根據(jù)信道進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分

在不能刪除節(jié)點(diǎn)或降低輸出功率的情況下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以選擇將工作在單個(gè)信道上的單一網(wǎng)絡(luò)劃分為工作在不同信道上的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題。802.15.4在2.4GHz頻率范圍內(nèi)規(guī)定了16個(gè)信道，在900MHz頻率范圍內(nèi)另外還增加了10個(gè)信道。將網(wǎng)絡(luò)置于不同的信道上能夠完全隔離不同網(wǎng)絡(luò)間的相互影響，但根據(jù)需要，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)可能需要使用協(xié)調(diào)器（coordinator），并需連接這些協(xié)調(diào)器，從而帶來(lái)額外的復(fù)雜性。

如果待分割的網(wǎng)絡(luò)邏輯上已經(jīng)是分開的，那么根據(jù)信道進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分的方法最有效果。例如，在大樓自動(dòng)化應(yīng)用中，讓每一樓層的網(wǎng)絡(luò)工作在各自的信道上通常是比較理想的。但如果每個(gè)樓層都有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，那么不同樓層之間的節(jié)點(diǎn)相互通信就很麻煩，特別是這樣做可能會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)性能（高密度網(wǎng)絡(luò)就是這種情況）。

同樣，還可以根據(jù)房間或辦公面積進(jìn)行劃分。最重要的是，應(yīng)該根據(jù)具體應(yīng)用要求和可用信道數(shù)量來(lái)做出根據(jù)物理信道劃分網(wǎng)絡(luò)的決定。當(dāng)多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)需要相互通信時(shí)，這種劃分還會(huì)使總體設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜。

信道掩碼（就象收發(fā)器輸出功率一樣）是一個(gè)可設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。應(yīng)用工程師可以給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器以及必須與該協(xié)調(diào)器建立連接的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分配一個(gè)合適的信道掩碼。作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)步驟，協(xié)調(diào)器將執(zhí)行能量檢測(cè)掃描，以便從信道掩碼中挑選出“活躍性最差”的信道。

值得注意的是，除了給掩碼分配單個(gè)信道外，沒有其它方法能強(qiáng)制協(xié)調(diào)器工作在特定信道上。不過(guò)強(qiáng)烈建議在信道掩碼中至少要保持兩個(gè)信道，因?yàn)閬?lái)自WiFi網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙耳機(jī)和其它電子設(shè)備的帶內(nèi)干擾會(huì)臨時(shí)占用本來(lái)是空閑的特定信道，致使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。在信道掩碼中留有多個(gè)信道不僅給協(xié)調(diào)器提供了信道選擇余地，今后還能讓它靈活地切換到擁塞程度較低的信道。

圖2：ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)洹?/p>

根據(jù)PANID進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分

最后一種策略是根據(jù)PANID劃分網(wǎng)絡(luò)，這種方法的效率公認(rèn)要比根據(jù)物理信道劃分網(wǎng)絡(luò)的方法低。PANID是一個(gè)給定網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備都知道的唯一標(biāo)識(shí)符。使用不同PANID的設(shè)備之間是無(wú)法通信的，從而允許多個(gè)網(wǎng)絡(luò)共存于同一區(qū)域，而且其中一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)不會(huì)在另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)。事實(shí)上，具有不同PANID的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)都可以使用相同的物理信道實(shí)現(xiàn)相互間的通信。

雖然根據(jù)PANID分割網(wǎng)絡(luò)不會(huì)影響空中擁塞程度，但可以通過(guò)在堆棧的較低層濾除來(lái)自相鄰網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（具有另外一個(gè)PANID）的業(yè)務(wù)而減少每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的處理開銷量。在大多數(shù)情況下，濾除工作可以由PHY層硬件自動(dòng)完成，從而釋放更多的應(yīng)用資源和時(shí)間。對(duì)于應(yīng)用處理和路由開銷占主導(dǎo)的應(yīng)用而言，根據(jù)PANID進(jìn)行劃分的方法能夠非常有效地在給定區(qū)域內(nèi)容納更多的節(jié)點(diǎn)。

基于PANID分段的一個(gè)好處是具有相對(duì)較多的可能唯一分段，準(zhǔn)確地講可達(dá)216個(gè)。雖然只有26個(gè)物理信道，但PANID為實(shí)現(xiàn)分段提供了更靈活的方法，盡管效率較低。大多數(shù)無(wú)線系統(tǒng)將同時(shí)使用PANID分段和信道數(shù)量分段的組合策略。總之，在解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題時(shí)這種組合策略可以提供最佳的靈活性和效率折衷方案。

吞吐量

另外一個(gè)需要仔細(xì)考慮的設(shè)計(jì)因素是吞吐量。簡(jiǎn)單地說(shuō)，吞吐量指的是一個(gè)設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)希望傳送的有用數(shù)據(jù)總量。許多系統(tǒng)工程師錯(cuò)誤地認(rèn)為系統(tǒng)具有比實(shí)際可用帶寬大得多的帶寬（有時(shí)甚至超出一個(gè)數(shù)量級(jí)），從而導(dǎo)致性能差或無(wú)法運(yùn)行的設(shè)備和失敗的設(shè)計(jì)。

導(dǎo)致這個(gè)常見問(wèn)題的原因是802.15.4網(wǎng)絡(luò)鏈路宣稱有250kbps的介質(zhì)容量。實(shí)際上，這個(gè)數(shù)字指的是理論上的物理極限，也就是PHY層的有效帶寬。它忽略了物理層上其它堆棧層引起的協(xié)議延時(shí)、處理和解析每個(gè)數(shù)據(jù)包的開銷、介質(zhì)訪問(wèn)時(shí)間、數(shù)據(jù)確認(rèn)機(jī)制和誤碼率。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，在相隔一跳的兩個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)之間建立的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路的傳輸速率不超過(guò)110到120kbps。在引入確認(rèn)機(jī)制后，這個(gè)速率還要下降近一半。在任一給定時(shí)間點(diǎn)有3到5個(gè)節(jié)點(diǎn)試圖訪問(wèn)共享介質(zhì)的典型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，這個(gè)傳輸速率還將進(jìn)一步降低到數(shù)十kbps。

顯然，20~40kbps與標(biāo)準(zhǔn)宣稱的最大250kbps有很大差異，而一個(gè)缺乏經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)工程師往往不知道這種差異，直到悔之晚矣。關(guān)鍵是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)從來(lái)沒有打算要支持高帶寬的應(yīng)用。相反，其目標(biāo)市場(chǎng)是具有低帶寬要求的相對(duì)大型網(wǎng)絡(luò)。如果有個(gè)傳感器是產(chǎn)生100kbps數(shù)據(jù)流的視頻攝像機(jī)，那么無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和ZigBee肯定不是最好的選擇，市場(chǎng)上有其它無(wú)線技術(shù)能更好地完成這個(gè)工作。

盡管吞吐量期望值和某種技術(shù)能夠支持的指標(biāo)不匹配很常見，但仍可以合理使用這種技術(shù)，并通過(guò)帶寬優(yōu)化在目標(biāo)環(huán)境中高效地運(yùn)行。例如考慮每秒采樣100次的溫度傳感器。每次用一個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送一個(gè)樣值將是一個(gè)較差的設(shè)計(jì)選擇。事實(shí)上，由于前面提到的網(wǎng)絡(luò)擁塞和級(jí)聯(lián)重傳故障問(wèn)題，這樣做將給網(wǎng)絡(luò)健康帶來(lái)不良后果。一個(gè)更好的策略是，將多個(gè)樣值匯聚到一個(gè)數(shù)據(jù)包中，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，最大的數(shù)據(jù)包比較小的數(shù)據(jù)包更優(yōu)。

當(dāng)匯聚無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以用本地處理來(lái)降低帶寬要求。讓我們考慮具有低門限和高門限的典型自動(dòng)調(diào)溫器應(yīng)用。只要這些溫度讀數(shù)落在可接受的溫度范圍內(nèi)，那么絕對(duì)不需要發(fā)送瞬時(shí)溫度讀數(shù)。節(jié)點(diǎn)可以使用本地處理功能來(lái)判斷何時(shí)讀數(shù)超出規(guī)定范圍，并在需要時(shí)才發(fā)送數(shù)據(jù)以警示另一個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備。減少待發(fā)送數(shù)據(jù)量的另一個(gè)策略是采用某種形式的數(shù)據(jù)求和或平均算法。

然而需要注意的是，當(dāng)多個(gè)物理事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，即使是高度優(yōu)化的設(shè)備也會(huì)遭遇擁塞。如果整個(gè)樓層的溫度上升，可能會(huì)出現(xiàn)許多自動(dòng)調(diào)溫器希望立即發(fā)送溫度讀數(shù)。對(duì)付這樣的帶寬峰值的一個(gè)實(shí)用方法是隨機(jī)化傳送延時(shí)。顯然，MAC層的重傳就是一種隨機(jī)化處理，但它無(wú)助于防止碰撞，它只在發(fā)生碰撞后起作用。應(yīng)用層的延時(shí)如果做得好可以有效減少碰撞于發(fā)生之前。當(dāng)每小時(shí)有數(shù)百個(gè)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)包，最佳設(shè)計(jì)會(huì)把傳送均勻分配在整個(gè)時(shí)段內(nèi)，以盡量減少碰撞的機(jī)會(huì)。在有大量傳送的場(chǎng)合，強(qiáng)烈建議系統(tǒng)工程師采用這種策略。