短程無線自組網(wǎng)協(xié)議棧之：意義和價值是什么？

近幾年隨著智能手機和智能硬件的快速發(fā)展，人們已經(jīng)意識到未來的設備除了電源之外，整個通訊和鏈接將會是無線化的，這些設備的形狀不一樣，功能不一樣，電源供電方式不一樣，接收或者控制的對象也不一樣，傳輸?shù)膬?nèi)容更是千差萬別。

這些大量的設備肯定需要一個強有力的協(xié)議棧將他們有序的組織起來，讓數(shù)據(jù)已以最優(yōu)的路徑，最低的功耗，正確可靠地傳輸?shù)街付ǖ哪繕私邮展?jié)點上，而且彼此不會相互產(chǎn)生干擾。

目前該領域最有名的協(xié)議棧就是ZigBee技術(shù)，其最開始的應用場景就是定位于智能家居領域，該技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)了10多年了，從目前的發(fā)展水平來看，該技術(shù)無論是商業(yè)運作上還是在技術(shù)實現(xiàn)上是不太成功的，這種不成功是有深刻的技術(shù)因素的，具體體現(xiàn)在下面的幾個方面：

一、ZigBee通常的工作頻帶在2.4GHz，用在國外的木頭結(jié)構(gòu)的別墅中沒有問題，但是在中國的鋼筋水泥建筑物環(huán)境中，通訊效果并不好，嚴重影響了用戶體驗。

二、ZigBee由一個委員會制定標準并進行推廣，這個委員會是由TI，NXP，F(xiàn)reescale，ATMEL, STMicro等公司背后做支持，這些公司的目標是銷售芯片，他們確定了整個協(xié)議棧的大的框架，針對的目標市場非常的寬泛但是并沒有精確到產(chǎn)品的層面，用戶使用的時候還是需要進行一些深度的優(yōu)化的，這就要求對協(xié)議棧進行優(yōu)化的人員需要比較深的了解協(xié)議棧的內(nèi)部運作原理，甚至對于某些特性做出修改。

但是ZigBee委員會為了確保兼容性，不僅設立了一個兼容性認證的機構(gòu)，而且通過TI等芯片廠商發(fā)布的ZigBee技術(shù)實現(xiàn)是以二進制的lib文件提供的，不僅將協(xié)議棧限定在特定廠家的特定射頻芯片和特定處理器平臺上，也就是說深入了解實現(xiàn)機制和二次改造的通道被堵死了。

三、ZigBee技術(shù)缺少在安裝，調(diào)試，擴容，診斷，維護等方面的一些系統(tǒng)層面的特診，導致不好用，用戶也不敢大規(guī)模使用，該技術(shù)僅僅強調(diào)自愈，但是沒有告訴用戶那里運行出了問題，這樣就導致安裝期間和產(chǎn)品使用一段時間之后出現(xiàn)了問題，都沒法辦法給使用者一個明確的指示，這就好像將一部蘋果手機iPhone的信號強度指示符拿掉了一樣，這樣用戶完全不知道現(xiàn)在網(wǎng)絡處于什么狀態(tài)。

四、ZigBee僅僅定義為傳感器網(wǎng)絡，所以沒有實現(xiàn)獨立的傳輸層，ZigBee假定用戶傳輸?shù)亩际切⌒偷膱笪摹？紤]到有線網(wǎng)絡的丟包率為10^-9次方至10^-12次方，而無線網(wǎng)絡的丟包率在10^-3次方左右，所以在多跳的ZigBee網(wǎng)絡中丟包率上升很快。

事實上很多用戶都反映ZigBee網(wǎng)絡的多跳并不穩(wěn)定，使用起來體驗并不好。

五、其他的問題比如信道數(shù)量少，WiFi，藍牙，微波爐干擾等等其他問題都嚴重制約了ZigBee技術(shù)的使用體驗。

從十多年前ZigBee技術(shù)剛剛興起的時候來看，這個技術(shù)還算是比較超前了，但是隨著近些年來智能手機，WI-FI，藍牙等技術(shù)的飛速發(fā)展和帶動效應，ZigBee技術(shù)已經(jīng)顯得有些老套了，各行各業(yè)經(jīng)出現(xiàn)了很多競爭性的組網(wǎng)技術(shù)。

人們對于短程無線通訊技術(shù)的預期已經(jīng)超出了簡單的傳感網(wǎng)技術(shù)，具體體現(xiàn)在下述幾個方面：

傳輸特性：傳輸型網(wǎng)絡和傳感型網(wǎng)絡

網(wǎng)絡供電：常電，半電池供電，全電池供電，電池供電 + WOR(電磁波喚醒)

網(wǎng)絡分布：靜態(tài)網(wǎng)絡，準靜態(tài)網(wǎng)絡，動態(tài)網(wǎng)絡

仔細分析不難發(fā)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)所需要的主要硬件平臺，比如低功耗處理器技術(shù)，射頻芯片技術(shù)，功放技術(shù)，低噪聲放大器技術(shù)，濾波器技術(shù)，射頻開關(guān)技術(shù)等等都是現(xiàn)成的，而且充分競爭，物美價廉，真正缺少的是一個強有力的協(xié)議棧技術(shù)，這個協(xié)議棧應該可以運行于各種形態(tài)的硬件平臺之上，從10幾塊錢的小模塊，幾十塊錢的一體機，幾百塊的通訊設備，到幾千甚至上萬塊的特種電臺。

這些設備從外觀和長相上看，基本上沒有什么相似之處，但是他們都有一個共同點，那就是無線自組網(wǎng)通訊。

事實上比較理想的自組網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)還應該具有下述特征：

獨立于任意的處理器，可以運行于8051(8位)，ARM(32位)，MSP430(16位)等主流單片機平臺

獨立于任意的射頻芯片，可以運行于TI，Silabs，NXP，F(xiàn)reescale，ATMEL，Nordic，AMICCOM，SEMTECH等主流的射頻芯片廠家。

免操作系統(tǒng)，將處理器的全部運算能力釋放給SDK形式的用戶，無操作系統(tǒng)開銷

外設虛擬化，實現(xiàn)串口，USB等標準通訊外設的硬件獨立性。

綜上所述，開發(fā)一款適合當前產(chǎn)業(yè)環(huán)境的短程無線自組網(wǎng)協(xié)議棧是完全有必要的。