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　　近年來，無線技術的爆炸式發(fā)展催生了多種工業(yè)、科學及醫(yī)療 (ISM) 頻帶無線標準。由于有了這些新標準，各種無線應用滲透到我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妗：翢o疑問，無線傳感器網(wǎng)絡 (WSN) 便是一種最為受益于這些標準的重要應用。

　　本文將簡單介紹 ISM 頻帶和 WSN，以及支持它們的一些無線標準。

　　工業(yè)科學及醫(yī)療頻帶概況

　　ISM 頻帶是無需授權、任何人均可使用頻譜的一部分。在 ISM 頻帶開發(fā)產(chǎn)品的唯一要求是遵守這部分頻譜的一些規(guī)定。這些規(guī)定因國家不同而各異。在美國，聯(lián)邦通信委員會 (FCC) 負責制定這些規(guī)定，而在歐洲“歐洲電信標準研究所 (ETSI)”才是監(jiān)管機構。“FCC 條例”第 15 部分規(guī)定了美國的頻帶要求。圖 1 說明了各種頻率和頻帶，并列出了相應的監(jiān)管機構。

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　　圖 1 工作在 ISM 頻帶的不同無線標準

　　2.4 GHz 頻帶和幾種 1GHz 以下頻帶是今天最廣泛使用的ISM 頻率空間。由于 2.4 GHz 頻帶如此的紛繁雜亂，一些產(chǎn)品研發(fā)活動正在轉向 5 GHz 頻帶——但由于存在有效通信距離問題這一趨勢仍然非常有限。2.4 GHz 是一種通用頻帶，而分配給低功耗無線應用的 1GHz 以下頻帶在不同國家存在不同的情況。在美國，最普遍的剩余頻帶為 902-928 MHz，而在歐洲大多數(shù)無線通信活動都集中在 868 MHz 頻率范圍。

　　當需要與其他系統(tǒng)通用，以及在不同地理空間中工作運行是一個關鍵問題時，我們推薦使用 2.4 GHz 頻帶。使用 2.4 GHz 頻帶的主要缺點是其擁擠的空間，以及由于 2.4 GHz 頻率較差的傳輸特性所帶來的有限通信距離。

　　選擇在1 GHz 以下頻帶設計產(chǎn)品有助于解決在 2.4 GHz 頻帶面臨的一些問題;然而，1 GHz 以下頻帶也存在一些其自身的局限性：

　　a. 受限占空比

　　b. 無法實現(xiàn)與其他系統(tǒng)的互操作性

　　c. 不同地理空間工作限制(例如：針對美國 902-928 MHz 頻帶設計的無線儀表無法在歐洲正常工作。)

　　根據(jù)不同的頻率、目標數(shù)據(jù)速率、距離，以及互操作性的理想水平，新出現(xiàn)了幾種工作在 ISM 頻率空間中的標準。圖 1 顯示了無線工程師進行產(chǎn)品開發(fā)時最常使用的一些標準。

　　無線傳感器網(wǎng)絡概況

　　很明顯，“智能”環(huán)境代表了建筑、公共事業(yè)、工業(yè)、家庭、交通運輸和農(nóng)業(yè)下一個演變發(fā)展階段。因此，人們對WSN 的關注度正在穩(wěn)步上升。一個 WSN 由許多分布于某個地理區(qū)域的傳感器組成。

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　　圖 2 一個 WSN 節(jié)點的通用結構圖

　　WSN 一般都包括一臺主機或者“網(wǎng)關”，其通過一個無線電通信鏈路與大量無線傳感器進行通信。數(shù)據(jù)收集工作在無線傳感器節(jié)點完成，被壓縮后，直接傳輸給網(wǎng)關，或者如果有要求，也可以利用其他無線傳感器節(jié)點來將數(shù)據(jù)傳遞給網(wǎng)關。之后，網(wǎng)關保證該數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)。

　　每個無線傳感器都被看作是一個節(jié)點，擁有無線通信能力，同時還具有一定的信號處理與網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的智能。根據(jù)應用的類型，每個節(jié)點都可以有一個指定的地址。圖 2 顯示了某個節(jié)點的通用結構圖。它一般會包括一個傳感裝置、一個數(shù)據(jù)處理微控制器，以及一個無線連接 RF 模塊。根據(jù)不同的網(wǎng)絡定義，RF 模塊可以起到一個簡單發(fā)射器或者收發(fā)器 (TX/RX) 的作用。進行節(jié)點設計時，注意電流消耗和處理能力非常的重要。微控制器的內(nèi)存非常依賴于所使用的軟件棧。

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　　圖 3 家庭環(huán)境中使用的 WSN

　　圖3顯示了家庭環(huán)境中應用的一個 WSN。在這種網(wǎng)絡中，我們可以觀察到不同類型的傳感器，例如：運動檢測器、散熱器、溫度監(jiān)控等等。