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(jī)和智能硬件的快速發(fā)展，人們已經(jīng)意識到未來的設(shè)備除了電源之外，整個通訊和鏈接將會是無線化的，這些設(shè)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(shè)備肯定需要一個強(qiáng)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?biāo)接收節(jié)點(diǎn)上，而且彼此不會相互產(chǎn)生干擾。

目前該領(lǐng)域最有名的協(xié)議棧就是ZigBee技術(shù)，其最開始的應(yīng)用場景就是定位于智能家居領(lǐng)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(yùn)作上還是在技術(shù)實(shí)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(yán)重影響了用戶體驗(yàn)。

二、ZigBee由一個委員會制定標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)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(biāo)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(biāo)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(jìn)行一些深度的優(yōu)化的，這就要求對協(xié)議棧進(jìn)行優(yōu)化的人員需要比較深的了解協(xié)議棧的內(nèi)部運(yùn)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(shè)立了一個兼容性認(rèn)證的機(jī)構(gòu)，而且通過TI等芯片廠商發(fā)布的ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)是以二進(jìn)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(shí)現(xiàn)機(jī)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(kuò)容，診斷，維護(hù)等方面的一些系統(tǒng)層面的特診，導(dǎo)致不好用，用戶也不敢大規(guī)模使用，該技術(shù)僅僅強(qiáng)調(diào)自愈，但是沒有告訴用戶那里運(yùn)行出了問題，這樣就導(dǎo)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(jī)iPhone的信號強(qiáng)度指示符拿掉了一樣，這樣用戶完全不知道現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)處于什么狀態(tài)。

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

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

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

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(jī)，WI-FI，藍(lán)牙等技術(shù)的飛速發(fā)展和帶動效應(yīng)，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(yù)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(luò)和傳感型網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)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(luò)分布：靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)，準(zhǔn)靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)，動態(tài)網(wǎng)絡(luò)

仔細(xì)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(qiáng)有力的協(xié)議棧技術(shù)，這個協(xié)議棧應(yīng)該可以運(yùn)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(jī)，幾百塊的通訊設(shè)備，到幾千甚至上萬塊的特種電臺。

這些設(shè)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(diǎn)，那就是無線自組網(wǎng)通訊。

事實(shí)上比較理想的自組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)還應(yīng)該具有下述特征：

獨(dú)立于任意的處理器，可以運(yùn)行于8051(8位)，ARM(32位)，MSP430(16位)等主流單片機(jī)平臺

獨(dú)立于任意的射頻芯片，可以運(yùn)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(yùn)算能力釋放給SDK形式的用戶，無操作系統(tǒng)開銷

外設(shè)虛擬化，實(shí)現(xiàn)串口，USB等標(biāo)準(zhǔn)通訊外設(shè)的硬件獨(dú)立性。

綜上所述，開發(fā)一款適合當(dāng)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。