物联网革新近在咫尺，到 2020 年，全国际将有超越 300 亿个互联物体。在国际人口不断添加、资源变得越来越名贵之际，这种互联有望供给实在国际的数据，以促进功率进步，简化事务实践。
跟着互联网协议 (IP) 得到广泛选用，处理数据和充分运用信息变得越来越简单了。《财富》500 强公司为数据存储供给企业及数据库处理方案，并供给软件东西，以简化财物盯梢、进程控制体系和楼宇办理体系 (参见图 1) 等事务流程。智能手机和平板电脑为人们供给了十分有用的信息，例如供给实时泊车信息，或许实时供给有关机器健康状况的监督信息，以拟定修理方案。迄今为止现已布置了许多无线传感器，可是为了丈量和优化曾经未曾触及的流程，依然急需更多的传感器来供给数据。
图 1：牢靠、低功耗 IP 无线传感器网络将得到广泛运用
为了进一步扩展传感器布置规划，正在进行有关 IP 规范的拟定作业，方针是使小型无线传感器像网络服务器相同易于运用。在规范拟定作业的背面有两股推动力：其一是，公认的低功耗、时刻同步化网格网络的高度牢靠功用;其二是，正在进行的 IP 规范拟定作业可完成无线传感器网络与互联网的无缝集成。这两股力气合二为一，将有用促进小型、低功耗传感器的牢靠通讯，并使这类传感器终究可以支撑 IP。
无线传感器网络带来的应战
无线从实质上来说是不牢靠的，因而重要的是了解不牢靠性的来历，以在通讯体系中处理不牢靠性问题。在低功耗无线网络中，不牢靠性的首要来历是外部搅扰和多径式微。当外部信号 (例如 WiFi 信号) 暂时阻碍两个无线电体系通讯时，就会发生搅扰。这就需求它们从头发送信号，因而会耗费更多功率。当无线信号遇到附近发送器中的物体而弹回时，就会发生多径式微，并且各种回波都会对接纳器天线构成破坏性搅扰。这现象是设备方位、所用频率以及周围环境的函数。由于任何无线体系周围的环境都随时刻而改变，所以在无线体系运转寿数期内，任一 RF 频道都会遇到问题。不过，多经式微是受频率影响。因而，虽然某个频率或许遇到了问题，可是依然会有其他 RF 频道在正常作业。由于搅扰和多径式微，因而树立牢靠无线体系的关键是，在不献身低功耗作业这一长处的一起，完成通道和途径多样化。Dust Networks (现在是凌力尔特公司的一个事务部) 首先供给了这样的体系，该体系选用时刻同步、通道跳频网格网络技能。
时刻同步、通道跳频网格网络
在时刻同步化通道跳频网格网络中，多跳网络上的一切无线节点都同步至几十微秒时刻之内，并且时刻被分红时隙。通讯经过一个时刻表来和谐，该时刻表指示每个节点在每个时隙中该做什么 (发送、接纳、休眠)。由于它们都是同步的，所以仅当通讯时，这些节点才接通其无线电，然后极大地下降了无线电占空比 (常见占空比 1%)，并延长了电池的寿数。此外，由于该时刻表可以灵敏设定，所以网络一直可供运用运用，不像其他“休眠”网络架构，需求彻底关断网络很长时刻。两个节点之间发送的一切数据包都在以伪随机跳频方法计算出来的频率上传送。所发生的频率多样化是一种有用反抗搅扰和多径式微的方法。时刻同步化网格网络可完成长达 10 年的电池寿数和 >99.999% 的端到端牢靠性。
时刻同步化网格网络取得了成功
近几年，时刻同步化通道跳频网格网络现已得到了广泛运用。2004 年，Dust Networks 初次推出了 SmartMesh® 体系，工业进程是最早选用该体系的范畴之一。
有些工业运用的运转环境可谓最为严厉，一起对数据完整性又有最为严厉的要求，假如能确保这么高的数据完整性，就能极大地进步工业设备的功率、生产率和安全性。由于传统的有线工业传感器装置费用昂扬，所以在工厂中一般仅对少数或许的丈量点进行丈量。虽然这为无线传感器在工业运用中的运用发明了极大的需求，可是传统点到点无线体系短少所需的牢靠性，并且难以装置，然后约束了无线体系在小型和阻隔运用中的运用。
跟着时刻同步化网格网络的推出，无线体系可供给一般仅有线体系才干供给的牢靠性，因而低功耗无线体系的运用变成了实际。低功耗无线体系经过工业规范 IEC62591 (也称为 WirelessHART) 完成了规范化，使工业进程商场上的设备完成了互操作性。大部分大型工业制造商 (例如 Emerson Process、西门子、ABB、Endress Hauser、Pepperl Fuchs 和 Phoenix Contact) 都在交给 Wireless HART 产品。现在，SmartMesh 网络现已得到广泛运用，在全球 120 多个国家布置了 3 万多个网络，进步了各种场所的安全性和功率，包括钢铁厂和炼油厂、偏僻的油田和海上钻井渠道、以及食物和饮料厂 (注1)。
除工业进程范畴，SmartMesh 体系也成功地布置在数据中心和商用写字楼中，用以优化空调费用 (注2)。Streetline Networks (注3) 是一家智能泊车服务供货商，实时监督城区泊车位的可用状况 (参见图 2)。车辆检测器装置在泊车位下方、车道的路面内。这带来了应战，由于传感器设备的天线坐落地下，并且当泊车位被占用时，又被金属车体覆盖着。这样的运用曾经被认为是不或许或不实际的，现在则可用时刻同步化通道跳频网格网络来完成。
图 2：Streetline Networks布置了时刻同步化通道跳频网络以改进相似美国加州好莱坞城区的泊车条件。
根据规范的环境
在网络技能中，规范发挥着重要作用，由于终究用户支撑根据规范开发的处理方案。一项技能假如由重要规范化安排开发并核准，用户就有决心运用。WirelessHART / IEC62591 是工业进程范畴的规范，在这个商场以外，互联网协议 (IP) 是通讯规范。
衔接到互联网上的一切设备都运用 IP 彼此通讯。每个设备都取得一个 IP 地址，该地址在互联网上理解无误地代表该设备。所交流的数据包包括一个 IP 头标以及一系列字节 (树立该数据包的设备之地址编码和意图设备的地址编码)。构成一个协议栈还需求其他许多协议 (TCP、HTTP … 等)，但 IP 协议是共同点。用 IP 协议将低功耗网格网络设备衔接至互联网，为促进物联网展开做出了一大奉献。
若干规范化安排为物联网 (参见图 3) 拟定了规范。应战是要与互联网完成全面集成，一起归入公认的时刻同步化通道跳频网格网络的技能。今日的互联网运用之大大都协议都是由互联网工程使命组 (IETF) 拟定的，该规范化安排的 CoRE 作业组现已拟定了运用层协议 CoAP (Constrained Application Protocol)。CoAP 在 UDP 协议之上运转，并且十分简单转换到 HTTP，以使无线传感器节点完成相似网络的互动。6LoWPAN 作业组拟定了一个 IP 适配层协议，该协议将 IP 数据包的大型头标压缩成小型无线帧或数据包，使传感器节点可以经过 IP 地址独自寻址。虽然这些上层协议完成了相似网络的互动以及与互联网的集成，可是决议无线传感器网络通讯质量的是这些上层协议之下的那些协议层。
图 3：用于低功耗、牢靠无线传感器网络的 IP 协议栈
IETF 拟定的规范一般运转在遵从 IEEE802.15.4 规范的无线芯片上。IEEE802.15.4 在数据传送速率 (250kbps)、规模 (10 至 100 米)、功耗 (发送或接纳时为 5mA 至 20mA ) 和数据包巨细 (高达 127 字节) 之间进行了健康的权衡。这种权衡使 IEEE802.15.4 十分适用于低功耗网格网络技能，因而该规范现已成为这类网络链接技能的事实规范。
2012 年，IEEE 发布了可运转在 IEEE802.15.4 兼容型无线电上之新介质拜访规范 IEEE802.15.4e。当时隙通道跳频 (TSCH) 形式归入了 Dust Networks 的时刻同步化网格协议，以完成准确的时隙同步和 RF 通道跳频。
虽然 IEEE802.15.4e 界说了两个节点完成同步数据包传送的机制，可是它没有界说怎样给每个节点分配时刻表。该通讯时刻表使 TSCH 网络可以灵敏匹配网络节点之间的通讯需求 (参见图 4)。例如，一个网络可以装备为低数据传送速率和极低功耗的小型网络，就像长途环境监督运用中常见的那样。相同的网络还可以装备为大型网络，为更快的数据传送速率而优化。此外，主动分配但灵敏的时刻表使 TSCH 网络可以习惯周围环境。尤其是，经过调度可以完成自愈、路由优化和负载均衡等网络功用，这些网络功用关于在网络寿数期内供给高功用是至关重要的。树立和分配 TSCH 时刻表的处理方案可以开发出来，可是在规范出台之前，这类处理方案不或许完成无线传送的互操作性。
图 4：比如凌力尔特公司的 LTP5901-IPM 等根据 TSCH 的小型无线节点以 >99.999% 的数据牢靠性供给 5 至 10 年的电池寿数。
不过，上述状况跟着在 IETF 的新规范化作业之展开而发生了改变，该规范又称为 6TSCH (Deterministic IPv6 over IEEE802.15.4e Time Slotted Channel Hopping – 注4)。这项规范化作业由凌力尔特和思科体系公司联合领导，将拟定现在短少的通讯协议，以使 TSCH 时刻表可以经过调度实体加以办理。
6TSCH 可添补 IP 协议栈中尚存的空白，将完成彻底规范化、可互操作、根据 IP 的无线传感器网络，供给一般仅有线传感器网络才干供给的高牢靠性。网络开发人员经过向传感器的 IP 地址发送网络恳求，将可以实时取得传感器数据，并且基层的无线传感器网络将以 >99.999% 的数据牢靠性支撑这类通讯。经过使传感器像网络服务器相同易于拜访，无线传感器网络将可以向物联网馈送实在国际的信息。
