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摘要：过去几年里，无线嵌入式控制技术的推动者们已经无数次向设计工程师们描述了其美好愿景，但有一个问题：我们真的理解嵌入式无线技术吗?在多种标准共存的环境下，需要相互协调。
关键词：无线；ZiKbee；Wireless HART 802.15.4；WiEC
无线嵌入式控制的理想
首先，应该给出无线嵌入式控制技术的合理定义。在收发器层，无线嵌入式控制技术通常是指低功耗无线电技术，其特定范围在10m-50 m之间，数据传输速率在4Mbit/s以下，可运行于任何工业、科学和医疗(ISM)频段。无线嵌入式控制技术利用网络协议来控制无线节点之间的通信。网络的拓扑结构通常有机器对机器(M2M)通信的简单点对点拓扑、基础无线传感器网络(WSN)的星型拓扑，以及高级自愈网状网络的Mesh拓扑。在所有这些拓扑结构中，节点之间都可以进行通信。
大家都会对无线控制技术推动者所描述的美好愿景历历在目，这些愿景会不断发生变化，但无一例外的是，推动者们使用了低功耗、低成本、高可靠性、高安全性、易于设计和使用这些词汇描述它们。
用户逐渐意识到无线嵌入式控制技术所带来的效率的提高和成本的降低，整个世界将被这些小型低功耗收发器所覆盖，它们将所有东西都连接在了一起。
然而，不幸的是，在炒作多年后，仍然没有一种无线技术能够同时满足上述那些美好的愿景。在实际的工程设计中，我们看到的往往是采用折衷方案。怎么可能会有一种技术能够适合同时控制家里的电灯和控制工厂的安全阀呢?而一些无线嵌入式控制技术的推动者们的确向我们描述过这种美好的愿景。然而，在幻灯片陈述完这些美好的愿景之后开始实际操作时，却出现了许多意想不到的情况。或许是夸大其词，或许是芯片和协议栈太逊色了，或许工程师们根本就不该相信一种技术就可以解决所有问题。
愿景为何失败
有几个原因可以解释为什么这些愿景会失败。首先是有一些指定的性能目标从根本上就与其它一些相对立，这使工程设计面临不可逾越的挑战。比如，低成本与高可靠性。在工程上实现低成本需要一整套方法来减少花费。先必须减小硅片的尺寸，这就需要在收发器架构(比如开环与闭环调制，后者能提供更高的可靠性，但需要更大的裸片尺寸)上进行取舍。接下来，网络协议栈的大小需要裁减，以最小化运行RF收发器的处理器所需的代码空间的数量。而减小网络协议栈就意味着一些智能化功能(如完整的点到点路由和网络自愈能力)将不存在。
从根本上来说这种折衷并没有错误，毕竟“低成本”与“高可靠性”是一些相对的词语。究竟多低才算是“低成本”呢?这取决于面对的用户对象是谁。假设一个无线节点的成本是100美元。相对于家庭用户来说，如果用这种节点作为电灯开关就太贵了。但对那些为工厂设计工业过程自动化解决方案的客户而言，又是完全可以接受的。
然而不幸的是，对这种事实的初始的反应是层出不穷的各种无线嵌入式控制技术，每一种技术都宣称它具有其它技术不具有的优势。下面是一些商标和品牌：ZigBee、ANT、z—Wave、INSTEON、Wavenis、ISASP-100、WirelessHART等，以及其它一些来自Cypress、Nordic、TI和Freescale等公司的RF专有技术。每一种技术都坚信自己能够提供更好的解决方案。事实上，根本不需要这么多技术投向同一个市场，但是很多人都忽视了这一点。
结果就是，市场被过度分割了。用户有大量的嵌入式无线控制技术可以选择，对这些技术来说，并没有真正的赢家。一些消费者正在持观望态度，不愿意将资金投入到这些技术中，因为一旦这些技术将来不被采用，最终将血本无归。
多种标准的共存与协调
好消息是，这种压力正在缩小，嵌入式无线控制技术领域所必需的、而且使得其中有竞争力的技术逐渐显现出来。自然选择的基本原理就是适者生存。目前这些技术正在走向成熟，至少比起先前要成熟的多。各种炒作也逐渐褪去，基于理性的、规范的思考方式正渐渐展开。
新的观点是单一技术不可能同样有效地解决所有问题。但是，它可以很好地解决一部分问题。家用电灯开关和工厂的安全阀可能都使用无线连接来控制，但是可能不会使用相同类型的无线连接。通过更好的理解市场和应用，供应商和推动者正在调整他们的工作重心和产品系列。
拿ZigBee来说，ruesh技术将被应用到从超低成本的消费类应用到实现关键任务系统控制的工厂应用中。最近，ZigBee联盟正在关注一些能充分显示ZigBee优势的应用，包括自动测量架构(AMI)和商业楼宇自动化等领域。现在，我们很少提到将zigBee用于消费类应用(低成本使得zigBee相比其它技术来说缺乏竞争力)和过程自动化应用(需要高可靠性和高安全性)。ZigBee规范将继续(最近新增了zigBee PRO功能集)致力于解决用户在过去两年里尝试实现ZigBee系统时所面临的各种问题。对于供应商和用户来说，版本的兼容性仍然是一个难题。
zigBee在工业过程自动化方面的欠缺导致出现了一些衍生技术。设计人员认识到，如果将IEEE802.15.4/zigBee通信协议与适合工业过程自动化的网络协议相结合，能够有效地将RF收发技术用于工业过程自动化。由HART通信基金会(HCF)推动产生了WirelessHART技术。HART技术的有线版本已经安装到了2000多万个设备单元中，无线版本的推出旨在促进大规模的部署。HCF的成员Emerson ProcessManagement和Endress+Hauser等公司已经重新调整了技术方案来解决他们非常熟悉的问题。至少在理论上，wirelessHART具备了在市场上取得成功的要素一对问题的深入理解，对技术的不断调整，以及来自工业界权威人士的强有力的支持。不过，预计将于2009年推出的首批产品到底会表现如何，我们拭目以待。
有趣的趋势是供应商和用户在IEEE 802.15.4规范上找到了结合点。似乎802.15.4规范是一种非常好的收发器和MAC技术，只要运行在上层的网络协议做出适当调整，就可以用于多种应用中。ZigBee和wirelessHART联盟正在对一些协议进行标准化，而其他厂商正在标准的收发器技术上建立自己专有的协议。对设计人员来说，一个好消息是，芯片厂商提供IEEE 802.15.4相关设备解决方案，随着竞争的白热化，成本将更低，而性能将更高。对于芯片厂商来说，不管zigBee协议还是wirelessHART协议谁获胜，底层的收发器都是一样的，对于支离破碎的无线市场来说，这无异于是一盏明灯。
结语
尽管就今天来说，用成千上万的小型wiEC(无线嵌入式控制)收发器来连接我们的世界尚不能实现，但是，这只是个时间问题。商业的需要、用户的期待，聪明的工程师们将实现我们的美好愿景。我们仍需更好地了解市场需求，以确定应用目标以及潜在的消费者动机，来最终实现这个目标。
关键词：无线；ZiKbee；Wireless HART 802.15.4；WiEC
无线嵌入式控制的理想
首先，应该给出无线嵌入式控制技术的合理定义。在收发器层，无线嵌入式控制技术通常是指低功耗无线电技术，其特定范围在10m-50 m之间，数据传输速率在4Mbit/s以下，可运行于任何工业、科学和医疗(ISM)频段。无线嵌入式控制技术利用网络协议来控制无线节点之间的通信。网络的拓扑结构通常有机器对机器(M2M)通信的简单点对点拓扑、基础无线传感器网络(WSN)的星型拓扑，以及高级自愈网状网络的Mesh拓扑。在所有这些拓扑结构中，节点之间都可以进行通信。
大家都会对无线控制技术推动者所描述的美好愿景历历在目，这些愿景会不断发生变化，但无一例外的是，推动者们使用了低功耗、低成本、高可靠性、高安全性、易于设计和使用这些词汇描述它们。
用户逐渐意识到无线嵌入式控制技术所带来的效率的提高和成本的降低，整个世界将被这些小型低功耗收发器所覆盖，它们将所有东西都连接在了一起。
然而，不幸的是，在炒作多年后，仍然没有一种无线技术能够同时满足上述那些美好的愿景。在实际的工程设计中，我们看到的往往是采用折衷方案。怎么可能会有一种技术能够适合同时控制家里的电灯和控制工厂的安全阀呢?而一些无线嵌入式控制技术的推动者们的确向我们描述过这种美好的愿景。然而，在幻灯片陈述完这些美好的愿景之后开始实际操作时，却出现了许多意想不到的情况。或许是夸大其词，或许是芯片和协议栈太逊色了，或许工程师们根本就不该相信一种技术就可以解决所有问题。
愿景为何失败
有几个原因可以解释为什么这些愿景会失败。首先是有一些指定的性能目标从根本上就与其它一些相对立，这使工程设计面临不可逾越的挑战。比如，低成本与高可靠性。在工程上实现低成本需要一整套方法来减少花费。先必须减小硅片的尺寸，这就需要在收发器架构(比如开环与闭环调制，后者能提供更高的可靠性，但需要更大的裸片尺寸)上进行取舍。接下来，网络协议栈的大小需要裁减，以最小化运行RF收发器的处理器所需的代码空间的数量。而减小网络协议栈就意味着一些智能化功能(如完整的点到点路由和网络自愈能力)将不存在。
从根本上来说这种折衷并没有错误，毕竟“低成本”与“高可靠性”是一些相对的词语。究竟多低才算是“低成本”呢?这取决于面对的用户对象是谁。假设一个无线节点的成本是100美元。相对于家庭用户来说，如果用这种节点作为电灯开关就太贵了。但对那些为工厂设计工业过程自动化解决方案的客户而言，又是完全可以接受的。
然而不幸的是，对这种事实的初始的反应是层出不穷的各种无线嵌入式控制技术，每一种技术都宣称它具有其它技术不具有的优势。下面是一些商标和品牌：ZigBee、ANT、z—Wave、INSTEON、Wavenis、ISASP-100、WirelessHART等，以及其它一些来自Cypress、Nordic、TI和Freescale等公司的RF专有技术。每一种技术都坚信自己能够提供更好的解决方案。事实上，根本不需要这么多技术投向同一个市场，但是很多人都忽视了这一点。
结果就是，市场被过度分割了。用户有大量的嵌入式无线控制技术可以选择，对这些技术来说，并没有真正的赢家。一些消费者正在持观望态度，不愿意将资金投入到这些技术中，因为一旦这些技术将来不被采用，最终将血本无归。
多种标准的共存与协调
好消息是，这种压力正在缩小，嵌入式无线控制技术领域所必需的、而且使得其中有竞争力的技术逐渐显现出来。自然选择的基本原理就是适者生存。目前这些技术正在走向成熟，至少比起先前要成熟的多。各种炒作也逐渐褪去，基于理性的、规范的思考方式正渐渐展开。
新的观点是单一技术不可能同样有效地解决所有问题。但是，它可以很好地解决一部分问题。家用电灯开关和工厂的安全阀可能都使用无线连接来控制，但是可能不会使用相同类型的无线连接。通过更好的理解市场和应用，供应商和推动者正在调整他们的工作重心和产品系列。
拿ZigBee来说，ruesh技术将被应用到从超低成本的消费类应用到实现关键任务系统控制的工厂应用中。最近，ZigBee联盟正在关注一些能充分显示ZigBee优势的应用，包括自动测量架构(AMI)和商业楼宇自动化等领域。现在，我们很少提到将zigBee用于消费类应用(低成本使得zigBee相比其它技术来说缺乏竞争力)和过程自动化应用(需要高可靠性和高安全性)。ZigBee规范将继续(最近新增了zigBee PRO功能集)致力于解决用户在过去两年里尝试实现ZigBee系统时所面临的各种问题。对于供应商和用户来说，版本的兼容性仍然是一个难题。
zigBee在工业过程自动化方面的欠缺导致出现了一些衍生技术。设计人员认识到，如果将IEEE802.15.4/zigBee通信协议与适合工业过程自动化的网络协议相结合，能够有效地将RF收发技术用于工业过程自动化。由HART通信基金会(HCF)推动产生了WirelessHART技术。HART技术的有线版本已经安装到了2000多万个设备单元中，无线版本的推出旨在促进大规模的部署。HCF的成员Emerson ProcessManagement和Endress+Hauser等公司已经重新调整了技术方案来解决他们非常熟悉的问题。至少在理论上，wirelessHART具备了在市场上取得成功的要素一对问题的深入理解，对技术的不断调整，以及来自工业界权威人士的强有力的支持。不过，预计将于2009年推出的首批产品到底会表现如何，我们拭目以待。
有趣的趋势是供应商和用户在IEEE 802.15.4规范上找到了结合点。似乎802.15.4规范是一种非常好的收发器和MAC技术，只要运行在上层的网络协议做出适当调整，就可以用于多种应用中。ZigBee和wirelessHART联盟正在对一些协议进行标准化，而其他厂商正在标准的收发器技术上建立自己专有的协议。对设计人员来说，一个好消息是，芯片厂商提供IEEE 802.15.4相关设备解决方案，随着竞争的白热化，成本将更低，而性能将更高。对于芯片厂商来说，不管zigBee协议还是wirelessHART协议谁获胜，底层的收发器都是一样的，对于支离破碎的无线市场来说，这无异于是一盏明灯。
结语
尽管就今天来说，用成千上万的小型wiEC(无线嵌入式控制)收发器来连接我们的世界尚不能实现，但是，这只是个时间问题。商业的需要、用户的期待，聪明的工程师们将实现我们的美好愿景。我们仍需更好地了解市场需求，以确定应用目标以及潜在的消费者动机，来最终实现这个目标。