通信标准与规范

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通信标准与规范范文第1篇

[关键词]民航空管 数据规范

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0300-01

一、背景

为规范运行，加强沟通协调，充分挖掘现有设备保障能力，民航空管各级部门纷纷建立了适于本地的设备运行信息管理系统或设备运行电子值班系统。民航局空管局也建设了设备运行监控电子值班系统和设备集中监控系统。这些系统的建立有力地提升了各地的运行保障能力和上下级间的协调工作能力。

但对各系统数据信息进行分析和交互的过程中，我们可发现了存在以下不足：

1、空管设备分类标准不完善。现有的设备分类通常参考民航局的电信人员执照管理规定中执照所对应设备的分类标准，且分类比较粗，只能初步定为到设备，不能定位到部件、模块、元器件。

2、空管设备故障分类分级不健全。空管设备故障的分类分级标准采用民航局空管局于2008年下发的《空管设备故障分类等级标准（试行）》（以下简称《故障分类标准》），但随着空管设备种类不断增加，分类需要补充完善。原有的故障分类标准中故障分类只定义到设备级，随着故障分析的深入，需要故障能定位到部件、板件甚至元件。

3、故障信息描述指标不完善。在《故障分类标准》中规定了故障信息数据的组成包括设备系统种类、设备配置属性、设备故障技术分类、设备故障影响评估分级、设备故障部件属性和其它相关属性等信息段。但对于故障信息描述，这些属性信息不够全面、规范，增加了建立数据分析模型的难度，不利于深入挖掘利用设备故障数据，总结维护维修经验，形成科学全面的运行态势分析报告。

4、无线电干扰分类分级规范仍为空白。目前电磁环境日益复杂，无线电干扰对民航设备正常工作的影响也日益加大，但至今空管系统没有对无线电干扰分类分级的定义与标准。

5、设备停机数据分类无标准。大量的停机数据如果没有统一的规范，既不利于用户单位查阅，也不利于设备运保单位对设备的维护状态的统计分析。

上述是由于缺乏统一的设备运行数据分类规范，各个系统往往基于本地，甚至本单位的业务工作设计开发，数据分类不全，方法各种各样。“十二五”期间，民航空管系统将开展全国范围的设备运维系统建设工作，并对集中监控系统进行升级，这些系统建设后，各地运行数据的互联互通、上传下达、统计分析将成为进一步提升设备运行保障能力的关键；而使用统一规范的设备运行数据分类标准，是保证各地方各系统顺畅互联和有效统计分析的必备条件。因此，建立空管设备运行数据分类规范势在必行，且应尽早实施。

二、空管设备运行数据规范化研究内容

空管设备运行数据化规范的研究应至少包括设备分类规范、故障分类分级规范、无线电干扰分类分级规范、设备停机维护数据分类规范等内容。

1、设备分类规范。将目前空管设备进行分类，同时建立统一规范的设备模型，给出设备模块级、板件级分类规范，即同厂家同型号的设备其模块级组件，以及组成模块的板件信息规范化。

2、故障分类分级。依托设备分类，实现将故障信息定位至板件级或元件级，细化故障分类，便于分类统计和分析总结。

3、备件和元器件的分类。建立与设备相关又独立的备件、元器件分类规范。便于备件的规范管理。

4、无线电干扰分类分级。根据干扰发生地、干扰程度、干扰特征、干扰对管制运行产生的影响等判断标准对干扰信息进行归类描述。

5、设备运行基础信息统计规范。包括设备台站名称、设备位置、设备用途、故障分类、故障分级等设备运行基础信息，规范基础信息包括的内容和格式，制定统一的命名规则。

6、设备停机维护数据分类规范。对于大中型空管单位，每天有许多设备停机维护在实施，需合理规范停机信息，准确停机信息。

7、建立接口标准，定义各业务系统间数据交换格式与基础数据规范。

三、空管设备运行数据规范化研究举例

以空管设备分类为例说明空管设备运行数据规范化研究的内容。空管设备可以采取以下分类方案：（表1）

设备分类需说明的事项：

1、空管设备根据设备提供的功能不同来分类，共分为“通信、导航、监视、辅助、信息、其它”6大类。

2、“通信类”设备包括各种地地、地空通信设备、语音及数据信息的传输和交换设备、语音及数据信息的记录设备。根据设备的功能不同又分为：甚高频地空通信系统、高频地空通信系统、地空数据链系统（上述3类设备实现地空的信息交互）、语音通信交换系统、自动转报系统（上述2类设备实现信息的交换）、地面通信系统、卫星通信系统（上述2类设备实现信息的传输）、记录系统（此类设备实现信息的记录）。

“导航类”设备包括各种为飞行器提供导航定位信息的地面设备。根据设备的功能及技术不同分为全向信标、测距设备、无方向性信标、指点信标、航向信标、下滑信标、卫星导航地面设备。

“监视类”设备包括各种飞行目标探测、飞行计划处理和综合监视信息显示系统。根据设备的功能及技术不同分为自动化系统、一次雷达、二次雷达、场面监视雷达系统、自动相关监视、多点相关定位系统。

“辅助类”设备包括各种动力、时钟、防雷等辅助设备。根据设备的功能不同分为不间断电源系统、油机、配电设施、时钟系统、防雷设施。

“信息类”设备包括各种为提高空中交通管制工作质量和工作效率而研制开发的，直接面向管制部门的，为安全生产服务的，未包括在上述通信类、导航类、监视类、辅助类中的信息辅助系统。根据设备的功能不同分为塔台辅助信息、区管辅助信息、飞行计划处理、流量管理、协同决策系统。

“其它类”设备指各种不包含在上述分类、但保障部门为方便管理而录入的设备。根据设备的功能不同分为电子值班系统、集中监控系统、杂项。

3、“通信、导航、监视”类设备为局方要求须申请开放备案的主体空管设备。

4、“信息类设”备包含FIPS、TOMS、CDM、流量管理、SIPDS（第四网）等管制信息应用系统，这类设备在现实应用中地位越来越重要，但不须向局方申请开放备案，故将信息设备作为独立一类与通信、导航、监视并行的分类。

5、“其它类”设备主要是不纳入设备信息通报要求的非安全生产、但属于技术保障部门维护的系统设备。

四、空管设备运行数据规范化研究意义

通信标准与规范范文第2篇

【关键词】通信标准 通信企业 专利池 3G

1 专利对通信企业的意义

通信技术属于积累性演进技术。新技术的发展是在原有技术基础上进行补充、完善、改进或与其它现有技术结合,从而获得更完善的功能或更好的性能。因此在通信技术领域,可以产生的创新点非常非常多,IPR数量巨大,且增长速度十分显著。据WIPO数据显示,近些年通信类专利正以每年15%左右的速度高速增长。

与此同时,这种积累性技术演进也使得通信领域的基础性专利或思想性专利具有较宽的权利保护范围,在技术演进过程中具有极强的主导性和控制力。换句话说,在这些基础性专利或思想性专利的技术思想上衍生出的专利技术大都落入其专利保护范围内。而若想寻找可以替代的技术演进路线,就需要重新建立一套技术思想或体系,这意味着必须承受非常昂贵的研发代价,包括资金投入和时间投入。在竞争激烈的通信领域,几乎没有任何一个厂家能够承受因此而导致坐失市场机遇的沉重代价。

通信标准是指在使用有线电、无线电、光或其它电磁系统的通信系统中,对设备制造商、网络运营商、服务提供商和最终用户之间的重复性事物或概念制定一种规范或协议,通过制订、和实施标准,达到统一,以获取最佳秩序和社会效益。标准被认为是一种代表公共利益的公共品,专利制度则是为了保护私有成果的一种制度。

因此,对于通信行业来讲,如果企业能够把自有专利纳入通信标准,就意味着这种专利“私权”搭上了标准这辆“公车”,为企业实现从技术领域提前抢占利润空间提供保障。在标准实施过程中,无论企业自身能够抢占多大市场份额,都可以通过选择在适当时机收取专利费的方式获取高额回报,同时可以在一定程度上起到排挤直接竞争对手、控制市场规模的作用。

2我国通信企业的技术标准和专利现状

(1)2G时代,中国企业几乎没有话语权

在2G时代,蜂窝移动通信领域有两大标准:一个是欧洲通信巨头们主推的GSM标准,另一个是美国高通主推的CDMA标准。当时我国通信设备制造业刚刚处于起步阶段,技术研发力量十分薄弱,基本上没有企业有能力参与相关标准的制定,更不要说将自有专利技术纳入到标准中去。

因此,在2G时代,我国通信企业在知识产权领域一直处于极其被动的地位,在2G标准实施后,市场发展中后期,许多通信设备制造企业,尤其是手机生产企业倒闭或关闭生产线,大多都是专利持有者“大棒”政策产生的恶果。

(2)3G时代,中国企业努力扭转被动局面

在3G时代,中国通信企业的研发实力与2G时代企业自身相比,有了较大提高,但与国外先导性企业的实力相比依然相差甚远。因此,尽管类似于华为、中兴这样已经跻身国际市场的通信设备制造商,参与了由美国高通公司主导的CDMA2000标准及欧洲通信巨头主导的WCDMA标准制定过程,但基于当时中国企业的技术地位和专利积累,想把相关专利技术推入到由国外巨头主导的标准中实非易事。在我国通信企业的积极投入和努力下,我国通信企业开始有一些专利技术纳入到了CDMA2000及WCDMA标准中。如图1所示,根据ETSI披露数据显示,华为在WCDMA标准中的基本专利量约占全部披露量的6.15%,排名第五。

近几年,在工业和信息化部的指导下,在中国通信标准化协会和我国通信企业的共同努力下,我国通信技术研发能力不断增强,研发水平日益提高,与国际通信巨头的差距逐渐缩小,在部分技术领域取得实质性的突破,并将一些关键技术推入到国际标准中。其中,将具有自主知识产权的TD-SCDMA技术推入国际标准成为三大3G主流技术之一,就是各方共同努力的结果。

将TD-SCDMA技术推入国际标准,在一定程度上扭转了我国通信企业在国际通信标准中基本专利持有量非常低的被动局面。在TD-SCDMA关键技术领域,我国通信企业所持有的基本专利数量高达70%～80%,相关专利的所占份额则更高,达90%左右。

(3)4G时代,中国企业地位显著改善

近10年来,我国通信企业及研发机构日渐认识到将自有专利技术纳入通信标准中的战略意义及重要性,于是在许多重要技术领域开展了广泛深入的研究,使研发实力不断增强,专利保护意识日益提高。同时,在诸多关键技术领域通力合作,建立了具有一定研发实力的团队,不断积累寻求突破,产生了大量的技术研发成果,并将这些技术成果通过专利的形式保护起来。

与此同时,国内通信企业和研发机构还通过各种形式积极参与标准的制定,向3GPP、3GPP2、ITU、ETSI等标准组织提交大量的技术提案,力求将相关技术纳入到未来的国际标准中。

研发实力的增强和积极参与标准制定使得我国通信企业的专利发展取得了非常显著的进步。在4G标准中,我国通信企业的专利占有量显著提升。尤其类似于华为、中兴、大唐等具有国际影响力的通信设备企业,已经具备了或基本具备了与国外通信巨头进行专利谈判的资本。

如图2所示,根据ETSI披露的LTE基本专利显示,截至2009年底,共有27家企业在ETSI披露了1864件LTE基本专利,其中我国华为公司的专利披露量高达168件,占全部披露量的9%,在披露企业中披露量排名第四,仅比排名第三的三星公司少2件。当然需要特别指出的是,这些专利是企业认为的基本专利,并非是经过专业评估认定的基本专利。

与此同时,中兴、大唐、北邮也有部分自有专利推入4G标准中,但由于专利战略和策略不同,并未在ETSI进行披露。

3我国通信企业在国际“专利池”的进展和地位

相对于国外企业,我国通信企业在大多数国际标准基础技术或关键技术领域投入研发较晚,实际拥有的底层技术专利或基本专利数量仍然有限,因此,除华为已加入WiMAX的OPA专利池成为许可方外,其它现有国际专利池中很少能看到我国通信企业的身影。但随着我国企业在国际标准中的专利地位日益增强,未来的国际专利池中一定会有更多我国企业的身影。或许有些企业因为自身发展战略或策略的原因,作出不加入专利池的抉择,但是如果想加入,一定会有可以加入的理由。

4我国通信业在标准及专利方面的未来发展前景分析

从目前的发展趋势来看,经过近10年的发展,我国已经储备了大量的通信技术研发人员,同时在许多关键通信技术领域也有了大量的技术积累及专利储备,甚至在部分技术领域拥有自己的原创技术,其中部分技术思想是非常超前的,极有可能在未来的通信标准中被采纳。

与此同时,政府也通过重大专项的方式支持、鼓励具有研发实力的企业和研究院所共同合作,在“新一代宽带无线移动通信”领域大量投入研发,并把提高在未来标准中的专利数量作为重要的考核目标之一。

此外,我国参加国际标准组织中的人数也不断增多,越来越多的人逐步了解标准制定的程序和规则,已经开始有组织、有策略、有针对性地提交技术提案,力求将相关技术纳入到未来的国际标准中。

在这种形式下,我们有理由相信,在未来的国际标准制定中,我国通信企业将逐步缩小与国外通信巨头的技术研发实力差距,将在更多关键技术领域展现我国通信技术研发实力,将在更多的国际标准中纳入具有我国自主知识产权的专利技术。

届时,我国通信企业在国际标准制定过程中及未来的专利许可谈判中将拥有更多的话语权,甚至于在某些技术领域处于主导地位。在未来的通信标准专利池中,我国企业的加入数量和在专利池里的专利比例也会不断提升。

通信标准与规范范文第3篇

【关键词】 EPON技术 无源光网络 分光器

一、引言

随着社会技术水平的进步以及人们对生活水准要求的不断提高，目前以铜缆为传输媒介、基于不对称ADSL技术为基础的宽带接入建设方式将不能适应未来安全监控、大文件传输、存储仓库以及高清视频等高速宽带的业务需求。光纤传输技术在提高接入宽带，提升网络的业务能力，增强运营商的核心竞争力将发挥重要的作用。基于以太网技术的EPON技术的出现，将有效缓解目前铜缆被盗严重、铜价格上涨较快以及建设成本过高的不利状况。EPON技术就是将以太网技术和无源光网络技术（PON）结合起来，其最终的目的是用最简单的方式实现一个点到多点拓扑结构的千兆光纤接入网络。本文主要对EPON技术的发展概况、技术优势及其应用前景进行了介绍。

二、EPON技术的发展概况

早在上世纪90年代初期就出现了无源光网络技术，也即PON技术，1996年，国际电信联盟远程通信标准化组织（ITU-T for ITU Telecommunication Standardization Sector）完成了对G.982的标准化，从而为对2 Mbit /s 以下接入速率的窄带PON系统的定义迈出了重要的一步。

1998年，国际电信联盟远程通信标准化组织正式通过了“基于无源光网络（PON）的宽带接入网”的建议（G.983.1建议），同时也对基于无源光网络的信元传输协议（APON）系统作了详尽的规范。G.983.1建议主要规定了光网络的要求、网络分层的结构、物理媒质层的要求、会聚层的要求、标称线路的速率、测距的方法和传输性能的要求等。

1999年，国际电信联盟远程通信标准化组织又提出了“APON的ONT管理和控制接口规范”的建议（G.983.2建议），该条建议主要从信息模型和网络管理上对APON系统进行了定义，从而保证不同厂商生产的设备可以实现互相操作。

随着互联网的高速发展，以及用户对网络需求的不断提高，各种新的宽带技术已经成为当前通信领域的研究热点。在此背景下，电气和电子工程师协会（IEEE）为引入EPON技术，在2000年底，成立了EFM工作小组（Ethernet in the First Mile Study Group）。除IEEE成立的工作小组外，还有其他如ITU-T和IETF工作小组也大力提倡EPON技术。

三、EPON技术的工作原理

EPON技术使用了IEEE802.3ah技术标准，同时延用了以太网和TDM的一些特性。从网络层协议上来看，EPON属于L2的协议。对于物理层，技术标准规定采用单纤波分复用技术来实现单纤双向传输，同时又定义了1000 BASE-PX-10U/D和1000 BASE-PX-20U/D两种PON光接口，用以分别支持10km和20km的最大距离传输。在物理编码子层，EPON技术采用8B/10B线路编码和标准的上下行对称1Gbit/ s数据速率。在数据链路层上，EPON技术采用了基于TDM思想的全新控制协议，通过对时间进行分片，然后将不同的时间片制定给不同的ONU设备来使用，从而避免数据传输过程中的冲突问题。EPON技术实现了点对多点的通信方式，同时实现了上行时分汇聚和下行广播分发的无源操作，从而实现单纤双向传输机制。

四、EPON技术的优势

1、较好的兼容性。迄今为止最成功和成熟的局域网技术是以太网技术，而EPON技术基本上与以太网技术是兼容的。随着未来EPON技术标准的制定及其EPON技术的使用，在广域网（WAN）和局域网（LAN）连接时将减少APON在ATM和IP协议间转换的需要。2、低成本，维护简单，容易扩展，易于升级。EPON技术在传输途中不需电源，并且没有电子部件，因此，线路容易铺设，基本不用维护，长期运营成本和管理成本的成本相对很小。EPON技术对局端资源占用的比较少，模块化程度高，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高。EPON技术是面向未来的新技术，由于多数EPON技术具有多业务接入功能，故EPON技术也是向全IP网络过渡是一个很好的选择。3、适应性强。无源光网络是纯介质网络，因此，EPON技术可以彻底避免电磁干扰和雷电的影响，能在恶劣的自然条件下使用。4、高宽带，且带宽分配灵活。目前，EPON技术可以提供上下行对称的1.25Gb/s的带宽，而且随着以太技术的发展可以升级到10Gb/s。EPON技术对带宽的分配和保证也有一套完整的体系，它可以通过DiffServ、PQ/WFQ、WRED等来实现对每个用户进行带宽分配，并保证每个用户的QoS功能。

结语：随着电子信息、计算机以及通信等技术的发展，宽带时代的到来是必然的，对宽带的市场需求必定会达到一个更高的制高点。作为极有发展潜力的EPON技术，将会与市场相互促进，同时给用户、通信运营商以及通信设备供应商带来新的机会。

参 考 文 献

[1]张继东， 陶志勇. E PO N 的发展现状与关键技术[J]. 光通信研究， 2002， （01）：26-30.

通信标准与规范范文第4篇

1．1智能电网通信技术现状

目前，网络通信技术在智能电网领域应用广泛，在发、输、变、配、用等环节都有相应的通信标准和应用。比如，变电站与控制中心之间采用IEC61970或IEC61968标准；变电站自动化系统内部使用IEC61850标准通信。当前电网通信技术及标准种类多且兼容性不足，通信技术不能满足不断发展的用户端新的要求，比如电动汽车、智能家居和智能电表等。

1．2智能电网用户端通信技术

智能电网用户端涉及的领域较广，在不同的应用领域有不同的通信技术存在，这是由于各种通信技术在不同时间阶段不同行业发展有各自不同特点所形成。随着新技术的发展，多元化的通信技术在智能电网用户端系统中得到广泛的应用。

（1）InternetIP使用IP基础网络的优势在于与互联网的有效衔接。用户端通信采用基于TCP／IP的网络，可以非常便捷地与现有网络互联互通。其好处还在于大量IP成熟标准、有效工具能直接应用到用户端的应用软件。此外，IP基础网络支持带宽共享和动态路由能力，在智能电网用户端中对最小存取延迟，最大丢包率或最小带宽现状等有特殊要求的应用，一些IP如多协议标签交换（MPLS）技术可满足此特殊要求。

（2）光纤以太网通信它采用光纤介质运行以太网LAN数据包。物理层和数据链路层以任何标准的以太网速度运行，也可以实现交换机的速率限制功能，以非标准的以太网速度运行，最高可以达到10Gbit／s。目前光纤以太网通信在电力监控系统中已有商业化产品投入运行。

（3）电力线宽带（BPL）该技术采用电力线传输数据。通过电力调制解调器可以在一定区域内任意的电源插座上实现网络接入。电力线宽带在缺少其它通信网络的地区有着广阔的应用前景，其优点在于利用现有电力线上网而无新增通信线缆铺设投资。但目前的BPL能够提供的最大带宽为4MB。因为电力网使用的大多是非屏蔽线，电磁兼容性的问题严重影响网络的传输速度。

（4）3G移动通信利用现有3G移动通信可以避免建立专门的无线网络所需的大量投资，使用方便、灵活。但若大量使用成本投入会较高，且日常的运行、管理、维护费用较高。故此通信技术适用于重要、且节点数少的远距离智能电网用户端通信场合。

（5）无线通信（ZigBee、WiMedia、Wi－Fi）Wi－Fi技术具有较高的成本效益，能够进行升级扩展以覆盖大型地域和多个端点，且无需铺设电缆。ZigBee通信使用跳频扩频无线技术，该技术具有可靠性高、传输速率低、传输距离远的优点，由此解决了传输堵塞和干扰。WiMedia通信的物理层采用超宽带标准，其解决方案的射频覆盖水平与ZigBee相似，其数据传输速率高，并具有网状网络功能。

（6）现场总线通信20世纪80年代中期产生的现场总线技术，相比传统控制系统，其特征为：数字化、全双工传输、分支结构多。现场总线技术实现了工业控制系统的分散化、网络化和智能化，导致其体系结构和功能产生重大发展。

（7）通用工业协议（CIP）CIP是面向对象的工业网络控制协议。根据OSI／ISO七层协议模型，DeviceNet协议定义了七层模型中的物理层、数据链路层和应用层。而CIP协议是七层模型中的最上层———应用层。CIP协议是De－viceNet的应用层，同时是ControlNet、EtherNet／IP、CompoNet的应用层。DeviceNet和ControlNet、Eth－erNet／IP、CompoNet共用同一个应用层协议CIP，但它们有各自的数据链路层和物理层。

（8）工业以太网技术当前，工业以太网技术的性能不断提高，成本不断下降，其在工业自动化领域的发展非常迅速。相比其它现场总线技术，以太网技术优势有：1）数据传输速率高，达到100Mbit／s；2）不同的传输协议能在相同总线上共存；3）在以太网中，数据存取技术采用变互式和开放式；4）不同的拓朴结构和不同的物理介质得以存在和运用。

2走向集成的智能电网用户端通信技术

2．1集成的通信技术

在智能电网设备端，目前仍然是多种现场总线并存。从用户角度，希望通过通信技术集成以实现各种智能元器件与控制器之间的互联互通，但并非必须用一个通信网络来实现所有的功能。例如：Internet网络并非同结构的单一网络，但用户确能实现电子邮件、文件下载、网络浏览、网上游戏等不同类型的服务。从通讯协议的构筑模型角度，大多数用户端通讯协议均根据OSI的七层模型。当前，自底层向上定义构筑统一整体的通信协议大量存在，这使得在相同层次上的互联性在各标准协议之间较难集成。其实，定义OSI分层模型是为了让不同构架、不同发展阶段的通讯协议能相互独立，使其能在独立发展的同时具备良好的互相配合、结合，增加其相互间成为一个端对端完整协议的可能。比如，以TCP／IP协议栈为核心的Inter－net网络协议中，不同的应用层协议可以在上层网络存在，而大量的不同局域网、广域网可以在下层网络平台上实现。随着通信技术的发展，通信集成将应运而生。通信集成是指一个集成的通信软硬件平台融合多种通信协议及通信接口，实现不同通信技术的互通互联。

2．2通信技术标准的发展及融合

通信标准与规范范文第5篇

【关键词】无线传感网 自组网 Zigbee 433MHz

一、引言

2003年IEEE 802.15.4标准，2004年第一个具有无线自组织、自恢复网络标准――Zigbee网络诞生。

实际上，zigbee就是一个具有双向数据传输功能的无线自组网。而自从Zigbee诞生以来，Zigbee就逐渐成为无线传感网、无线自组网的代名词。根据Zigbee的规范，全球在北美以外地区，使用无线2.4GHz频段，无线发射功率限定为1-10毫瓦（0-10dBm）。由于无线2.4GHz频段基本上是一个视距通信频段，绕射能力差，并不太适应中国的使用环境。GWSN，格网通无线传感网，是我公司自主研发的一个基于433MHz的无线传感网。

二、无线传感网国内外研究现状

多年来，国内众多的大学、院校、生产厂家和用户加入到Zigbee的开发应用之中，Zigbee使用的领域、普及程度都有很大提高。

但遗憾的是，具有树形和网状网的Zigbee的大规模商业应用并不多见。究其原因，Zigbee点到点通信效果不能满足用户要求是主要问题。

近年来，Zigbee芯片厂家推出了一些Zigbee的简化版，如TI的Z-Accel；Microchip的MiWi；Freescale的SimpleMAC（SMAC）；Atmel的MCU Wireless等。这些简化版虽然给开发产品带来了便利，但由于未能改变使用无线2.4GHz频段的限制，通信效果并未根本改变，应用仍然受限。

另一些Zigbee应用厂家，为了改善Zigbee的通信效果，将Zigbee的无线射频功率加大，如上海顺舟的sz系列；深圳信立的WMZ系列；北京威易的MK系列等。这些产品的Zigbee通信效果有一定的改善，但由于射频功率的加大，对环境的电磁污染，以及产品耗电也加大，违背了Zigbee的初衷，并不是一个长远的发展方向。

从无线通信的原理可知，无线通信频率越低，其绕射（跨越障碍物）能力越强。长期以来，在国内室内安防领域无线通信多采用315MHz和433MHz，其原因就是315MHz和433MHz无线通信在楼内通信效果较好。在相同发射功率情况下，433MHz和2.4GHz无线通信在自由空间的通信距离相当，而在建筑物内，特别是多层高楼，433MHz无线通信效果就明显好于2.4GHz无线通信。所以，自2006年以后，国内开始出现433MHz无线自组网，其无线自组网协议多是自有协议。如上海罗迅的SmartNode；深圳畅想的PyxisMesh；北京微网高通的WiMi-net。

三、国内无线自组网的研究误区

（1）关注“路由算法”比实际组网性能更多。其实，一个再好的路由算法若不能与物理层有机的结合，不可能得到很好的实现，而国内产品的无线射频物理层芯片往往都不是定制的。（2）关注无线模块的“省电”更多于其实际产品的应用。而一个再省电的无线模块与一个根本不可能省电的传感器组合，省电功能没有意义和必要。（3）关注“网络节点容量”多于网络通信能力。让一个空中速率有限的无线模块去连通无限的节点数，当出现平均1-10字节/节点秒时，通信实际上是不能算畅通、有效。（4）关注“对等网”、“多网关”多于单网关网络的实际应用。而几乎所有的无线传感网的应用都只需要一个无线网关来进行集中管理就可以了。（5）关注“自动分配节点地址”多于节点的物理位置。而几乎所有的节点地址都需要人为绑定物理位置信息，自动地址的分配并不能带来物理位置的自动识别。（6）一味强调模块的省电能力，但所有具有网关和中继功能的节点都不可能省电使用。（7）现有骨干网已经解决了楼栋外的所有空间及远距离的连通，无线自组网应当解决低成本、低功耗的楼栋内覆盖，却要费尽心机加大无线发射功率和耗电，而不管对环境的污染以及无线电频率利用率的降低。总之，追求理论上的某一高性能，却不管实际产品的总体性价比和实用型，在国内无线自组网研究领域时有所见。

四、GWSN 433MHz无线传感网的技术路线

基本的要求：（1）借鉴zigbee的优缺点，吸收其有利于自组网组网技术的好的理念和做法，形成具有自主知识产权的“自组网、自路由、自恢复”无线组网技术的实用通信系统。（2）它可以是一个单一目标中心（目标地址）、具有自组网功能的无线网状网通信系统，同时是一个双向通信系统。单一目标中心与Zigbee的“对等”有很大的不同。“对等”是指各节点之间可以相互收发，每个节点需要知道网中其他节点的到达路径，既多目标中心。而在常规的传感器网络中，网络中的节点之间并没有应用层面上通信的需求，所有的节点都仅须与管理中心的设备进行通信，并在管理中心的管理之下才能进行工作，我们称之为单一目标中心，这是大多数传感器网络的实际应用情况。基于这样一个单一目标中心网络，其路由的计算和管理都相对简化。（3）作为一个单一目标中心网络主要由一个中心管理服务器、一个无线网关和若干各远端无线终端节点设备所组成。管理服务器通过无线网关可以发数据到无线终端节点设备，无线终端节点设备也可以发数据到网关及管理服务器。（4）一个实用的无线自组网产品的性价比还包括：射频频率、发射功率，符合国家无线电管理委员会的规范；射频发射耗电；射频接收耗电及省电能力；空中速率及一个网关下的节点容量；组网的稳定性和灵活性；产品资源占用率及路由复杂性；产品是否必须省电使用等。

基于以上的这些要求和实用性，GWSN的技术路线是：（1）选用433MHz业余无线电频段，利用其良好射频绕射能力，并且全网无线设备同频半双工工作以提高无线电频率利用率；（2）满足低功耗、微功率，射频功率选定在10-50mW，工作电流控制在DC50mA/3V以下；（3）主节点设备250个左右，射频空中速率250kbps，每节点单向空中速率约50字节/秒；（4）数据空中加密，保障较好的保密性；（5）选用性能良好的软件无线电收发一体射频芯片CCll2x，为自组网提供物理层支撑；（6）选用低成本8位CPU。在网络层的管理方面，不采用Zigbee的协议栈，因为物理层完全不一样，所以确定自主研发简约、实用，与物理层有机结合的GWT-R路由识别算法和组网方式，满足单一目标中心快速、稳定组网需求。

五、GWSN组网通信过程及机制要点

（1）网络部件。

网关：类似于Zigbee的协调点。管理全网无线终端节点，汇接各无线终端节点采集来的数据到管理中心；分发管理中心来的控制数据到各无线终端节点。通过无线通信方式与无线终端通信；通过有线通信方式与管理中心通信。网关可以管理253个主节点。

主节点：类似于Zigbee的路由节点。以自组网方式与网关通信，采集传感器、控制器或外部设备数据并上报网关及管理中心；接收网关及管理中心数据，管理传感器、控制器和外部设备。每个主节点还可以管理254个副节点。

副节点：非路由节点。以星型方式与主节点或网关通信，采集传感器、控制器或外部设备数据并上报主节点或网关及管理中心；接收主节点或网关及管理中心数据，管理传感器、控制器和外部设备。副节点可以有省电功能。全网共6.4万个副节点。

（2）组网过程

GWSN是一个基于时钟的网络，因为在一个实用的网络中，对时钟的需求无处不在，所以组网时，GWSN的网关是在管理中心的管理下才能工作。

网关上电后，首先向管理中心请求获得系统时间，在获得系统时间后才启动无线组网工作。

网关启动无线组网工作后，定时发出无线信标，在无线通信覆盖区域内的主节点在感知到网关的无线信标后，就以网关为中心由里到外，使用GWT-R路由算法，自动寻找最佳路径，逐跳（层）入网，并告知网关及管理中心该主节点的上层节点（入网）地址、接收场强和入网跳数（深度）。

主节点在入网后依据GWT-R路由算法，也定时发送无线信标，还会根据自身周围的无线通信环境按GWT-R路由算法自动调整路由（路由调整时间间隔设计为10秒），并上报网关及管理中心新的入网地址、接收场强和入网跳数。主节点在感知自己不能和上层主节点有效通信时，会自动脱离通信，按GWT-R路由算法重新寻找入网路径。主节点脱网后，它的上层主节点会及时感知到并通报给网关及管理中心。

网关和主节点存有上、下行路由表，当主节点入网或脱网时路由表自动更新。

GWSN是--+同频半双工无线网络，无线通信的碰撞在所难免。为提高通信的可靠性，GWT-R组网方式采取TDM通信和随机通信混和使用方式，用TDM通信维护路由，随机通信用于应用数据，这样既减少碰撞又提供通信效率。

（3）机制要点

GWSN网关与网内的节点通信采用一对一或广播方式。整个通信分为链路层和应用层，而基于简约的原则，通信地址并未分层，只采用链路层地址。

链路层完成链路管理，载波帧听、防碰撞重发（芯片级），控制帧的转发，进行帧的CRC校验，设备掉线识别。应用层完成设备出、入网控制，设备配置，数据和报警上传等。

各数据包的总长度为≤50字节/包。

a.地址分配与管理

网关有两个地址，一个是无线侧地址，与主节点进行通信；另一个是有线侧地址，与管理中心通信。网关无线地址：用一个字节表示，为Ox01。网关在无线一侧地址和主节点地址是统一编址的。

主节点无线地址：用一个字节表示，为2-254，地址为Ox02-0xfe。共253个。

副节点地址：1-16382，地址为0x0001-Ox3ffe，用两个字节表示。副节点地址由主节点管理，仅与所属主节点进行星型通信，地址为0x0001-0x00fe，共254个。这类地址各个主节点可以复用，全网共有64262个。

GWSN网络终端节点地址并没有使用自动分配方式，而是采用出厂默认和工程现场配置方式。在大多数实际使用当中，终端节点的物理位置是管理人员必须关心的。终端节点地址的自动分配并不能省去管理人员到现场获得其物理位置的过程，反而会因为其地址的自动变更带来管理上的不便。

b.基本通信

网关和主节点配置有路由表，可以识别、管理和自动选择通信路由。同时还配置有邻节点感知功能，可以感知网关、主节点和副节点的脱网状态，并上报。

副节点没有路由表，不能自动选择路由。副节点具有感知网关和主节点的功能，不能感知其他副节点。

c.GWT-R

GWT-R是GWSN路由算法和组网方式的统称。GWSN路由管理并未遵循某一特定的路由算法，而是结合Ad hoc路由算法和表驱动路由协议的各自有用的部分，根据链路层和网络层的实际管理需要以及整个网络稳定性和灵活性的需求自主研发的。

在整个组网方式中，跳数最少并不意味着路径最优，所以维护网络的稳定性和灵活性是两个及其重要且对立的路由指标。路由的稳定性可防止节点过度调整路由而不能正常收发应用数据；路由的灵活性可增强节点调整路由的频繁度以改变网络的深度从而增加网络的稳定性。节点在什么情况下可以调整路由，通常是根据节点现有的网络深度和接收场强来确定的。调整接收场强的路由调整阀值将直接影响网络的稳定性和灵活性（见图1）。路由调整的最短间隔时间设计为10秒。

d.通信转发

GWSN网络中的主节点担当无线通信的转发器作用，为避免无线通信碰撞，其转发的延时时间是随机的，设计为8-250ms。

e.节点脱网

主节点在“掉线确认时间（设计为30秒）”到来时仍未收到自己的上一级主节点的“通信标识”，将认为自己与上一级主节点已经脱离通信，将退出工作状态，重新寻找路由。

主节点在“掉线确认时间（设计为45秒）”到来时仍未收到自己的下一级主节点或所属副节点的“通信标识”，将认为自己的下一级主节点或所属副节点已经脱离通信，将上报“设备撤销”给管理中心。

六、GWSN的实用性能及存在的问题

（1）工厂内测试

表1是在工厂环境下对GWSN通信状况的测试分析。

基本测试环境及要求：频率433.199MHz；设计发射功率为10毫瓦（10dBm）；四分之一波长鞭天线；空中速率250kbps；数据包字节数小于等于35字节；数据空中加密传送；数据收发无差错。

虽然测试看似有定量的数据，然而实际上这仍然只是一个数量级别上的趋势。因为就工厂环境来说，一个250kbps速率的短数据无线通信来说，一包数据的发送时间不会超过3ms，测量的准确度有限。

（2）实际用户使用情况

从2008年起，GWSN的相关产品格网通“节能管理网络系统”、“能耗采集无线网络系统”开始在用户安装使用。表2对2011年至2012年期间使用GWSN"节能管理网络系统”和“能耗采集无线网络系统”的43个用户的网络通信状况做了统计分析。其中单个网络最大网络深度达13跳，最多节点数近200个。

（3）GWSN存在的问题及改进方向

a.硬件成本。GWSN 433MHz无线传感网射频模块与zigbee射频模块在硬件成本上并无数量级上的优势，除非将网络协议一并集成到射频芯片中。b.工厂研发更注重实用性，但简约的自有组网协议规范性较差，不像Zigbee标准更易让用户接受。自有组网协议需要得到院校的支持来完善。c.由于采用同频半双工和随机通信工作方式，通信的碰撞在所难免，这是造成数据丢包的主要原因。原有射频芯片的防碰撞重发机制并不完善，需要再增加“链路层数据未收到重发机制”。d.虽然无线433MHz比2.4GHz通信绕射能力好，但实用中GWSN 433MHz无线传感网节点楼层间通信绕射能力并不富裕，建议将射频发射功率再提高3dB，即达到20毫瓦，实用性更佳。e.GWSN的数据空中加密并不符合规范，这在一些对数据加密敏感的用户环境不宜采用。￡无论是GWSN还是zigbee，无线多跳自组网都存在数据传输延时长的特点，在一些对数据传输延时要求高（100ms级以内）的自动化控制系统并不适宜。