無線傳感器網絡作為一門面向應用的研究領域，在近幾年獲得了飛速發(fā)展。在關鍵技術的研發(fā)方面，學術界從網絡協(xié)議、數據融合、測試測量、操作系統(tǒng)、服務質量、節(jié)點定位、時間同步等方面開展了大量研究，取得豐碩的成果；工業(yè)界也在環(huán)境監(jiān)測、軍事目標跟蹤、智能家居、自動抄表、燈光控制、建筑物健康監(jiān)測、電力線監(jiān)控等領域進行應用探索。隨著應用的推廣，無線傳感器網絡技術開始暴露出越來越多的問題。不同廠商的設備需要實現(xiàn)互聯(lián)互通，且要避免與現(xiàn)行系統(tǒng)的相互干擾，因此要求不同的芯片廠商、方案提供商、產品提供商及關聯(lián)設備提供商達成一定的默契，齊心協(xié)力實現(xiàn)目標。這就是無線傳感器網絡標準化工作的背景。實際上，由于標準化工作關系到多方的經濟利益甚至社會利益，往往受到相關行業(yè)的普遍重視，如何協(xié)調好各方利益，達成共識，需要參與各方擁有足夠的理解和耐心。
到目前為止，無線傳感器網絡的標準化工作受到了許多國家及國際標準組織的普遍關注，已經完成了一系列草案甚至標準規(guī)范的制定。其中最出名的就是IEEE 802．15．4／zigbee規(guī)范，它甚至已經被一部分研究及產業(yè)界人士視為標準。IEEE 802．15．4定義了短距離無線通信的物理層及鏈路層規(guī)范，zigbee則定義了網絡互聯(lián)、傳輸和應用規(guī)范。盡管IEEE802．15．4和zigbee協(xié)議已經推出多年，但隨著應用的推廣和產業(yè)的發(fā)展，其基本協(xié)議內容已經不能完全適應需求，加上該協(xié)議僅定義了聯(lián)網通信的內容，沒有對傳感器部件提出標準的協(xié)議接口，所以難以承載無線傳感器網絡技術的夢想與使命；另外，該標準在落地不同國家時，也必然要受到該國家地區(qū)現(xiàn)行標準的約束。為此，人們開始以IEEE 802．15．4／zigbee協(xié)議為基礎，推出更多版本以適應不同應用、不同國家和地區(qū)。
盡管存在不完善之處，IEEE 802．15．4／zigbee仍然是目前產業(yè)界發(fā)展無線傳感網技術當仁不讓的最佳組合。本文將重點介紹IEEE 802．15．4／zigbee協(xié)議規(guī)范，并適當顧及傳感網技術關注的其他相關標準。當然，無線傳感器網絡的標準化工作任重道遠：首先，無線傳感網絡畢竟還是一個新興領域，其研究及應用都還顯得相當年輕，產業(yè)的需求還不明朗；其次，IEEE 802．15／zigbee并非針對無線傳感網量身定制，在無線傳感網環(huán)境下使用有些問題需要進一步解決；另外，專門針對無線傳感網技術的國際標準化工作還剛剛開始，國內的標準化工作組也還剛剛成立。為此，我們要為標準化工作的順利完成做好充分的準備。
1． PHY／MAC 層標準
無線傳感器網絡的底層標準一般沿用了無線個域網（IEEE 802．15）的相關標準部分。無線個域網（Wireless Personal Area Network，WPAN）的出現(xiàn)比傳感器網絡要早，通常定義為提供個人及消費類電子設備之間進行互聯(lián)的無線短距離專用網絡。無線個域網專注于便攜式移動設備（如：個人電腦、外圍設備、PDA、手機、數碼產品等消費類電子設備）之間的雙向通信技術問題，其典型覆蓋范圍一般在10米以內。IEEE 802．15工作組就是為完成這一使命而專門設置的，且已經完成一系列相關標準的制定工作，其中就包括了被廣泛用于傳感器網絡的底層標準IEEE 802．15．4。
（1） IEEE 802．15．4b規(guī)范
IEEE 802．15．4標準主要針對低速無線個域網（Low－Rate Wireless Personal Area Network，LR－WPAN）制定。該標準把低能量消耗、低速率傳輸、低成本作為重點目標（這和無線傳感器網絡一致），旨在為個人或者家庭范圍內不同設備之間低速互聯(lián)提供統(tǒng)一接口。由于IEEE 802．15．4定義的LR－WPAN網絡的特性和無線傳感器網絡的簇內通信有眾多相似之處，很多研究機構把它作為傳感器網絡節(jié)點的物理及鏈路層通信標準。
IEEE 802．15．4標準定義了物理層和介質訪問控制子層，符合開放系統(tǒng)互連模型（OSI）。物理層包括射頻收發(fā)器和底層控制模塊，介質訪問控制子層為高層提供了訪問物理信道的服務接口。圖1給出了IEEE 802．15．4層與層之間的關系以及IEEE 802．15．4／zigbee的協(xié)議架構。
IEEE 802．15．4在物理（PHY）層設計中面向低成本和更高層次的集成需求，采用的工作頻率分為868MHz、915MHz和2．4GHz三種，各頻段可使用的信道分別有1個、10個、16個，各自提供20kb／s、40kb／s和250kb／s的傳輸速率，其傳輸范圍介于10米～100米之間。由于規(guī)范使用的三個頻段是國際電信聯(lián)盟電信標準化組 （ITUT， ITU Telecommunication Standardization Sector）定義的用于科研和醫(yī)療的ISM（Industrial Scientific and Medical）開放頻段，被各種無線通信系統(tǒng)廣泛使用。為減少系統(tǒng)間干擾，協(xié)議規(guī)定在各個頻段采用直接序列擴頻（DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum）編碼技術。與其他數字編碼方式相較，直接序列擴頻技術可使物理層的模擬電路設計變得簡單，且具有更高的容錯性能，適合低端系統(tǒng)的實現(xiàn)。
