN）物理層和媒體訪問控制層規范》意見函進行了投票，并通過了780MHZ工作頻段采用MPSK和O-QPSK 調制編碼技術提案作為低速率無線個域網共同可選（Co-alternative）的物理層技術規范（MPSK和O-QPSK分別由中國和美國相關團體提出，并各自擁有知識產權），即LR-WPAN可以采用MPSK和OQPSK其中之一，或共同使用，并最終將形成IEEE 802.15.4c標準。另外，由中國及華人專家主要負責起草的包括了MAC/PHY兩層協議的IEEE 802.15.4e也在順利推進中（在IEEE 802.15.4—2006 介質訪問控制中加入工業無線標準支持ISA SP-100.11a，并兼容IEEE 802.15.4c）。這是國內標準化工作的一個重要進展，也是我國參與國際標準制定的重要一步。計算所是這個工作組的正式會員單位之一，參與了其中的一些工作。

　　最近，國內及國際無線傳感器網絡的標準化工作又取得了新的發展。首先，國標委已正式批復無線傳感器網絡從無線個域網工作組中分離出來，成立了直屬于全國信息技術標準化管理委員會的無線傳感器網絡標準工作組（秘書處現掛靠微系統所，計算所作為其成員單位之一，將致力于該標準的制定工作）。工作組預計于2008年4月10日左右完成籌備工作，這標志著傳感器網絡的標準化工作向前邁進了一大步；其次，國際標準化組織也成立了ISO/IEC JTC1/SGSN研究小組，開始了傳感器網絡相關國際標準的制定。中國和美國、韓國、日本等國家一起作為重要成員單位參與其中。其第一次會議也將于2008年6月底在中國上海隆重召開。會議不但有國內外相關領域專家對其中若干關鍵問題展開技術討論，也會有眾多從事傳感器網絡應用的企業攜最新產品參加展覽。與此同時，各會員國將對傳感器網絡標準框架開展深入探討，為標準草案的詳細設計奠定基礎。

　　標準是連接科研和產業的紐帶，而芯片正是標準的最直接的實現形式。參與標準化工作，特別是參與國際標準的制定，對提升我國產品的競爭力和技術水平，占領行業制高點，有著舉足輕重的作用。制定標準的最終目的還是為提升產業水平、滿足產品國際化、保護自主知識產權、兼容同類或配套產品等方面提供便利。如果我們能參與無線傳感器網絡相關的國內和國際標準的制定，就會在本領域的芯片設計、方案提供及產品制造等方面獲得有力保障。系統芯片作為標準最直接的體現形式，將是無線傳感器網絡應用系統的關鍵部件，不但是成本的主要決定因素，更是知識產權的主要體現形式。缺少產業的標準顯得蒼白無力，只是一紙空文；缺少芯片的標準制定顯得有名無實，只是紙上談兵。但是，目前國內在芯片設計及產業化（特別是射頻芯片）方面的水平都較低，能力比較弱，這是無線傳感器網絡領域亟需取得突破的兩個關鍵環節。標準制定和通信芯片是目前傳感器網絡領域的兩個不可或缺的方面。