在近日举行的IEEE射频无线会议上,众多发言人纷纷表示:先进的调制和RF传输机制正在迅速走出实验室,进入现实问题的解决方案中。
在话题范围从超宽带(UWB)个域网到Wi-Fi网格的广泛讨论中,学术研究人员通过几个具体的实例阐述了先进的无线数据和传感器网络如何才能满足全球消费者的需求。
加州大学洛杉矶分校(UCLA)的Deborah Estrin是该学校嵌入式网络传感中心(CENS)的主要研究人员,她向我们演示了河流与森林监测系统,展示了在执行精准农业和物种多样性跟踪等任务中,无线传感器网络是如何与调节器和机器人技术相结合形成自适应视觉的。
“异质性和空间可变性是常见的环境难题,这些问题特别适合用嵌入式无线传感器网络来解决。”Estrin指出,“如果没有非常细微的变化,那么就不需要进行多点感测。”
UCLA中心脱胎于为美国国防部开发的无线传感器网络原型项目,该项目由William Kaiser教授领导。最近,Kaiser正在开发一种具有低功耗能量感知处理(LEAP)的网络模型,该模型利用微控制器作为负载处理器,从而使网络在20-60%的工作负荷下正常工作20年。
Estrin透露,虽然目前很多传感器网络都在使用太阳能,但LEAP网络的独到之处在于本身能够“收集”并高效地使用太阳能。
据Estrin介绍,最近几个月,UCLA中心网络主要被广泛用于:
* 监测孟加拉国内饮用井中的砷污染物扩散；
* 在2005年10月巴基斯坦发生地震后在当地实施地震监测；
* 研究San Joaquin和Merced河在加州的汇合；
* 使用地面成像网络观察几个大陆的小气候。
小型机器人和调节器子系统是这些应用的关键部分,Estrin指出,因为节点的可移动性有助于克服网络中静态节点固有的采样不足问题。UCLA中心的网络一般采用三层结构:位于终端被称为“微尘(Mote)”的简单微型计算机；控制许多Mote的微服务器；以及独立的移动节点,许多节点还使用了照相机和其它感应器件。
Estrin表示,这种层级模型允许城市里的研究人员进行充分地本地化、分散式参与,特别是在跟踪地震和洪涝灾害等方面极具优势。不过她指出,控制这些自底向上网络的人们必须认识到,出于个人考虑,本地参与者可能会选择性地决定是否只将他们收集到的部分信息进行共享。
SDR为应用量体裁衣
在射频与无线研讨会上,许多设计师在正在从事为认知无线电系统提供可配置RF和基带模块的工作。其中,日本国家信息与通信技术研究院的Hiroshi Harada,通过将芯片设计和政府的频谱分配计划相关联,将可配置器件技术又向前推进了一步。在演讲中,Harada解释了2011年7月日本结束模拟电视广播的计划,将为日本在开放频谱方面带来怎样的困难和机遇。这些也正是美国现在所面临的,因为2009年2月美国也将停止模拟电视广播。
Harada指出,在产业界和学术界的设计者考虑认知无线电时,他们应该斟酌预期的可用频段及其如何影响所设计器件的动态范围。这直接关系到研究院正在开发的频率范围在0.4-5.3GHz内的多频带SiGe-BiCMOS混频器。
该混频器与双电路板基带DSP系统结合在一起,其中DSP系统采用了430Mips的micro-iTron处理器和一个可在多个可用频段间转换的多频段天线。
认知无线电设备除了可以选择频段外,还有更多的用处,Harada表示。他演示了射频信号的量变过程,在这个过程中,基站会自加载无线局域网(WLAN)软件,并从蜂窝网转向Wi-Fi网。“理想情况下,单个设备可以服务移动通信、数字地面电视、WLAN和UWB,并根据不同类型的链接配置自己的软件。”他指出。
今年的射频与无线研讨会,除了关注射频与基带器件的物理层特性外,还特别加强了对无线网络的研究。有数篇论文涉及到使用第二层和第三层的桥接和路由特性来直接影响无线网络拓扑。在一篇论文中,英特尔公司通信技术实验室的研究科学家Ozgur Oyman提出了多跳路由方法,并将其作为面向WiMAX或网状Wi-Fi等微微蜂窝(picocellular)OFDM服务增加天线多样性的方式。就像空间分集或频率分集能够优化宽带网络一样,多跳路由模式自身也可以影响宽带OFDM蜂窝拓扑,他表示。
英特尔的工作表明,无线广域网吞吐量的最大化就相当于人们非常熟悉的、在IP路由网络中遇到的最小成本路由问题。Oyman的研究工作也被纳入IEEE 802.16j中继研究小组的多跳中继工作中。
作者:卫玲
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