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的民用/商用应用领域,一直到数字化战场全谱战斗空间的监视,检测与跟踪等军事作战领域.国内外研究现状
传感器网络系统是当今前沿性的热点研究方向之一,有着巨大的科学意义和应用前景,被认为是将对21世纪产生巨大影响力的高技术之一.2003年2月份的美国《技术评论》杂志评选出对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术[2],传感器网络即被列为第一.传感器网络系统己引起了世界各国学术界,军事部门工业界的极大关注.
信息工业界巨头如微软公司等也开始了传感器网络方面的工作,纷纷设立或启动相应的行动计划.欧盟2002年开始实施为期3年的EYES(自组织和协作有效能量的传感器网络)计划.2004年3月,日本总务省成立"泛在传感器网络(UbiquitousSensorNetwork)"调查研究会.
国外的一些着名大学,如加州大学洛杉矶分校,康奈尔大学,麻省理工学院和加州大学伯克利分校等也先后开展了传感器网络方面的研究工作.加州大学洛杉矶分校在生态监控方面研究了小气批
主要研究方向
1.新型智能传感器关键技术和传感系统
传感器网络系统的性能很大程度上取决于作为网络节点的智能传感器的性能.智能传感器是目前国际传感器领域的一个热点问题,其科学意义和应用价值,己引起了世界各国学术界,军事部门和工业界的极大关注.
2传感器网络的网络协议研究
网络协议是传感器网络系统的一个非常重要的研究方向.该方向重点研究传感器网络的分布式自治系统及关键技术,适用于传感器网络的网络通信协议,支持传感器网络通信的各种协议,时间同步,任务分配与协调控制以及相应的软硬件资源等.网络协议的重点研究目标就是如何设计能量高效的传感器网络系统,即如何优化MAC协议和路由协议,来延长网络生存时间.传感器网络的网络协议是传感器网络其它核心技术和支撑技术的基础.对其协议的研究包括:(1)MAC层协议研究,(2)能量高效的路由协议,(3)节点自定位技术.
几种短距离无线通信技术的性能比较
目前,短距离无线通信技术,除ZigBee技术外,还存在许多其他技术,它们各有各的特色,下文将ZigBee技术与这些相关技术作简单的分析比较,可以更好的了解它们各自的技术性能和应用领域.这些技术分别是红外,家庭无线射频技术,蓝牙,超带宽,IEEE802.11x和无线射频识别技术.
1993年,由20多个大厂商发起成立了红外[8]数据协会(IrDA:InfraredDataAssociation),统一了红外通信标准,该标准采用850mm的红外光传输数据信息,红外信号要求设备之间必须具有无障碍的直线信道,通信距离通常最大不超过l0m,并且,通信角度不能超过30度.红外的数据传输速率较快,最初为4Mbps,目前己经能够达到16Mbps.
家庭无线射频技术[9](HomeRF)无线联网标准是由Proxim,西门子,摩托罗拉,康柏电脑等技术巨头于1998年发起组建的HomeRF工作组负责研发的,其研发初衷旨在为家庭无线联网提供一种组网方便,易用,成本低廉的通用性标准.它汲取了IEEE802:11等无线标准的优势,能够有效降低话音和数据传输的成本,可提供1-2Mbps的数据传输带宽,新的HomeRF2.x标准的最高数据传输带宽可以达到10Mbps,该技术的工作频率为2.4GHz,可以连接127个设备.
1998年5月:瑞典爱立信,芬兰诺基亚,日本东芝,美国IBM和Intel等5家公司联合提出了蓝牙[10](Bluetooth)技术.1999年下半年,业界巨头微软,摩托罗拉,3COM,朗讯和蓝牙特别兴趣小组5家公司共同发起成立了蓝牙技术推广组织,从而在全球范围内掀起了一股蓝牙潮.蓝牙技术是一种用于代替便携或固定电子设备上所有使用的电缆或连线的短距离无线通信技术.它工作在2.4GHz的ISM频段上,采用每秒1600次的扩频技术,发射功率为3类,即1mW,10mW和100mW,通信距离为10～100m,传输速率己从720kbps发展到3Mbps,在传输数据信息的同时,还可以传输一路话音信息,这是蓝牙技术的一个重要的特点之一.
超带宽[11](UWB:Ultra-WaveBand)无线通信技术是一种新型的无线通信技术,根据2002年2月14日美国FCC(FederalCommunicationCommission,联邦通信委员会)从信号带宽的角度的确切定义:UWB信号是指"-10dB功率点处的相对带宽大于25%或射频的绝对带宽大于1.5GHz"的信号.该技术的工作频段范围为3.1-10.6GHz,工作带宽为7.5GHz,数据传输速率可达1.5Gbps,传输距离为l0m.
由于这项技术存在信号带宽宽,数据传输速率高,而且,功耗低,隐蔽性好,抗信号多径效果好等优点,因此,这项技术受到了各方面的关注.
Inter网络的迅速发展,进一步加速了无线网络技术的应用和发展,特别是IEEE802.11x[12]技术标准经过了十几年的发展,其技术性能指标得到了极大的提高,其技术性能指标由于所采用的技术和工作的频段不同,它们之间也存在许多差异.
IEEE802.11b,其工作频段为2.4GHz的ISM频段,采用直接序列扩频技术,传输速率为11MBps.aIEEE802.11a,其工作频段为5.2GHz,采用OFDM调制技术,具有较好的抗多径干扰能力,可提供8个信道,可采用6,9,12,18,24,36,48,54Mbps等速率来传输数据.
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无线射频识别[13](RFID:RadioFrequencyIdentification)是一种非接触式的自动识别技术.最简单的RFID系统由标签(Tag),阅读器(Reader)和天线(Antenna)3部分组成,在实际应用中还需要其他硬件和软件的支持.其工作原理并不复杂:标签进入磁场后,接收阅读器发出的射频信号,凭借从感应电流中所获得的能量发送储存在芯片中的产品信息(PassiveTag,无源标签),或者主动发送某一频率的信号(ActiveTag,有源标签),阅读器读取信息并经过解码后,送至中央信息系统进行相关的数据处理.在零售业中,认为RFID是条形码的终结者.
为了更加直观表述和比较这几种短距离无线通信技术的性能,下面通过图1.1和表1.1来进行说明.
图1.1给出了ZigBee技术与其他几种短距离无线通信技术在通信距离,传输速率上的差别.表1.1为几种短距离无线通信技术的性能比较.从中,我们不难看出,无论是ZigBee技术,蓝牙技术,HomeRF技术,红外技术,超宽带技术还是IEEE802.11技术以及RFID技术,它们都具有各自的特点,适用在不同的应用场合,它们之间存在着相互竞争,相互补充的关系,谁也不能完全替代另外一种.
表1.1几种短距离无线通信技术的性能比较
规范工作频率传输速率(Mbps)最大功耗连接设备数安全措施主要用途ZigBee868/915
MHz
2.4GHz0.02,0.04,0.251~3mW216～26432,64,128位密钥家庭,控制,传感器网络红外850mm1.521,4,16数mW2靠短距离,小角度传输保证安全透明可见范围内数据传输,近距离遥控HomeRF2.4GHz1,2100mW12750次/秒跳频家庭无线局域网蓝牙2.4GHz1,2,31～100mW71600次/秒跳频,128位密钥个人网络802.11a2.4GHz11100mW255WEP加密无线局域网802.11b5.2GHz6,9,12,18,24,36100mW255WEP加密无线局域网802.11g2.4GHz54100mW255WEP加密无线局域网RFID5.8GHz0.212不需供电2密钥超市,物流管理
ZigBee技术概述
ZigBee这个字源自于蜜蜂跳Zigzag形状的舞蹈,来通知其他蜜蜂有关花粉位置等资讯,以达到彼此沟通讯息之目的[3],故以此作为新一代无线通讯技术之命名.ZigBee先前亦被称"HomeRFLite","RF-EasyLink"或"FireFly"无线电技术,目前统一称为ZigBee.
ZigBee技术并不是完全独有,全新的标准.它的物理层,MAC层采
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