无线组网通信技术研究

闵 全，张格鹏，考持盛

（中国人民解放军31619部队，江苏 南京 210008）

无线自组通信网综合了多项技术，包括分布式信息处理技术、传感器技术、无线通信技术和嵌入式计算技术，通过相互协作完成对各种目标信息的实时感知、检测和采集，分析处理所得的数据。无线自组通信网中的每一个节点地位都一样，均承担路由和主机的功能，且具有收发报文的功能。由于无线传输范围的限制，若2个节点间无法进行直接通信，则需要借助中间节点进行转发。

1 无线组网模型

无线网络拓扑结构通常分为点对点、星状网络和网状网络三种。

（1）点对点通信。适用于连接物体数量较少的设备，满足相互之间数据信息传递的需求，这是一种具有特殊性的网络，但网络节点的组成很简单，即数据中心和终端[1]。

（2）星状网络。简易化控制，每个节点只负责与中心节点进行通信交换，因此通信控制代码编写非常简单，便于进行网络监控和管理。

（3）网状网络。网络中每两个节点可进行直接或间接的通信，传输路径选择多样化，网络结构形状灵活多变，节点间可轻松实现资源共享，具有传输延时低的优势。

2 无线组网通信技术的优势

无线组网通信技术的优势：一是数据共享，各独立节点与信息处理中心可双向传递、交换数据信息；二是实时查询，每一个网络中的节点都能及时完成信息传输并回传终端响应；三是数据处理，通常情况下，终端节点都兼具信息提取和信息处理的功能，将信息转换成特定格式后传输至信息处理中心[2]；四是组建性强，尽管各个节点的任务分工都不一样，但各节点都具有建立上下点连接的功能，系统基于这一个共性可组建一个无线局域网络；五是低耗能，无论是路由器、终端设备还是协调器，各节点都基于一个低功耗的微控制器芯片，普通的终端节点甚至可以采用太阳能电池进行供电，网络整体的功耗水平很低。

3 几种常见的无线组网技术

3.1 蓝牙组网技术

作为一种无线传输技术，蓝牙组网能够支持设备在10 m 范围内进行通信传输，可以实现笔记本电脑、移动电话、PDA、无线耳机等设备之间的无线信息交换。通过蓝牙技术能够让移动通信终端设备之间的通信有效性提升，简化通信流程，优化设备和因特网之间的通信链路[3]。蓝牙系统组网方式是具有极高灵活性的无基站方式，一个蓝牙设备在同一时间最多可与7个设备建立连接，蓝牙系统的网络拓扑结构主要分为微微网（Piconet）和分布式网络（Scatternet）这两种形式。

微微网属于一种微型网络，以一种特定的方式借助蓝牙技术实现连接，单一的微微网可以只针对一部移动电话和一台便携电脑，建立点对点的通信连接，同时也能实现多台设备的同时连接。处于微微网中的每个设备都处于同一层级，拥有同样的权限。蓝牙以自主式组网方式（Ah-boc）为主，微微网的构成为主设备单元和从设备单元，即Master 和Slave 单元，一个微微网最多包含1 个Master 单元和7 个Slave 单元，Master 单元负责时钟同步信号和跳频序列的整合与传递，Slave 单元通常都受控于同步设备单元。

分布式网络由多个非同步的独立性微微网组成，它们以特定的方式建立连接。微微网中的Master 单元能够同步作为其他微微网的Slave 单元，具有这种形式的设备单元就被称之为复合设备单元。蓝牙组网方式的独特性，使其具有强大的无线接入能力，在实际应用中一个设备单元能同时与7个移动蓝牙设备建立因特网连接。

3.2 ZigBee 协议组网技术

ZigBee 是近年来广泛应用于工业领域中的新型技术，其融合了网络信息技术和传感器技术，已经在全球范围内推广使用，正逐步进入医疗、农业等其他领域。ZigBee 组网中的协调器在每个网络中只有一个，主要负责整个网络的构建，也可以作为连接其他不同类型网络的通信节点，称之为网关[4]。路由器和终端节点在每个ZigBee 网络中则可以同时存在多个，但有一定的数量限制，通常在单个ZigBee 网络中终端节点最多只能接入65 000个。

3.3 SimpliciTI 协议组网技术

SimpliciTI 协议诞生于德州仪器的芯片的生产过程中，其支持的结构主要有两种：简单的点对点通信、星状网络通信。无线接入点（AP）在星状网络机构中承担了超过一半的任务，包括对每个节点低功耗运行的物理支撑、网络构建与维护以及常规模式到休眠模式的转变控制，同时AP 还伴有唤醒机制，SimpliciTI 协议具有较高的网络稳定性和极高的数据传输可靠性，且其没有很高的硬件性能要求，只需具有基础性的存储器和寄存器即可投入正常运行。

SimpliciTI 协议模型主要分为3个部分：一是应用层（Application Layer），应用层属于主应用程序，整个系统中所具备的每个功能都在这个程序中被定义和实现，主要 涉及网络初始 化、系统初始化、网络维护、系统数据流程等。二是网络层（Network Layer），主要围绕信息展开收发队列管理，有诸多网络层应用函数构成，每个函数的标志都是以端口号的形式呈现，出现在协议中的端口相似于TCP/IP 端口，用户可自行定义网络应用层，在SimpliciTI 协议的网络层中基于相互调用API 函数来达到每个网络层功能实现的目的。三是硬件逻辑 层（Lite Hardware Abstraction Layer），该层可进一步细分成两层，一层为应用版支持层BSP，另一层为射频层Radio，它们主要负责的是网络API 接口函数的运行，其中主要涉及的是射频模块的硬件结构函数定义。

SimpliciTI 协议的工作流程相较而言并不是很复杂，首先整个网络按顺序要完成硬件底层初始化、上层网络初始化，然后每个终端节点一并发送入网请求信号，此时的AP 会检测并接收每一个加入请求，然后给终端节相应的回应，完成整个网络框架的构建[5]。结束网络构建后，通过对协议API 函数的调用实行网络控制，对整个系统中每个数据接收发送环节进行控制。最后，各个设备之间将基于对协议接口函数的调用进一步完善网络构建，就可以进行端对端的数据收发，进而实现整个网络系统的数据传输功能。

3.4 Wi-Fi 无线组网技术

Wi-Fi 无线组网技术正式名称是IEEE802.11，其无线组网的运作方式，Wi-Fi 定义了两种类型设备：一个是无线站，通常情况下由一块无线网卡和一台PC 机组成；另一个是AP，主要是为无线和有线设备提供桥接，AP 的组成包括一个有线网络结构（802.3接口）和一个无线输出口，并需要确保桥接软件符合802.Id 桥接协议。

Wi-Fi 无线组网技术有3大优势：一是覆盖范围广，相比于前文提到的蓝牙组网技术，Wi-Fi 技术的无线电波覆盖范围可以扩大10倍，覆盖半径达到100m，在较好的环境条件下可完成对整栋建筑的无线覆盖。二是传输速度快，目前最新的Wi-Fi 传输技术能达到9.6Gb/s的传输速度，完全能够满足人们对信息交换的需求。在Wi-Fi 有效覆盖的范围内，可不受地域和时间的限制实现远程教育、网络会议和网上证券服务等，极大地满足人们的移动化办公需求。三是没有布线，Wi-Fi 属于无线电波覆盖，在一定范围内是不存在宽带布线问题的，这一点对办公而言非常友好，有通信需求的时候只需要通过“热点”设置共享互联网络即可。

4 结束语

随着现代化信息技术的飞速发展，无线组网通信技术作为现代信息技术的核心技术在生产生活等多个领域中发挥了极大的促进作用。有效应用无线组网通信技术，进一步优化每个节点之间的信息传输效能，最大化地避免出现信息碰撞现象，进而防止信息传输缺失，保证无线传输质量。无论采用何种无线组网通信技术，在实际应用中都需要针对具体问题进行优化配置和改进，必要情况下还需要综合运用多种无线组网技术，我们下一步的研究将着眼于各个无线组网技术中的细节问题。