除工業(yè)過程領(lǐng)域，SmartMesh 系統(tǒng)也成功地部署在數(shù)據(jù)中心和商用寫字樓中，用以優(yōu)化空調(diào)費(fèi)用 (注2)。Streetline Networks (注3) 是一家智能停車服務(wù)供應(yīng)商，實(shí)時(shí)監(jiān)視城區(qū)停車位的可用情況 (參見圖 2)。車輛檢測器安裝在停車位下方、車道的路面內(nèi)。這帶來了挑戰(zhàn)，因?yàn)閭鞲衅髟O(shè)備的天線位于地下，而且當(dāng)停車位被占用時(shí)，又被金屬車體覆蓋著。這樣的應(yīng)用以前被認(rèn)為是不可能或不實(shí)際的，現(xiàn)在則可用時(shí)間同步化通道跳頻網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。

圖 2：Streetline Networks部署了時(shí)間同步化通道跳頻網(wǎng)絡(luò)以改善類似美國加州好萊塢城區(qū)的停車條件。

基于標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境

在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)揮著重要作用，因?yàn)樽罱K用戶擁護(hù)基于標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的解決方案。一項(xiàng)技術(shù)如果由重要標(biāo)準(zhǔn)化組織開發(fā)并核準(zhǔn)，用戶就有信心使用。WirelessHART / IEC62591 是工業(yè)過程領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，在這個(gè)市場以外，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (IP) 是通信標(biāo)準(zhǔn)。

連接到互聯(lián)網(wǎng)上的所有設(shè)備都利用 IP 相互通信。每個(gè)設(shè)備都獲得一個(gè) IP 地址，該地址在互聯(lián)網(wǎng)上明白無誤地代表該設(shè)備。所交換的數(shù)據(jù)包包含一個(gè) IP 頭標(biāo)以及一系列字節(jié) (建立該數(shù)據(jù)包的設(shè)備之地址編碼和目的設(shè)備的地址編碼)。形成一個(gè)協(xié)議棧還需要其他許多協(xié)議 (TCP、HTTP … 等)，但 IP 協(xié)議是共同點(diǎn)。用 IP 協(xié)議將低功耗網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接至互聯(lián)網(wǎng)，為促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展做出了一大貢獻(xiàn)。

若干標(biāo)準(zhǔn)化組織為物聯(lián)網(wǎng) (參見圖 3) 制定了標(biāo)準(zhǔn)。挑戰(zhàn)是要與互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全面集成，同時(shí)納入公認(rèn)的時(shí)間同步化通道跳頻網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。今天的互聯(lián)網(wǎng)使用之大多數(shù)協(xié)議都是由互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組 (IETF) 制定的，該標(biāo)準(zhǔn)化組織的 CoRE 工作組已經(jīng)制定了應(yīng)用層協(xié)議 CoAP (Constrained Application Protocol)。CoAP 在 UDP 協(xié)議之上運(yùn)行，而且非常容易轉(zhuǎn)換到 HTTP，以使無線傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)類似網(wǎng)絡(luò)的互動。6LoWPAN 工作組制定了一個(gè) IP 適配層協(xié)議，該協(xié)議將 IP 數(shù)據(jù)包的大型頭標(biāo)壓縮成小型無線幀或數(shù)據(jù)包，使傳感器節(jié)點(diǎn)能夠通過 IP 地址單獨(dú)尋址。盡管這些上層協(xié)議實(shí)現(xiàn)了類似網(wǎng)絡(luò)的互動以及與互聯(lián)網(wǎng)的集成，但是決定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的是這些上層協(xié)議之下的那些協(xié)議層。

圖 3：用于低功耗、可靠無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 IP 協(xié)議棧

IETF 制定的標(biāo)準(zhǔn)一般運(yùn)行在遵循 IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的無線芯片上。IEEE802.15.4 在數(shù)據(jù)傳送速率 (250kbps)、范圍 (10 至 100 米)、功耗 (發(fā)送或接收時(shí)為 5mA 至 20mA ) 和數(shù)據(jù)包大小 (高達(dá) 127 字節(jié)) 之間進(jìn)行了健康的權(quán)衡。這種權(quán)衡使 IEEE802.15.4 非常適用于低功耗網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因此該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為這類網(wǎng)絡(luò)鏈接技術(shù)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

2012 年，IEEE 公布了可運(yùn)行在 IEEE802.15.4 兼容型無線電上之新介質(zhì)訪問標(biāo)準(zhǔn) IEEE802.15.4e。其時(shí)隙通道跳頻 (TSCH) 模式納入了 Dust Networks 的時(shí)間同步化網(wǎng)格協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)隙同步和 RF 通道跳頻。

盡管 IEEE802.15.4e 定義了兩個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)包傳送的機(jī)制，但是它沒有定義怎樣給每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配時(shí)間表。該通信時(shí)間表使 TSCH 網(wǎng)絡(luò)能夠靈活匹配網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的通信需求 (參見圖 4)。例如，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以配置為低數(shù)據(jù)傳送速率和極低功耗的小型網(wǎng)絡(luò)，就像遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)視應(yīng)用中常見的那樣。同樣的網(wǎng)絡(luò)還可以配置為大型網(wǎng)絡(luò)，為更快的數(shù)據(jù)傳送速率而優(yōu)化。此外，自動分配但靈活的時(shí)間表使 TSCH 網(wǎng)絡(luò)能夠適應(yīng)周圍環(huán)境。尤其是，通過調(diào)度可以實(shí)現(xiàn)自愈、路由優(yōu)化和負(fù)載均衡等網(wǎng)絡(luò)功能，這些網(wǎng)絡(luò)功能對于在網(wǎng)絡(luò)壽命期內(nèi)提供高性能是至關(guān)重要的。建立和分配 TSCH 時(shí)間表的解決方案可以開發(fā)出來，但是在標(biāo)準(zhǔn)出臺之前，這類解決方案不可能實(shí)現(xiàn)無線傳送的互操作性。

圖 4：諸如凌力爾特公司的 LTP5901-IPM 等基于 TSCH 的小型無線節(jié)點(diǎn)以 >99.999% 的數(shù)據(jù)可靠性提供 5 至 10 年的電池壽命。

不過，上述情況隨著在 IETF 的新標(biāo)準(zhǔn)化工作之開展而發(fā)生了變化，該標(biāo)準(zhǔn)又稱為 6TSCH (Deterministic IPv6 over IEEE802.15.4e Time Slotted Channel Hopping - 注4)。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化工作由凌力爾特和思科系統(tǒng)公司聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)，將制定目前缺少的通信協(xié)議，以使 TSCH 時(shí)間表能夠通過調(diào)度實(shí)體加以管理。