处理能力弱&功率预算小，无线传感器网络招募最合适的网络协议
上网日期: 2008年08月20日
ps: 至少目前还很难说什么协议对WSN最为合适。比较明确的是，学术界过去纯粹的Data centric的方式和IP世界里纯粹的Address方式照搬到WSN中都是有很大问题。6LoWPAN看似是个很好的折衷，但现实上要求一个资源高度受限的微型嵌入式系统中的简单协议实现同时具有期待的接口、性能、安全，还是非常困难的。而如果把一个Sensor Node一定要复杂到一个Ad hoc基站的程度才能达到目标，又势必将背离我们对WSN的本来期待，也将严重偏离WSN系统应有的定位。我想单纯是从技术角度看，也不大可能有一套协议和标准覆盖所有的应用。
加州大学伯克莱分校的计算机科学教授David Culler指出，最新的互联网协议(IP)软件堆栈可以满足无线传感器网络的超低功率要求，如果采纳并适当修改该协议，无线传感器网络将进入泛在计算的时代。
Culler是一位在无线传感器网络领域卓有建树的研究者。他说，如果我们能把IP协议压入传感器架构中，那么，未来绝大部分的互联网通信量增长可能就是来自传感器网络。“我们对这个问题已经进行了十年的研究，大约已经走了一半的路程。”他曾参加TinyOS的开发，而该操作系统对这个领域的开创有帮助。
但是，让互联网协议在传感器架构级工作并非易事，因为一些传感器网络的电池预算约为在一年时间内工作一个小时，Culler在IEEE Secon大会上做主题发言时指出。
“因而，传感器节点大部分时间几乎不得不处于睡眠模式，但我们却假定IP网络却需要一直工作。”他表示，“传感器节点大约99.5%的时间是离线的，这意味着它必须在余下的0.5%的时间内工作的非常非常好。”
工程师们需要放弃有线互联网设计的某些观念，如让各个节点记住复杂的路由表并仔细地对每次传输予以确认。“在1000个节点的网络中，如果我让一个节点联网并说声‘Hello’，而每个节点均确认收到，那么，我们全部会死机。”他形象地解释说。
研究者们已经对一些架构(如TinyOS)进行了十年的试验。最初的想法是沿用有线联网的概念，如采用为每个节点分配一个地址的分层软件堆栈，但这种方式无法满足处理能力很弱且功率预算很小的无线传感器网络。
“我们走错了方向。”Culler表示，他向大家展示了适于现有传感器节点的一个完整的IPv6堆栈，“该堆栈在可靠性和功率方面具有可行性。”
Culler是Arch Rock公司的创建者之一，该初创公司已经可以提供基于IP的无线传感器网络。他同时还兼任互联网工程任务组(IETF)的联执主席，主持定义一个使用IEEE 802.15.4射频协议把Ipv6路由选择机制转换到传感器网络中的软件层的工作。IETF的这项工作以该任务组已经建立的6LoWPAN网络为基础。
虽然有关IP传感器网络的研究工作在继续向前推进，但关于哪种网络(802.15.4、Wi-Fi或其它网络)是实现传输的最好方式方面，该领域中许多人仍然存在分歧。另外，对联网方式(路由选择联网与网格联网)也存在分歧。
“业界在还在争论联网方式问题。” Culler说，并表示新的路由选择协议和网格协议仍在涌现，没有人清楚网格联网的正确方式。
Secon会议围绕Wi-Fi网格联网进行了一天的研讨，其间，三家Wi-Fi网格产品生产商进行了产品展示，产品涉及从公共安全到低成本Web访问等多种应用。
尽管做了很多工作并推迟了标准完成的时间，但面向Wi-Fi网格联网的IEEE 802.11s标准目前还有很多工作要做。
加州的FireTide公司系统架构师兼.11s标准参制者Jorjeta Jetcheva表示，造成标准延期有很多原因，包括在无线安全方面存在一些尚未解决的问题是，以及很难由一个小组来定义路由选择的概念，因为按照IEEE宪章规定他们不能讨论网络层。
英特尔公司的一位研究者指出，Wi-Fi网格可以开辟新类别的应用。例如，时代华纳正在与路由器制造商FON Wireless公司合作创建基于Wi-Fi网格的邻里网络。初创的Mushroom Networks公司(圣地亚哥)和WiBoost公司(西雅图)也在从事使用Wi-Fi网格的新的对等应用。
Secon会议的大多数主题都聚焦软件问题。Culler提到了在闪存、控制器、射频和基于硅的传感器方面的重大进展。但他说，对于传感器网络，不断变化的软件的在一定程度上进一步阻碍了基础芯片的进展。
例如，RF芯片制造商为简化编程而创建的固件抽象，就在实际上制约了程序员对确认方案进行优化。另外，流行的TI Chipcon 2420射频芯片在关机后会失去其配置数据，致使工程师们不得不在重新开机时把通道信息复制到器件中。
“有许多工作可以在较低的层级完成。”Culler说，“硬件设计者仍然没有稳定的软件层作为设计参照，我们软件开发商尚未向他们提供很大帮助。”
图1：加州大学伯克莱分校设计的一个最新版本的传感器网络中包括了一个基于TI Chipcon 2420的802.15.4射频。
作者：麦利
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