无线传感器网络作为一门面向运用的研讨范畴，在近几年获得了飞速开展。在关键技能的研制方面，学术界从网络协议、数据交融、测验丈量、操作体系、服务质量、节点定位、时刻同步等方面展开了许多研讨，获得丰盛的效果；工业界也在环境监测、军事方针盯梢、智能家居、主动抄表、灯火操控、建筑物健康监测、电力线监控等范畴进行运用探究。跟着运用的推行，无线传感器网络技能开端暴露出越来越多的问题。不同厂商的设备需求完结互联互通，且要防止与现行体系的彼此搅扰，因而要求不同的芯片厂商、计划供给商、产品供给商及相关设备供给商到达必定的默契，齐心协力完结方针。这便是无线传感器网络规范化作业的布景。实际上，因为规范化作业联系到多方的经济利益乃至社会利益，往往遭到相关职业的遍及注重，怎么和谐好各方利益，到达一起，需求参加各方具有满足的了解和耐性。
到现在为止，无线传感器网络的规范化作业遭到了许多国家及国际规范安排的遍及重视，现已完结了一系列草案乃至规范规范的拟定。其间最知名的便是IEEE 802.15.4/zigbee规范，它乃至现已被一部分研讨及工业界人士视为规范。IEEE 802.15.4界说了短距离无线通讯的物理层及链路层规范，zigbee则界说了网络互联、传输和运用规范。虽然IEEE802.15.4和zigbee协议现已推出多年，但跟着运用的推行和工业的开展，其根本协议内容现已不能彻底习惯需求，加上该协议仅界说了联网通讯的内容，没有对传感器部件提出规范的协议接口，所以难以承载无线传感器网络技能的愿望与使命；别的，该规范在落地不同国家时，也必定要遭到该国家区域现行规范的束缚。为此，人们开端以IEEE 802.15.4/zigbee协议为根底，推出更多版别以习惯不同运用、不同国家和区域。
虽然存在不完善之处，IEEE 802.15.4/zigbee依然是现在工业界开展无线传感网技能见义勇为的最佳组合。本文将要点介绍IEEE 802.15.4/zigbee协议规范，并恰当顾及传感网技能重视的其他相关规范。当然，无线传感器网络的规范化作业负重致远：首要，无线传感网络究竟仍是一个新式范畴，其研讨及运用都还显得适当年青，工业的需求还不明亮；其次，IEEE 802.15/zigbee并非针对无线传感网量身定制，在无线传感网环境下运用有些问题需求进一步处理；别的，专门针对无线传感网技能的国际规范化作业还刚刚开端，国内的规范化作业组也还刚刚树立。为此，咱们要为规范化作业的顺利完结做好充沛的预备。
1. PHY/MAC 层规范
无线传感器网络的底层规范一般沿袭了无线个域网（IEEE 802.15）的相关规范部分。无线个域网（Wireless Personal Area Network，WPAN）的呈现比传感器网络要早，一般界说为供给个人及消费类电子设备之间进行互联的无线短距离专用网络。无线个域网专心于便携式移动设备（如：个人电脑、外围设备、PDA、手机、数码产品等消费类电子设备）之间的双向通讯技能问题，其典型掩盖规模一般在10米以内。IEEE 802.15作业组便是为完结这一使命而专门设置的，且现已完结一系列相关规范的拟定作业，其间就包含了被广泛用于传感器网络的底层规范IEEE 802.15.4。
（1） IEEE 802.15.4b规范
IEEE 802.15.4规范首要针对低速无线个域网（Low-Rate Wireless Personal Area Network，LR-WPAN）拟定。该规范把低能量消耗、低速率传输、低成本作为要点方针（这和无线传感器网络一起），旨在为个人或许家庭规模内不同设备之间低速互联供给一致接口。因为IEEE 802.15.4界说的LR-WPAN网络的特性和无线传感器网络的簇内通讯有许多相似之处，许多研讨机构把它作为传感器网络节点的物理及链路层通讯规范。
IEEE 802.15.4规范界说了物理层和介质拜访操控子层，契合敞开体系互连模型（OSI）。物理层包含射频收发器和底层操控模块，介质拜访操控子层为高层供给了拜访物理信道的服务接口。图1给出了IEEE 802.15.4层与层之间的联系以及IEEE 802.15.4/zigbee的协议架构，详细参阅［1］
IEEE 802.15.4在物理（PHY）层规划中面向低成本和更高层次的集成需求，选用的作业频率分为868MHz、915MHz和2.4GHz三种，各频段可运用的信道别离有1个、10个、16个，各自供给20kb/s、40kb/s和250kb/s的传输速率，其传输规模介于10米～100米之间。因为规范运用的三个频段是国际电信联盟电信规范化组 （ITUT， ITU TelecommunicaTIon StandardizaTIon Sector）界说的用于科研和医疗的ISM（Industrial ScienTIfic and Medical）敞开频段，被各种无线通讯体系广泛运用。为削减体系间搅扰，协议规定在各个频段选用直接序列扩频（DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum）编码技能。与其他数字编码方法相较，直接序列扩频技能可使物理层的模仿电路规划变得简略，且具有更高的容错功用，合适低端体系的完结。
IEEE 802.15.4在介质拜访操控层方面，界说了两种拜访形式。其一为带抵触防止的载波侦听多路拜访方法（Carrier Sense MulTIple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA）。这种方法参阅无线局域网（WLAN）中IEEE802.11规范界说的DCF 形式，易于完结与无线局域网（WLAN， Wireless LAN）的信道级共存。所谓的CSMA/CA是在传输之前，先侦听介质中是否有同信道（co-channel）载波，若不存在，意味着信道闲暇，将直接进入数据传输状况；若存在载波，则在随机退避一段时刻后从头检测信道。这种介质拜访操控层计划简化了完结自安排（Ad Hoc）网络运用的进程，但在大流量传输运用时给进步带宽运用率带来了费事；一起，因为没有功耗办理规划，所以要完结根据睡觉机制的低功耗网络运用，需求做更多的作业。
IEEE 802.15.4界说的别的一种通讯形式类似于802.11规范界说的PCF 形式，通过运用同步的超帧机制进步信道运用率，并通过在超帧内界说休眠时段，很简略完结低功耗操控。PCF形式界说了两种器材：全功用器材（Full-Function Device，FFD）和简化功用器材（Reduced-function Device，RFD）。FFD设备支撑一切的49个根本参数，而RFD设备在最小装备时只要求它支撑38个根本参数。在PCF形式下，FFD设备作为和谐器操控一切相关的RFD设备的同步、数据收发进程，能够与网络内任何一种设备进行通讯。而RFD设备只能和与其相关的FFD设备互通。在PCF形式下，一个IEEE 802.15.4网络中至少存在一个FFD设备作为网络和谐器（PAN Coordinator），起着网络主操控器的效果，背负簇间和簇内同步、分组转发、网络树立、成员办理等使命。
IEEE 802.15.4规范支撑星型和点对点两种网络拓扑结构，有16位和64位两种地址格局。其间64位地址是全球仅有的扩展地址，16位段地址用于小型网络构建，或许作为簇内设备的辨认地址。IEEE 802.15.4b规范具有多个变种，包含了低速超宽带的IEEE 802.15.4a，及最近我国正在着力推动的IEEE 802.15.4c和IEEE 802.15.4e，以及日本首要推动的IEEE 802.15.4d，在这里就不深化评论了。
（2）蓝牙（Bluetooth）技能
1998年5月，就在IEEE 802.15无线个域网作业组树立不久，五家国际闻名的IT公司：爱立信（Ericsson）、IBM、英特尔（Intel）、诺基亚（Nokia）和东芝（Toshiba）联合宣告了一项叫做“蓝牙（Bluetooth）”的研制计划。1999年7月蓝牙作业组推出了蓝牙协议1.0版，2001年更新为版别1.1，即咱们熟知的IEEE 802.15.1协议。该协议旨在规划通用的无线空中接口（Radio Air Interface）及其软件的国际规范，使通讯和计算机进一步结合，让不同厂家出产的便携式设备具有在没有电缆的情况下完结近距离规模内互通的才能。计划一经发布，就得到了包含摩托罗拉（Motorola）、朗讯（Lucent）、康柏（Compaq）、西门子（Simens）、3Com、TDK以及微软（Microsoft）等大公司在内的近2000家厂商的广泛支撑和选用。
蓝牙技能也是作业在2.4GHz的ISM频段，选用快速跳频和短包技能削减同频搅扰，确保物理层传输的可靠性和安全性，具有必定的组网才能，支撑64Kbps的实时语音。蓝牙技能日益遍及，市场上的相关产品也在不断增多，但跟着超宽带技能、无线局域网及zigbee技能的呈现，特别是其安全性、价格、功耗等方面的问题日益闪现，其竞赛优势开端下降。2004年蓝牙作业组推出2.0版别，带宽进步三倍，且功耗下降一半，在必定程度上重建了工业界决心。
因为蓝牙技能与zigbee技能存在必定的共性，所以它们经常被运用于无线传感器网络中。
2. 其他无线个域网规范
无线传感器网络要构建从物理层到运用层的完好的网络，而无线个域网规范为其提早拟定了物理层及介质拜访操控层规范。除了前面评论的IEEE 802.15.4及蓝牙技能外，无线个域网技能计划还包含：超宽带（UWB）技能、红外（IrDA）技能、家用射频（HomeRF）技能等，其一起的特点是短距离、低功耗、低成本、个人专用等，它们均在不同的运用场景中被用于无线传感器网络的底层协议计划，简略介绍如下：
（1） 超宽带（UWB）技能
超宽带（Ultra Wide-Band，UWB）技能起源于20世纪50年代末，是一项运用从几Hz到几GHz的宽带电波信号的技能，通过发射极时间短的脉冲，并接纳和剖析反射回来的信号，就能够得到检测目标的信息。UWB因为运用了极高的带宽，故其功率谱密度非常平整，表现为在任何频点的输出功率都非常小，乃至低于一般设备放射的噪声，故其具有很好的抗搅扰性和安全性。超宽带技能开端首要作为军事技能在雷达勘探和定位等运用范畴中运用，美国FCC（联邦通讯委员会）于2002年2月允许该技能进入民用范畴。除了低功耗外，超宽带技能的传输速率容易可达100Mbps以上，其第二代产品可望到达500Mbps以上，仅这一项目标就让其他许多技能望尘莫及。环绕UWB的规范之争从一开端就非常剧烈，Freescale的DS-UWB和由TI倡议的MBOA逐渐锋芒毕露，近几年国内在这方面的研讨也非常抢手。
因为其功耗低、带宽高、抗搅扰才能强，超宽带技能无疑具有梦幻般的开展前景，但超宽带芯片产品却迟迟未曾面市，这无疑留给咱们一个大大的惋惜。近年来开端呈现相关产品的报导，不过这项见识极深的技能还需求整个工业界的一起推动。现在超宽带技能可谓牛刀小试，信任它归于大器晚成、老而弥坚的类型，在无线传感器网络运用中必会大有作为。
（2） 红外（IrDA）技能
红外技能是一种运用红外线进行点对点通讯的技能，是由树立于1993 年的非营利性安排红外线数据规范协会IrDA（Infrared Data Association）担任推动的，该协会致力于树立无线传达衔接的国际规范，现在具有130个以上的正式企业会员。红外技能的传输速率现已从开端FIR的4Mbps上升为现在VFIR的16Mbps，接纳视点也由开端的30°扩展到120°。因为它仅用于点对点通讯，且具有必定方向性，故数据传输所受的搅扰较少。因为产品体积小、成本低、功耗低、不需求频率申请等优势，红外技能从诞生到现在一向被广泛运用，可谓无线个域网范畴的一棵常青树。通过多年的开展，其硬件与配套的软件技能都已适当老练，现在全国际有至少5000万台设备选用IrDA技能，而且依然以年递加50%的速度在增加。当今有95%的手提电脑都安装了IrDA 接口，而遥控设备（电视机、空调、数字产品等）更是遍及选用红外技能。
可是IrDA是一种视距传输技能，核心部件红外线LED也不是非常经用，更无法构建长时刻运转的安稳网络，形成红外技能毕竟没能成为无线个域网的物理层规范技能，仅在极少数无线传感器网络运用中进行过测验（如定位盯梢），而且是与其他无线技能合作运用的。
