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　　物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 將改變我們的世界。 據(jù)估計(jì)，到 2025 年，將有近 220 億臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。將互聯(lián)網(wǎng)連接擴(kuò)展到日常物品將改變行業(yè)并節(jié)省大量成本。 但是，不支持互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備如何通過無線傳感器獲得連接能力呢?

　　借助無線傳感器，物聯(lián)網(wǎng)成為可能。 個(gè)人和組織可以使用無線傳感器來啟用許多不同類型的智能應(yīng)用程序。 從互聯(lián)家庭到智能城市，無線傳感器創(chuàng)造了物聯(lián)網(wǎng)賴以生存的基礎(chǔ)設(shè)施。 了解無線傳感器技術(shù)的工作原理對(duì)于任何打算在未來部署 IoT 應(yīng)用程序的人來說都至關(guān)重要。 讓我們看看無線傳感器的工作原理、新興的傳感器無線標(biāo)準(zhǔn)，以及它們?cè)谖磥韺缪莸慕巧?/span>

　　什么是無線傳感器?

　　無線傳感器是一種可以收集感官信息并檢測(cè)本地環(huán)境變化的設(shè)備。無線傳感器的示例包括接近傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、溫度傳感器和液體傳感器。無線傳感器不會(huì)在本地執(zhí)行繁重的數(shù)據(jù)處理，它們消耗的電量非常少，如果使用最佳的無線技術(shù)，單塊電池可以使用數(shù)年。此外，傳感器很容易在低速網(wǎng)絡(luò)上得到支持，因?yàn)樗鼈儌鬏敺浅］p的數(shù)據(jù)負(fù)載。

　　可以將無線傳感器分組以監(jiān)控整個(gè)區(qū)域的環(huán)境條件。這些無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由許多空間分散的傳感器組成，這些傳感器通過無線連接進(jìn)行通信。公共網(wǎng)絡(luò)中的傳感器通過在網(wǎng)關(guān)處整合信息的節(jié)點(diǎn)或每個(gè)傳感器直接連接到網(wǎng)關(guān)的節(jié)點(diǎn)共享數(shù)據(jù)，假設(shè)它可以達(dá)到必要的范圍。網(wǎng)關(guān)充當(dāng)將本地傳感器連接到互聯(lián)網(wǎng)的橋梁，既充當(dāng)路由器又充當(dāng)無線接入點(diǎn)。

　　無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞念愋?/span>

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常以幾種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)排列。最常用于支持無線傳感器技術(shù)的是星形和網(wǎng)狀拓?fù)洹?/span>

　　#1：星型拓?fù)?/span>

　　星型拓?fù)涫敲總€(gè)節(jié)點(diǎn)直接連接到中央集線器或網(wǎng)關(guān)的拓?fù)洹Ｔ谶@種安排下，節(jié)點(diǎn)將信息發(fā)送到單個(gè)網(wǎng)關(guān)，然后該網(wǎng)關(guān)將消息中繼到預(yù)期的目的地。網(wǎng)關(guān)可以同時(shí)與許多節(jié)點(diǎn)共享信息，這使得擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)變得更加容易。

　　因?yàn)楣?jié)點(diǎn)不直接在它們之間交換數(shù)據(jù)，所以需要更少的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈接。因此，星型拓?fù)湟子诎惭b、配置和管理，因?yàn)樾鹿?jié)點(diǎn)只需連接到一個(gè)中心點(diǎn)。總體而言，星型拓?fù)涫且环N經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，可在眾多無線傳感器之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

　　不利的一面是，星型拓?fù)渫耆蕾囉趥鞲衅骱椭醒爰€器之間的無線鏈路。范圍可能是一個(gè)問題，因?yàn)闆]有中間“跳躍”或信號(hào)中繼器的手段。此外，擴(kuò)展取決于網(wǎng)關(guān)支持其他節(jié)點(diǎn)的能力。

　　#2：網(wǎng)狀拓?fù)?/span>

　　網(wǎng)狀拓?fù)洳粌H僅依賴于中央集線器，而是將數(shù)據(jù)傳輸責(zé)任置于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)上。在網(wǎng)狀拓?fù)渲校?jié)點(diǎn)充當(dāng)路由器，可以將信息傳遞給其他節(jié)點(diǎn)。因此，某些節(jié)點(diǎn)的連接問題構(gòu)成的威脅較小，因?yàn)閿?shù)據(jù)可以沿著多條路徑傳輸?shù)竭_(dá)網(wǎng)關(guān)。

　　然而，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)存在許多重大問題。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)需要更復(fù)雜(并且通常過于復(fù)雜)的協(xié)議來形成網(wǎng)絡(luò)并在運(yùn)行時(shí)中繼數(shù)據(jù)。另一個(gè)主要缺點(diǎn)是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)比星形拓?fù)湎母嗟墓β剩驗(yàn)??某些節(jié)點(diǎn)必須保持接通以中繼信息。通常，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)被用作解決范圍不足的快速解決方案，這使得成本高昂的前期投資難以證明是合理的。

　　傳統(tǒng)的無線傳感器協(xié)議

　　有許多無線協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)傳感器之間的連接：

　　#1：無線網(wǎng)絡(luò)

　　Wi-Fi(“無線保真”)是一種廣泛而通用的局域網(wǎng)技術(shù)，可通過兩個(gè)主要頻率 2.4GHz 和 5GHz 發(fā)送信息。 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)可以在中等范圍內(nèi)以相對(duì)較快的速度傳輸大型數(shù)據(jù)包。 Wi-Fi 的主要優(yōu)勢(shì)在于它在大多數(shù)家庭和企業(yè)中的可用性，因此使其成為一個(gè)非常方便的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。

　　不利的一面是，Wi-Fi 信號(hào)穿透墻壁的能力有限，并且由于協(xié)議的擴(kuò)展數(shù)據(jù)開銷，與替代無線傳感器協(xié)議相比，連接的設(shè)備會(huì)消耗大量電力。此外，Wi-Fi 密鑰的管理在本地路由器中，這意味著密鑰的更改很容易破壞之前連接的傳感器，并且沒有簡單的方法來更新這些密鑰。電視、筆記本電腦、智能手機(jī)等設(shè)備具有允許用戶輕松更改密鑰的顯示器，但大多數(shù)簡單的傳感器沒有這種類型的接口，并且需要配置過程來修改密鑰。這使得長期管理和可靠性成為 Wi-Fi 傳感器的問題。

　　大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)傳感器通常不需要 Wi-Fi 可用的帶寬。因此，對(duì)于簡單的傳感器設(shè)備，它往往不是最優(yōu)的。最后，由于有許多高帶寬設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)相同的 RF 通道以通過 Wi-Fi 流式傳輸視頻、音頻和其他復(fù)雜數(shù)據(jù)傳輸，這些設(shè)備可能會(huì)產(chǎn)生大量干擾，從而阻塞其他只需要發(fā)送簡單的消息。

　　#2：低功耗藍(lán)牙

　　低功耗藍(lán)牙 (BLE) 是一種低功耗協(xié)議，旨在支持短距離的周期性低數(shù)據(jù)速率無線通信。不要與非常適合將音頻流式傳輸?shù)綋P(yáng)聲器或耳機(jī)的經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)相混淆，BLE 適用于傳輸小信息包的無線傳感器。該技術(shù)是 Wi-Fi 的一種具有成本效益的替代方案，它幾乎不會(huì)消耗設(shè)備的電量。然而，BLE 也工作在 2.4GHz，這意味著除了面臨來自其他 2.4GHz 設(shè)備的干擾之外，該協(xié)議在其范圍和穿透墻壁的能力方面受到限制。

　　十多年來，Zigbee 一直是藍(lán)牙和 Wi-Fi 的低功耗替代品，最適合不需要太多帶寬的無線傳感器。該技術(shù)圍繞 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建，并依靠網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。因此，Zigbee 經(jīng)常用于啟用由許多低功耗設(shè)備組成的智能家居。與 Z-Wave 相比，Zigbee 可以支持大量節(jié)點(diǎn)——單個(gè)網(wǎng)絡(luò)中超過 65,000 個(gè)。 Zigbee 的一個(gè)缺點(diǎn)是一些節(jié)點(diǎn)需要保持“開啟”以中繼信息，如前面的無線拓?fù)洳糠炙觥４送猓捎谛枰酚善鱽頂U(kuò)展范圍，基礎(chǔ)設(shè)施成本也會(huì)增加。一般來說，Zigbee、DigiMesh 和其他網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以被認(rèn)為是昂貴的“創(chuàng)可貼”，用于較差的射頻性能、干擾避免和范圍。