重新審視IP網路概念 WSN可望實現最佳化傳輸

美國加州大學柏克萊分校電腦科學教授David Culler指出，如果無線感測器網路(WSN)能夠採納並適當修改現有的網際網路協議(IP)軟體堆疊，使其得以符合超低功率的要求，那麼，無線感測器 網路可望開啟泛在運算新時代。 Culler是一位在無線感測器網路領域頗有建樹的研究人員。他說，如果能夠把IP協議壓縮在感測器網路架構中，那麼，未來大部份的網際網路流量成長就可 能都來自於感測器網路。“我們已經針對這個問題進行了十年的研究，現在大約已完成了一半的進度。”Culler也曾經參與協助倡議該領域的TinyOS軟 體開發任務。 然而，要讓IP能夠執行於感測器架構層級並非易事，因為有些無線感測器網路的電池預算約為一年工作一個小時，Culler在IEEE Secon大會上發表專題演說時指出。 “因此，感測器節點大部份時間幾乎都必須處於睡眠模式，但IP網路卻要持續地運作。”他表示，“感測器節點約有99.5%的時間是離線的，這意味著它必須 在剩下0.5%的時間內非常高效地運作。” 工程師們必須摒棄原先對於有線IP設計的某些狹隘觀念，例如讓每一節點記憶複雜的路由表，甚至仔細確認每一次的傳輸。“如果我在包含1,000個節點的網 路之一上說了一句‘Hello!’，還得讓每一節點都確認收到訊息，那就全部都當機了！”他幽默地說。 研究者們已經針對一些架構(如TinyOS)進行了十年的試驗。最初的想法是沿用有線網路的概念，如為每一節點分配一個位址的分層軟體堆疊，但這種方式無 法符合處理能力較弱且功率預算很小的無線感測器網路需求。 “我們一度走錯了方向。”Culler表示，他為與會者展示了適用於現有感測器節點的一個完整IPv6堆疊，“該堆疊的可靠性和低功率使其更具有可行性。 ” 新創公司Arch Rock現已可提供採用IP的無線感測器網路。Culler是該公司的共同創辦人之一，同時也兼任網際網路工程任務組(IETF)聯合主席，共同主持定義 一個以IEEE 802.15.4射頻協議而使Ipv6路由機制轉換到感測器網路的軟體層任務。IETF的這項工作是以該任務組現有的6LoWPAN網路為基礎。 雖然有關IP感測器網路的研究工作正持續向前邁進，但對於採用802.15.4、Wi-Fi或其它哪一種網路才是實現傳輸的最佳方式？該領域中的許多人仍 然對此存在意見的分歧。此外，對於使用路由網路或網格網路的聯網方式也存在著分歧。 “業界至今還在爭論聯網方式等問題。”Culler並表示，新的路由協議和網格協議仍持續湧現，“但沒有人知道網格網路的正確方式。” Secon大會針對Wi-Fi等網格網路展開了一整天的研討會，包括三家Wi-Fi網格產品供應商進行的產品展示，這些產品瞄準了從公共安全到低成本的 Web接取等應用。 儘管至今已展開了多項工作，但針對Wi-Fi網格網路的IEEE 802.11s標準目前還有很多工作尚待完成。 美國加州FireTide公司系統架構師兼.11s標準參與者Jorjeta Jetcheva表示，造成標準製訂工作延遲的原因很多，包括在無線安全方面存在一些尚未解決的問題，以及由一個小組來定義路由概念的困難度，因為依 IEEE的規定彼此是不能討論網路層等議題的。 英特爾公司的一位研究員指出，Wi-Fi網格可能開啟更多新一類的應用。例如，時代華納(Time Warner)公司正與路由器製造商FON Wireless公司合作開發基於Wi-Fi網格的社區網路。新創的Mushroom Networks公司和WiBoost公司也正開發採用Wi-Fi網格的創新對等應用。 Secon大會中的多數主題都聚焦於軟體議題。Culler並強調業界在快閃記憶體、控制器、射頻和矽晶感測器方面的重大進展。然而，他也指出，感測器網 路相關軟體的不斷變化，也在某種程度上阻礙了基礎晶片的未來進展。 例如，RF晶片製造商為了簡化編程而開發的韌體抽象化，實際上就使得程式人員很難有效地確認其方案。此外，應用普及的TI Chipcon 2420射頻晶片在關機後會失去其配置資料，迫使工程師們不得不在重新開機時把通道資訊複製到元件中。 “有許多工作其實可以在較低的層級中完成。”Culler強調，“但由於目前的許多工作並未朝正確的方向發展，使得硬體設計者仍然缺乏穩定的軟體層作為設 計參考，而軟體開發廠商也無法為其提供更多協助。”