認知無線電思想在 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡中的應用

以Freescale公司的ZigBee射頻芯片2．4 GHz的MC13192為例，其物理信道支持完全符合圖1，通信時可以指定工作在一個信道上。在此特別指出，MC13192片內(nèi)集成的CCA(空閑信道評估)模塊可以根據(jù)接收到的基帶信號的能量進行空閑信道評估檢測。簡單應用時可以直接調(diào)用Freescale公司提供的SMAC中的MLMEEner- gyDetect()原語，此函數(shù)的工作機理是在128μs內(nèi)對信道進行能量積分和門限判別。通過調(diào)用MLMEEnergyDe-tect()可以檢測到信道的信號能量。此外，SMAC中還有MLMELinkQuality()原語，該原語為評估鏈路質(zhì)量所用。
可見，ZigBee芯片的CCA模塊為認知無線電在其上的應用提供了基本的硬件條件。同時，盡管目前的ZigBee規(guī)范中信道分配是靜態(tài)的，即網(wǎng)絡不會自動在信道變壞時重置新的信道，但是應用開發(fā)商完全可以在應用時自行決定將網(wǎng)絡遷移到一個新信道的條件，并開發(fā)相應的應用方案，從而實現(xiàn)信道的實時重構。當然，這時認知無線電對頻譜的感知、判決分配、實時重構都僅限于芯片支持的信道頻率范圍內(nèi)，例如MC13192的無線工作頻率是2．405～2．480 GHz。
2．2 認知無線電在ZigBee技術上的實現(xiàn)
實現(xiàn)Ad-hoc網(wǎng)絡的方式有很多，應用于無線傳感器網(wǎng)絡可以使用 ZigBee技術，這也使得認知無線電思想在無線傳感器網(wǎng)絡中的應用成為可能。雖然ZigBee芯片對頻譜的認知水平并不高，僅限于能量檢測和功率控制，但這對于簡單應用而言已經(jīng)足夠而且相當有效。本文利用ZigBee射頻芯片支持多信道選擇的特點，采用同級多頻多跳的組網(wǎng)方式組建無線傳感器網(wǎng)絡。在編寫應用程序時，各節(jié)點結合自身在傳感器網(wǎng)絡中實現(xiàn)的不同功能，實現(xiàn)不同方式的信道的最優(yōu)選擇。在這種方式的無線傳感器網(wǎng)絡的具體設計過程中，可結合具體的外部環(huán)境給出最有效的解決方案，利用一切可用的機會進行通信。下面結合Freescale公司的ZigBee射頻芯片MC13192給出這種認知無線電思想在ZigBee技術的實現(xiàn)。如圖2所示，無線傳感器網(wǎng)絡中的硬件節(jié)點通常由單片機MCU部分和射頻部分、傳感器部分共同組成。采用該節(jié)點，一個最簡單的多頻多跳應用傳感器網(wǎng)絡如圖3所示。