認知無線電思想在 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡中的應用

傳感器節(jié)點的工作比較簡單，只須在采到數(shù)據(jù)后添加自己的節(jié)點信息，以合適的數(shù)據(jù)格式將其以無線方式發(fā)出。而轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點則需要實現(xiàn)收發(fā)雙向功能。由于MC13192射頻芯片在同一時間只能工作在一個信道頻率，為實現(xiàn)信號跳轉(zhuǎn)而不發(fā)生碰撞特制定如下步驟：
①先掃描信道的質(zhì)量，然后選擇信號最好的鏈路作為接收信道。MC13192本來具有信道能量檢測功能，在Freescale公司提供的SMAC中，只需在應用時調(diào)用MLMEEnergyDetect()原語。但是由于本設計的數(shù)據(jù)為了在多跳時不發(fā)生碰撞，發(fā)送終端節(jié)點每發(fā)送完一個數(shù)據(jù)包都要調(diào)用一個約50 ms的子程序，此信道空閑間隙遠遠大于128μs，導致積分區(qū)間很可能落在空閑段，故不能直接采用。為此，跳轉(zhuǎn)節(jié)點采取設定某信道為接收信道，然后調(diào)用 MLMELinkQuality()原語的方式。MLMELinkQuality()原語給出的鏈路質(zhì)量值是建立在上一個成功接收的基礎上的，故而可以對本設計的稀疏數(shù)據(jù)方式奏效。跳轉(zhuǎn)節(jié)點在每個信道上輪流操作鏈路質(zhì)量評估，最終選擇質(zhì)量最好的信道作為接收信道。
②以模16下推一個信道作為發(fā)送信道。
本設計的應用場合中一旦形成拓撲就不再輕易發(fā)生變動。例如會展時在每個展覽品的底部添加傳感器模塊，那么在會展開始時讓鏈路自動尋找路由，會展期問就無需再變動。所以單純地向下遞推一個空閑信道作為發(fā)送信道是完全可行的。安裝網(wǎng)絡時只要依地理位置的遠近順次開啟傳感模塊開關，即可自組織一條路徑。監(jiān)控主節(jié)點與通用計算機以串口線相連，通過在通用計算機上運行監(jiān)控程序，對節(jié)點信息進行分揀，實現(xiàn)對傳感器數(shù)據(jù)進行管理。
2．3 新的無線傳感器網(wǎng)絡的改進
上一節(jié)介紹的多頻多跳的無線傳感器網(wǎng)絡只是在實際運用中的一次簡單嘗試，重在實現(xiàn)。信道的分配只在最初網(wǎng)絡初始化時進行一次。如果要在實際中進行大規(guī)模運用，還需考慮很多其他問題。具體而言，本文認為一個較為完善的認知無線電 ZigBee網(wǎng)絡中的節(jié)點應該按照如下的過程進行通信：
①檢測頻譜空穴；
②依據(jù)空穴建立信道；
③數(shù)據(jù)傳輸；
④持續(xù)檢測頻譜空穴變動情況，情況不佳時更改信道使用；
⑤重復步驟②～④。
因為如果發(fā)送節(jié)點依據(jù)信道質(zhì)量做出了調(diào)整，各個接收節(jié)點本身不知道發(fā)送節(jié)點所要采用的頻率，可以另外設一個公用的信道用于協(xié)商對話。例如每個節(jié)點的 MC13192都選擇16個信道中的第一個信道為公用信道，當它要改變信道時就在該公用信道上發(fā)送信息，說明要切換到的信道。
2．4 新的無線傳感器網(wǎng)絡的優(yōu)勢
采用多頻多跳的組網(wǎng)方式解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡采用時分復用的方法對信道的利用率不高的問題，充分利用了現(xiàn)代高級無線射頻芯片對信道占用情況的能量檢測功能，從認知無線電的角度解決了傳統(tǒng)組網(wǎng)應用的編程設置復雜、浪費信道資源、相鄰節(jié)點無線信道相互干擾的問題。多頻多跳的組網(wǎng)方式在小范圍組建的無線傳感器網(wǎng)絡具有充分利用通信機會、組網(wǎng)簡單、開發(fā)容易、鄰節(jié)點干擾小、無需特殊同步路由算法的特點。傳統(tǒng)的Ad-hoc中，MAC方案所采用的信道是靜態(tài)分配的，而本文提出的新方案采用的信道是動態(tài)的。

結(jié) 語
認知無線電技術是在軟件無線電技術基礎上發(fā)展起來的一種新的智能無線電通信技術，它的提出為從根本上解決日益增長的無線通信需求與有限的無線頻譜資源之間的矛盾，開辟了一條行之有效的解決途徑。然而，Cog-nitive Radio技術從概念到應用尚面臨很多挑戰(zhàn)，尤其是許多關鍵技術有待突破。
本文將認知無線電思想在基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡上進行了嘗試，建立起一種多頻多跳的網(wǎng)絡，從而有效地提高了頻譜的利用效率，同時避免了同信道干擾。該組網(wǎng)方式無需復雜的同步、路由算法。此外本文給出了優(yōu)化的完全動態(tài)頻譜分配的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡解決方案。這一充分利用無線芯片多信道支持功能的思想也值得在其他無線技術中嘗試?？梢灶A見，隨著研究的深入，一旦認知無線電技術投入使用，將提供更為靈活的頻譜管理機制和更為高效的頻譜利用率，以滿足越來越強勁的頻譜需求，為頻譜資源越來越緊張的無線通信注入新的活力。