支持M2M应用的无线网络技术及发展

1、引言

将来，更为重大的发展也许不再是现今互联网上的PC和移动网上的手机，而是具有通信性能的其他设备。能够上网的设备或器具将比现在广泛得多，包括从电视机到MP3播放机，再到电子报刊、智能大楼，甚至于电冰箱等家电，它们如同互联网上的计算机一样工作，形成机对机(M2M)的通信方式。随着射频标识(RFID)和传感器的大量使用以及网格计算的应用，目前尚处于早期阶段的机对机应用将逐渐趋于成熟。在未来某一天，由机器产生的流量将超过人—机应用和人—人应用产生的流量，甚至可能占据全部流量的绝大部分(目前所占百分比很小)。

机对机应用意味着在传统上不联网的设备或器具(例如空调机、安全系统和电梯等)之间传送遥测、遥控信号。M2M不仅仅是并行处理，而是分布式计算的使能器。它能使一个家庭变成一台超级计算机，在所有的家庭用具内都装有嵌入式的处理器。

在企业中M2M有两种初期应用：监视和控制。监视应用包括资产跟踪、库存管理和供应链自动化。一家制造商可以使用RFID标记来跟踪产品部件在厂内的流动情况，或者对仓库内箱子进行定位。在这种应用中的数据传送是严格单向的，不需要传送任何响应信号。控制应用比较复杂，需要基于多个来源的输入做出决定，再把决定回送出去。例如，一个分布式温度传感器网络可以控制一个取暖系统，节省开支。运动传感器可以检测到有人走向电梯，然后为此人调用电梯，可以节省时间。这种利用无线的大楼自动化将变得更加成本有效。

为了促进机对机应用的发展，需要给所有移动物体赋予无线通信功能，给所有难以安装固定线路的地方赋予无线通信功能，给所有执行命令、验证和控制功能的器具(包括用户随身配件)赋予无线通信功能。显然，当单芯片无线电便宜得足以附着于几乎所有东西时，我们就需要考虑用相应的无线技术来形成新的网络，这些网络把人完全排斥在外，而把各种电气用具，甚至把类似杂志这样的惰性物体连接在一起。只要在无线覆盖范围内，就可以形成M2M的连接。但是用什么无线网来实现M2M连接是一个困难的技术选择问题。本文主要介绍在企业中实现M2M连接时可以选用的几种无线技术。

2、WiFi

WiFi现在是一种用得较多的无线技术。除了在笔记本电脑中，目前在许多网络设备(Cisco的所有路由器和交换机)中也增加了处理802.11协议的能力，就像处理以太网和IP一样方便。

由于WiFi在企业中已经非常普遍，故自然会考虑选用它来提供M2M连接。目前，诸如Airespace、TrapezeNetworks等无线交换机厂商，已经推出能够实时跟踪器具的软件。Intel出资的新兴公司Bluesoft甚至已经在销售基于802.11b的RFID标记，一片小小的用电池供电的网络接口卡。

把WiFi用于M2M连接的主要优点是使用现有网络、速率高(WiFi的速率大大超过处理遥测所需的数据量)、前后兼容性好。还有一个好处是可以把语音、遥测和RFID融合在一起，一网多用可以简化管理、降低成本、减少干扰。

使用WiFi的缺点包括功耗大、成本高、协议开销大、需要接入点。目前在一个器具上增加WiFi至少需要15美元。Bluesoft标记的价格是65美元。虽然成本还会下降，但近期仍只能用于跟踪价值较高的资产。一个仓库可能只会把Bluesoft标记用于它的铲车，而不会用于铲车搬动的箱子。WiFi是一个无中继转发能力的单跳网，器具只能连接到接入点(AP)。AP之间的连接、AP与其它网络的连接往往通过常规的有线以太网。如果已经用于其它以太网业务的同一布线再用作WiFi回传，就需要进行认证或把WiFi无线数据包隔离开。要不，你就不得不安装新的缆线和交换机。

现在，许多新兴公司正在推进WiFi网状网，其内AP被用作路由器，彼此自动发现，可经过几跳转发业务。但网状网结构主要设计用于室外，在AP之间要求视距，使它们更适用于服务提供商，而不是企业。目前也有两家公司生产楼内使用的网状网系统。这两家公司是StrixSystems和Firetide，它们使用自己专有的AP连接协议，但方法有所不同。Strix的AP包括分开的用于网状网协议和用于802.11的无线电设备，而Firetide的专门设备只支持它自己的协议。所以，Strix方案更适用于新的网络，Firetide的方案比较适用于已经有标准化AP的企业。还有一些其它厂商也打算提供WiFi网状网系统，但短期内它们的系统不可能实现互操作，因为至今连互操作标准的建议草案都没有，预计在2007年之前不可能推出互操作标准。

3、蓝牙

蓝牙技术在成本和耗电上胜过WiFi，从表面看它似乎没取得太多成功，但实际上内装蓝牙的器件几乎已是WiFi的两倍之多。目前，它们大多数用在移动电话和消费类电器上。但同时含有WiFi和蓝牙的笔记本电脑和PDA正在为新的企业应用打开方便之门。蓝牙最初是瞄准语音的，但由于它功耗低以及比较安全，所以用于遥测也应该是比较理想的，蓝牙传感器的市场预期会很大。

然而，蓝牙不是一种组网技术，它只能连接8个器件，通信距离也短。这些限制意味着只有当与其它无线技术配合使用时，蓝牙才更加有用。在移动网中，蓝牙可以转发来自头戴耳机的语音、来自笔记本电脑VPN业务、来自汽车的导航数据。在局域网中，则可通过WiFi来转发遥测信号。

举一个例子，Cisco虽然自己不生产蓝牙设备，但它正在推进这种系统在医院的应用。病人戴着装有蓝牙的小设备，它能够监测脉搏、血压和其它重要数据，护士则带着装有WiFi和蓝牙的PDA。无论何时，当护士检查某病人时，PDA就自动下载来自监测设备的数据，并把数据送到医院的WiFi网。病人用的小设备不能直接把数据送到WiFi网，因为WiFi需要太多的电池功率，而且与敏感的医疗设备容易产生干扰。

从长远看，蓝牙可能被超宽带(UWB)技术取代。UWB是一种能够提供高速率低功耗的无线电新技术。但在短期内，UWB面临许多技术问题和政策问题。2004年2月，802.15工作组的UWB标准化工作陷入了僵局，对来自Intel和Motorola的不同建议难以做出决定。而Intel采取了分道扬镳的做法，另立门户成立了多频段OFDM联盟(MBOA)，继续制定它自己的规范，然后再提交给IEEE批准。估计到2004年末将形成事实上标准，2005年中期推出首批产品。

但即便UWB面世，它也不可能马上取代蓝牙，因为蓝牙已经存在多年，在成本上UWB无法与它竞争。故UWB早期的主要应用估计只是作为一个480Mbit/s无线USB端口，用来连接PC与外围设备(如打印机或显示器等)，要取代蓝牙大约还要等5到10年。鉴于此，Intel在成立MBOA的同一天收购了蓝牙芯片公司Mobilian。Intel声称，它今后要推出的Centrino2平台将包括蓝牙和三种类型的WiFi。

4、ZigBee

虽然蓝牙和WiFi都可以用于监视和控制，但它们原本都是为其它应用设计的。以往802标准的技术中没有一个是为遥测而设计的，研究重点始终放在提高速度上，高了还要高。为此，802.15工作组为遥测专门设计了一种无线电技术，编号为802.15.4。它不提供WiFi那样的高速率，也不提供蓝牙那样的QoS。它的目标是芯片功耗低、成本低(仅几美元一个)。像蓝牙一样，802.15.4也采用抗干扰性好的跳频技术。与蓝牙不同的是，由于采用了ZigBee轻量选路协议，它还能够形成全网状网，不需要接入点。开发802.15.4产品的厂商还成立了ZigBee联盟，它的作用与WiFi一样，所以现在知道ZigBee的人比知道802.15.4的人还多。

802.11是面向基础设施的，蓝牙是面向移动电话的，而ZigBee是面向网络的。ZigBee可能会成为802.15技术中最重要的一个，但它所形成的网状网如何适配于现有网络目前还是问题。预计包含ZigBee的第一批器件将是可以遥控的荧光灯泡，2004年底可以提供。灯开关是可移动的，人在暗处的任何地方都可把灯打开。这种应用可能很受消费者欢迎，但企业感兴趣的将是传感器。企业应用需要很好的安全性。ZigBee现在还没有完整的规范，估计规范中将包括针对不同应用的不同级别的安全性。

作者：雷震洲   来源：泰尔网