傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用廣泛，百花齊放 無線傳感器和傳感器網(wǎng)絡(luò)，是具有非常廣泛的市場(chǎng)前景，將會(huì)給人類的生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域帶來深遠(yuǎn)影響的新技術(shù)。美國(guó)的《技術(shù)評(píng)論》雜志在論述未來新興十大技術(shù)時(shí)，更是將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為第一項(xiàng)未來新興技術(shù)，《商業(yè)周刊》 預(yù)測(cè)的未來四大新技術(shù)中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也列入其中。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用廣泛，百花齊放

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著十分廣泛的應(yīng)用前景，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)境、醫(yī)療，數(shù)字家庭，綠色節(jié)能，智慧交通等傳統(tǒng)和新興領(lǐng)域有具有巨大的運(yùn)用價(jià)值，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將無處不在，將完全融入我們的生活。圖一是無線傳感器應(yīng)用示意。

在使用頻段方面，Z-Wave也與ZigBee差距不大，Z-Wave雖不像ZigBee能在2.4GHz頻段使用，但也能在868MHz及908MHz（具體而言是868.42MHz及908.42MHz）的頻段工作，且與ZigBee相同的，868MHz頻段在歐洲地區(qū)運(yùn)用，908MHz（ZigBee位于相近的915MHz）頻段則是在美國(guó)地區(qū)運(yùn)用。

至于無線發(fā)送的調(diào)制，Z-Wave依舊是使用原有的GFSK（Gaussian Frequency Shift Keying）方式。相對(duì)的，ZigBee在868MHz與915MHz頻段是使用BPSK（Binary Phase-Shift Keying）調(diào)制，而在2.5GHz頻段是使用正交式QPSK（Quadrature Phase-Shift Keying）調(diào)制

歐洲與美國(guó)地區(qū)的差異

若更進(jìn)一步了解，可以發(fā)現(xiàn)Z-Wave技術(shù)與今日其它新推行的無線技術(shù)一樣，經(jīng)常遭遇到各地區(qū)電信法規(guī)的不同限制，而必須做出各種的因應(yīng)與妥協(xié)。

舉例而言，Z-Wave在歐洲所使用的868MHz頻段，在法規(guī)上有占空比不得大于百分之一的限制，也就是說：Z-Wave真正在進(jìn)行無線信號(hào)發(fā)送的時(shí)間與沒有在發(fā)送無線信號(hào)的時(shí)間，比例是1：99，若將時(shí)間刻度放大來解釋，即是發(fā)送1秒鐘的無線信號(hào)后，必須停止、閑置99秒，之后才能進(jìn)行第二次發(fā)送，且發(fā)送時(shí)間一樣只能持續(xù)一秒，接下來又是長(zhǎng)達(dá)99秒的等待。很明顯的，此項(xiàng)法規(guī)的限制也使Z-Wave不易提升其傳輸率。

當(dāng)然，在長(zhǎng)達(dá)99秒的等待過程中，Z-Wave節(jié)點(diǎn)（或稱：裝置）可以進(jìn)入休眠的省電狀態(tài)，藉此來降低功耗、節(jié)省用電，此方面Z-Wave已能達(dá)0.1%的占空比，同樣以時(shí)間刻度放大的角度來說明，若一樣以100秒為一個(gè)周期單位，Z-Wave可以只工作0.1秒，其余99.9秒的時(shí)間都在休眠。

雖然Z-Wave在歐洲的868MHz頻段上有占空比的限制，但相對(duì)的在美國(guó)908MHz頻段上就沒有這項(xiàng)限制，所以理論上Z-Wave日后可以在908MHz頻段上有更高的速率提升空間。

不過，美國(guó)的908MHz頻段卻也有另一項(xiàng)缺點(diǎn)，即是對(duì)發(fā)送功率進(jìn)行限制，其發(fā)送功率不得高于1毫瓦，相對(duì)的歐洲在這方面的規(guī)范反而較寬松，只要在25mW內(nèi)都屬合法使用，發(fā)送功率限制的結(jié)果也會(huì)連帶限制Z-Wave的發(fā)送距離、無線覆蓋率。至于ZigBee方面目前的最大發(fā)送功率也是在1mW（0dBm）內(nèi)。

二者間技術(shù)上的差異

既然談及發(fā)送距離，那么也必須比較Z-Wave與ZigBee間的發(fā)射差異，Z-Wave的發(fā)送距離為100英呎（約30公尺），且要達(dá)到如此距離必須在電波的傳送路徑上沒有任何阻擋，然而這并不表示Z-Wave無法進(jìn)行穿透性傳輸，Z-Wave的無線發(fā)送依舊可以穿墻收發(fā)，不過穿越阻隔物的代價(jià)是減損傳輸距離，目前Z-Wave陣營(yíng)尚未公布穿透性傳輸表現(xiàn)的相關(guān)信息，只以不同的穿透材質(zhì)而有不同的距離折損來說明。

同樣的，ZigBee方面也并未有完整具體的傳輸距離信息，僅有32英呎～246英呎（10公尺～75公尺）的概略描述，且一樣表示必須依據(jù)實(shí)際發(fā)送的環(huán)境而定。

Z-Wave與ZigBee之間除了傳輸速度、傳輸距離有別之外，在節(jié)點(diǎn)數(shù)目、拓樸型態(tài)、安全加密上也都各有不同。

首先是節(jié)點(diǎn)數(shù)目，此方面Z-Wave并未有所改變，依舊是每個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)最多232個(gè)節(jié)點(diǎn)，若想與更多節(jié)點(diǎn)聯(lián)系，就必須使用跨網(wǎng)的橋接（Bridge）技術(shù)才行。

至于ZigBee方面，ZigBee的節(jié)點(diǎn)尋址達(dá)16-bit，理論上可以達(dá)65,536個(gè)節(jié)點(diǎn)，此遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過Z-Wave，此外ZigBee還能選用更大范疇的64-bit尋址，如此節(jié)點(diǎn)數(shù)就不可限量。更進(jìn)一步的，IETF已擬定讓ZigBee與IPv6接軌整合的6loWPAN（全稱為：IPv6 over Low power WPAN），ZigBee節(jié)點(diǎn)將可以廣大Internet結(jié)合，這些方面Z-Wave都無法比擬。

另外在連接拓樸方面，Z-Wave只有一種拓樸型態(tài)，即是網(wǎng)狀（Mesh），而ZigBee除了也有網(wǎng)狀拓樸外，也支持星狀（Star）、叢集狀（Cluster）等拓樸。值得注意的是，各節(jié)點(diǎn)除了自身所需的信號(hào)收發(fā)外，也會(huì)代為中繼傳遞其它節(jié)點(diǎn)的信號(hào)，無論是自身需求的收發(fā)或轉(zhuǎn)傳其它節(jié)點(diǎn)的信號(hào)，該節(jié)點(diǎn)都會(huì)脫離休眠狀態(tài)而進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，而經(jīng)常扮演中繼工作的節(jié)點(diǎn)將比其它節(jié)點(diǎn)更為忙碌，功耗也會(huì)較多，所以在實(shí)際布建時(shí)的設(shè)計(jì)規(guī)劃上，也會(huì)盡量以非使用電池運(yùn)行的裝置來?yè)?dān)任忙碌型中繼的角色。

至于安全加密方面，ZigBee使用128-bit的AES對(duì)稱加密，而Z-Wave則是尚未有任何加密的設(shè)計(jì)，這其實(shí)不難想象，在Z-Wave最初只有9.6kbps的傳輸帶寬下，若再進(jìn)行加密性傳輸，則實(shí)質(zhì)數(shù)據(jù)的傳遞量將會(huì)更少，因此不太可能在9.6kbps中再行加密，不過Z-Wave將速率提升至40kbps后，也應(yīng)該開始考慮提供加密的措施。

二者間在應(yīng)用領(lǐng)域的差異

平心而論，Z-Wave在訂立之初就以家庭自動(dòng)化應(yīng)用為目標(biāo)，而ZigBee則是追求更廣泛應(yīng)用為目標(biāo)，兩者各在最初指導(dǎo)思想就有不同的考慮，自然在規(guī)格上也有諸多落差，此實(shí)不能單就規(guī)格數(shù)據(jù)表現(xiàn)來論斷。

特別是Z-Wave獲得Cisco、Intel、Microsoft等資通訊大廠的支持后，Z-Wave已從單純的家庭自動(dòng)化應(yīng)用，開始擴(kuò)展延伸到數(shù)字家庭領(lǐng)域，甚至是家庭自動(dòng)化與數(shù)字家庭的接軌整合等，加上Z-Wave的各項(xiàng)技術(shù)仍在持續(xù)提升，從9.6kbps增進(jìn)到40kbps可說是該陣營(yíng)的一大鼓舞，同時(shí)也是給ZigBee更大的競(jìng)爭(zhēng)

此外，ZigBee原先期望也用于PC外圍或消費(fèi)性電子的游戲玩具中，但就目前來看，無論是PC所用的無線鼠標(biāo)、無線鍵盤，還是Nintendo Wii的無線游戲控制器、Sony PlayStation 3的無線游戲控制器，都是使用藍(lán)牙而非ZigBee，加上藍(lán)牙芯片已多年大量量產(chǎn)，組件的量?jī)r(jià)均攤已達(dá)高度成熟，ZigBee當(dāng)初設(shè)定以更低價(jià)格取代藍(lán)牙在控制領(lǐng)域應(yīng)用，此一構(gòu)想的實(shí)現(xiàn)難度也日益增高。

由此來看，現(xiàn)在最需要擔(dān)心的反而不是規(guī)格表現(xiàn)偏弱的Z-Wave，反而是追求應(yīng)用領(lǐng)域最大化的ZigBee，很有可能落入“樣樣通、樣樣松”的結(jié)果。 Z-Wave占據(jù)家庭（家庭自動(dòng)化、數(shù)字家庭；Bluetooth擁有信息（無線鍵盤/鼠標(biāo)）、通訊（無線耳機(jī)/話筒）、消費(fèi)性電子（電玩控制器），或許最后最適合ZigBee的將會(huì)落在工控、醫(yī)療等領(lǐng)域。

節(jié)約能量以提高網(wǎng)絡(luò)壽命是傳感器網(wǎng)絡(luò)研究面臨的重要挑戰(zhàn)網(wǎng)內(nèi)聚集查詢?cè)谥虚g節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，可以減少消息傳送的數(shù)量或者大小，從而實(shí)現(xiàn)能量的有效利用，但是，目前的聚集查詢研究假設(shè)采樣數(shù)據(jù)都是正確的．而目前的異常檢測(cè)算法以檢測(cè)率作為首要目標(biāo)，不考慮能量的消耗，也不考慮查詢的特點(diǎn)．所以將兩方面的研究成果簡(jiǎn)單地結(jié)合在一起并不能產(chǎn)生很好的效果．

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，RAA算法在能量消耗和異常檢測(cè)率方面都優(yōu)于TAG Voting．

傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetwork）綜合了微電子技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，能夠協(xié)同地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)其進(jìn)行處理，處理后的信息通過無線方式發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送給觀察者。

傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和無線通信技術(shù)，能夠協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)其進(jìn)行處理，傳送到這些信息的用戶．傳感器網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的一個(gè)新的研究領(lǐng)域，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視．

中國(guó)傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組成員企業(yè)

智能拍照裝置實(shí)用新型專利（證書號(hào)第1641273號(hào)）

物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)光傳輸設(shè)備軟件著作權(quán)（軟著登字第0189397號(hào)）

物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備軟件著作權(quán)（軟著登字第0189402號(hào)）

物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)圖像監(jiān)控拍照系統(tǒng)（A-digiMonitor）軟件著作權(quán)（軟著登字第0189399號(hào)）

物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)集中監(jiān)控綜合管理軟件著作權(quán)（軟著登字第0313561號(hào)）

物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)分布天線智能巡查管理軟件著作權(quán)（軟著登字第0313549號(hào)）

高新技術(shù)企業(yè)

山東省創(chuàng)新型試點(diǎn)企業(yè)

國(guó)家計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)集成資質(zhì)

科技部新型廣域傳感技術(shù)戰(zhàn)略聯(lián)盟成員

國(guó)家電子標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)工作組成員

全國(guó)傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組成員

ISO9001質(zhì)量管理體系證書

ISO14001環(huán)境管理體系證書

OHSAS18001職業(yè)健康和安全管理體系證書

武器裝備質(zhì)量體系認(rèn)證證書

RFID通道產(chǎn)品通過山東省公安廳批準(zhǔn)備案

長(zhǎng)距離射頻通道機(jī)通過國(guó)家電子計(jì)算機(jī)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心產(chǎn)品檢驗(yàn)

門禁控制器通過公安部第一研究所檢驗(yàn)

光纖/射頻產(chǎn)品通過國(guó)家電子計(jì)算機(jī)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心認(rèn)證

光纖傳感產(chǎn)品通過國(guó)家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心認(rèn)證（10KM國(guó)內(nèi)唯一通過）

光纖傳感產(chǎn)品通過中國(guó)電力科學(xué)研究院高壓所檢測(cè)

小型熱轉(zhuǎn)印打印機(jī)榮獲“國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)”

集團(tuán)公司被信息產(chǎn)業(yè)部評(píng)為“科技創(chuàng)新先進(jìn)集體”

RFID讀寫器獲得山東省技術(shù)創(chuàng)新成果一等獎(jiǎng)

榮獲“中國(guó)RFID與物聯(lián)網(wǎng)2010年度評(píng)選活動(dòng) - 讀寫器優(yōu)秀企業(yè)獎(jiǎng)”

基于RFID技術(shù)海上單兵搜救系統(tǒng)獲得“解放軍總后勤部科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)”

威海市經(jīng)信委與北洋聯(lián)合獲得2010年中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)大賽一等獎(jiǎng)（數(shù)字化城管）

2011年智能書架產(chǎn)品榮獲“國(guó)家金卡工程金螞蟻獎(jiǎng)”創(chuàng)新產(chǎn)品獎(jiǎng)

2011年電子信息百?gòu)?qiáng)企業(yè)和中國(guó)軟件業(yè)務(wù)收入前百家企業(yè)

本書全面、系統(tǒng)地介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念、主要問題和有效的解決方案。重點(diǎn)關(guān)注網(wǎng)絡(luò)方面,覆蓋了最重要的網(wǎng)絡(luò)問題,包括網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、媒體訪問控制、路由和數(shù)據(jù)分發(fā)、節(jié)點(diǎn)分族、節(jié)點(diǎn)定位、查詢處理和數(shù)據(jù)融合、傳輸和服務(wù)質(zhì)量、時(shí)間同步、網(wǎng)絡(luò)安全和傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。 本書融入了該領(lǐng)域內(nèi)國(guó)際頂尖專家的研究成果,既闡述基本概念,又注重實(shí)用技術(shù),使讀者首次從網(wǎng)絡(luò)的角度深入理解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本書可供科研人員閱讀,也可作為電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)、通信工程等專業(yè)的研究生輔助教材。