本文首先對WiMAX和WSN技術(shù)相關(guān)概念的介紹，分析了兩種技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和各自的特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上認(rèn)清了兩者之間的關(guān)系，WSN作為對WiMax的進(jìn)一步延伸，共同作為最后一英里的實現(xiàn)技術(shù)，前景一片光明。

　　最后一英里，在英美也常被稱為Last Mile。Ô­意指完成長途跋涉的最后一段里程，被引申為完成一件事情的時候最后的而且是關(guān)鍵性的步驟（通常還說明此步驟充滿困難）。通信行業(yè)¾­常使用“最后一英里”來指代從通信服務(wù)提供商的機(jī)房交換機(jī)到用戶計算機(jī)等終端設(shè)備之間的連接。“最后一英里”中所涉及的用戶指家庭及個人用戶或小型商業(yè)用戶等處于網(wǎng)絡(luò)終端地位的用戶，而不是大型商業(yè)用戶或?qū)I(yè)通信公司，因此，連接服務(wù)商和用戶之間的線路不會是骨干網(wǎng)絡(luò)通常使用的單模光纖。本文講述的是通過WiMax和WSN而實現(xiàn)無線互聯(lián)的最后一英里技術(shù)。

　　1 WiMax與WSN簡介

　　1.1 WiMax概述

　　WiMax全稱為Worldwide Interoperability for Microwave Access,即全球微波互聯(lián)接入。WiMAX是基于IEEE 802.16和ETSIHiper MAN無線城域網(wǎng)(MAN)標(biāo)準(zhǔn)的無線數(shù)字通信技術(shù)。它可為固定站(例如臺式電腦)提供高達(dá)50公里的寬帶無線接入(BWA)距離，為移動站(例如筆記木電腦、移動電話、個人媒體播放器和PDA)提供5-15公里的寬帶無線接入距離。WiMAX還具有QoS保障、傳輸速率高、業(yè)務(wù)豐富多樣等優(yōu)點(diǎn)。WiMAX 技術(shù)的固定版本(IEEE 802.16 -2004)可使用2- 11 GHz頻段向固定設(shè)備提供非視距(NLOS)傳輸，較高的頻率要求視距內(nèi)的覆蓋范圍。固定WiMAX可在50公里的距離內(nèi)，以高達(dá)75 Mbps的速度提供高吞吐率寬帶連接，該技術(shù)可用于各種各樣的固定(IEEE 802.16d- 2004)應(yīng)用場合，包括‘最后一英里”寬帶連接、熱點(diǎn)和蜂窩回程，以及用于商業(yè)的高速企業(yè)連通性。與Wi-Fi等無線技術(shù)相比，WiMAX具有更強(qiáng)的抗干擾性，可提供更高的帶寬利用率，并且可在更遠(yuǎn)距離上以更高的速率傳輸數(shù)據(jù)。

　　1.2 WSN概述

　　WSN（Wireless Sensor Network）的構(gòu)想最初是由美國軍方提出的，美國國防部高級研究所計劃署（DARPA）于1978年開始資助卡耐基£­梅隆大學(xué)進(jìn)行分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究，這被看成是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的雛形。WSN是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集量化、處理融合和傳輸。綜合了微電子技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，能夠Э同地實時監(jiān)測、感知和采[FS:PAGE]集網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對其進(jìn)行處理，處理后的信息通過無線方式發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送給觀察者。具體的來講，WSN兼具感測、運(yùn)算與網(wǎng)絡(luò)能力，透過傳感器偵測周遭環(huán)境，如溫度、濕度、光照、氣體濃度、震動幅度等，并由無線網(wǎng)絡(luò)將搜集到的信息傳送給監(jiān)控者；監(jiān)控者解讀報表信息后，便可掌握現(xiàn)場狀況，進(jìn)而維護(hù)、調(diào)整相關(guān)系統(tǒng)。由于監(jiān)控物理環(huán)境的重要性從來沒有像今天這么突出，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已被視為環(huán)境監(jiān)測、建筑監(jiān)測、公用事業(yè)、工業(yè)控制、家庭、船舶和運(yùn)輸系統(tǒng)自動化中的下一個發(fā)展方向。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用一般不需要很高的帶寬，但是對功耗要求卻很嚴(yán)格，大部分時間必須保持低功耗。由于無線傳感結(jié)點(diǎn)通常使用存儲容量不大的嵌入式處理器，因此對Э議棧的大小也有嚴(yán)格限制。另外，WSN對網(wǎng)絡(luò)安全性、結(jié)點(diǎn)自動配置、網(wǎng)絡(luò)動態(tài)重組等方面也有一定的要求。WSN的這些特殊性對應(yīng)用于該技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)Э議提出了較高要求。目前最廣泛使用的WSN的MAC層Э議為IEEE802.15.4。

　　2 WiMax與WsN的發(fā)展?fàn)顩r

　　2.1 WiMax的發(fā)展?fàn)顩r

　　WiMax是一項基于標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，主要用在城市型局域網(wǎng)路（MAN）。由WiMax論壇（WiMax Forum）提出并于2001年6月成形。它可提供最后一英里無線寬帶接入，作為電纜和DSL之外的選擇。它在 IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的多個版本和選項中做出唯一的選擇，以保證不同廠商產(chǎn)品的互操作性。在 802.16物理層的三個變體中，WiMax選擇了802.16-2004 版的256carrier OFDM，能夠借由較寬的頻帶以及較遠(yuǎn)的傳輸距離，Э助電信業(yè)者與ISP業(yè)者建置無線網(wǎng)絡(luò)的最后一英里，與主要以短距離區(qū)域傳輸為目的之IEEE 802.11通信Э定有著相當(dāng)大的不同。

　　該技術(shù)以IEEE 802.16的系列寬頻無線標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)。一如當(dāng)年對提升802.11使用率有功的Wi-Fi聯(lián)盟，WiMax也成立了論壇，會提高大眾對寬頻潛力的認(rèn)識，并力促供應(yīng)商解決設(shè)備兼容問題，借此加速WiMax技術(shù)的使用率，讓W(xué)iMax技術(shù)成為業(yè)界使用IEEE 802.16系列寬頻無線設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)。雖然WiMax無法另辟新的市場(市面已有多種寬頻無線網(wǎng)方式)，但是有助于統(tǒng)一技術(shù)的規(guī)范，有了標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)范，就可以以量制價，降低成本，提高市場增長率。WiMax論壇在2004年年底之前，著手開發(fā)認(rèn)證流程，為最后一步的產(chǎn)品測試預(yù)作準(zhǔn)備。2005年左右，大型供應(yīng)商推出擁有WiMAX認(rèn)證的產(chǎn)品，多數(shù)產(chǎn)品的頻率不超過11GHz.WiMax進(jìn)步到可以支持最后一英里，私人和企業(yè)應(yīng)用[FS:PAGE]。2006/07年左右，WiMax解決方案進(jìn)入筆記本電腦，可直接進(jìn)行客戶端發(fā)送，遞送真正的便攜式無線寬頻，不需外接的客戶端設(shè)備(CPE )。

　　WiMax(全球微波互聯(lián)接入)不僅在北美、歐洲迅猛發(fā)展，而且這股熱浪已¾­推進(jìn)到亞洲。WiMax又稱為802•16無線城域網(wǎng)，是又一種為企業(yè)和家庭用戶提供“最后一英里”的寬帶無線連接方案。因在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的高覆蓋范圍(可以覆蓋25～30英里的范圍),以及對3G可能構(gòu)成的威脅，使WiMax在最近一段時間備受業(yè)界關(guān)注。

　　2.2 WSN的發(fā)展?fàn)顩r

　　國際上比較有代表性和影響力的無線傳感網(wǎng)絡(luò)實用和研發(fā)項目有遙控戰(zhàn)場傳感器系統(tǒng)（Remote Battlefield Sensor System，簡稱REMBASS --倫巴斯）、網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)（NCW）及靈巧傳感器網(wǎng)絡(luò)（SSW））、智能塵（smart dust）、Intel®，Mote、Smart-Its項目、SensIT、SeaWeb、行為習(xí)性監(jiān)控（Habitat Monitoring）項目、英國國家網(wǎng)格等。還有低成本美軍“狼群”地面無線傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志著電子戰(zhàn)領(lǐng)域技戰(zhàn)術(shù)的最新突破。俄亥俄州正在開發(fā)“沙地直線”（A Line in the Sand）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這個系統(tǒng)能夠散射電子絆網(wǎng)（tripwires）到任何地方，以偵測運(yùn)動的高金屬含量目標(biāo)。民用方面，美日等發(fā)達(dá)國家在對該技術(shù)不斷研發(fā)的基礎(chǔ)上在多領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用。

　　英特爾與加利福尼亞州大學(xué)伯克利分校曾領(lǐng)導(dǎo)著微塵技術(shù)的研究工作。他們成功創(chuàng)建了瓶蓋大小的全功能傳感器，可以執(zhí)行計算、檢測與通信等功能。2002年，英特爾研究實驗室研究人員將處方藥瓶大小的32個傳感器連進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)，以讀出緬因州“大鴨島”上的氣候，評價一種海燕巢的條件。而2003年第二季度，他們換用150個安有D型微型電池的第二代傳感器，來評估這些鳥巢的條件。他們的目的是讓世界各國研究人員實現(xiàn)無入侵式及無破壞式的、對敏感野生動物及其棲居地的監(jiān)測。該公司開發(fā)出了用于家庭護(hù)理的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。根據(jù)演示，試制系統(tǒng)通過在鞋、家具，以及家用電器中嵌入半導(dǎo)體傳感器，幫助老年人、阿爾茨海默氏病患者，以及殘障人士的家庭生活。該系統(tǒng)利用無線通信將各傳感器聯(lián)網(wǎng)，可高效傳遞必要的信息，從而方便病人接受護(hù)理，還可以減輕護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)。該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是英特爾公司在阿爾茨海默氏病患者家庭的合作下，歷時一年研究完成的。

　　日立制作所與YRP泛在網(wǎng)絡(luò)化研究所2004年11月24日宣布開發(fā)出了全球體積最小的傳感器網(wǎng)絡(luò)終端。該終端為安裝電池的有源無線終端，可以搭載溫度、亮度、紅外線[FS:PAGE]、加速度等各種傳感器，準(zhǔn)備應(yīng)用于大樓與家庭的無線傳感器以及安全管理方面。

　　三菱電機(jī)日前開發(fā)成功了一種用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的小型低耗電無線模塊。能夠使用特定小功率無線構(gòu)筑對等（Ad-hoc）網(wǎng)絡(luò)。目標(biāo)是取代目前利用專線構(gòu)筑的家用安全網(wǎng)絡(luò)。具體而言，與紅外線傳感器配合，檢測是否有人、與加速度傳感器配合，檢測窗玻璃和家具的振動、與磁傳感器配合，檢測門的開關(guān)，等等。

　　在舊金山，200個聯(lián)網(wǎng)微塵被部署在金門大橋。這些微塵用于確定大橋從一邊到另一邊的擺動距離——可以精確到在強(qiáng)風(fēng)中為幾英尺。當(dāng)微塵檢測出移動距離時，它將把該信息通過微型計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳遞出去。信息最后到達(dá)一臺更強(qiáng)大的計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。任何與當(dāng)前天氣情況不吻合的異常讀數(shù)都可能預(yù)示著大橋存在隱患。

　　3 WiMax與WSN的各自特點(diǎn)

　　3.1 WiMax的的特點(diǎn)

　　WiMax技術(shù)與其他技術(shù)如Wi-Fi相比有以下特點(diǎn):

　　1)傳輸距離遠(yuǎn)

　　WiMax的無線信號傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)50公里，而Wi- Fi的覆蓋范圍僅僅300英尺左右(約合90米)，因此是無線局域網(wǎng)所不能比擬的，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積是3G(第二代移動通信)基站的10倍，只要建設(shè)少數(shù)基站就能實現(xiàn)全城覆蓋，這樣就使得無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的范圍大大擴(kuò)展。

　　2)接入速度高

　　WiMax所能提供的最高接入速度是75Mbps，這個速度是3G所能提供的寬帶速度的30多倍。對無線網(wǎng)絡(luò)來說這的確是一個驚人的進(jìn)步。Wi- Fi采用與WLAN標(biāo)準(zhǔn)802.11a和802.11g相同的OFDM (Orthogonal Frequency Division  Multiplexing正交頻分復(fù)用)調(diào)制方式，每個頻道的帶寬為20MHz。這也和11a和11g幾乎相同。不過因為可通過室外固定天線穩(wěn)定地收發(fā)無線電波，所以無線電波可承載的比特數(shù)高于11 a和11g。

　　3)無線“最后一英里”瓶頸限制

　　作為一種無線城域網(wǎng)技術(shù)，它可以將Wi- Fi熱點(diǎn)連接到互聯(lián)網(wǎng)，也可作為DSL( Digital Subscriber Line數(shù)字用戶線)等有線接入方式的無線擴(kuò)展，實現(xiàn)最后一英里的寬帶接入WiMax可為50公里線性區(qū)域內(nèi)的用戶提供服務(wù)，用戶無需線纜即可與基站建立寬帶連接。

　　4)提供廣泛的多媒體通信服務(wù)

　　由于WiMax較之Wi- Fi具有更好的可擴(kuò)展性、安全性和QoS(服務(wù)質(zhì)量)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)電信級的多媒體通信服務(wù)。高帶寬可以將IP網(wǎng)的缺點(diǎn)大大降低，從而大幅度提高VoIP的QoS。

　　5)使用用戶規(guī)模大

　　由于MAC層的差別，一個Wi-Fi接入點(diǎn)只能同時接入數(shù)十個用戶，而WiMax一個基站可以同時接入數(shù)百個遠(yuǎn)端用戶站。而且WiMax可為同一用[FS:PAGE]戶站提供多個業(yè)務(wù)流的傳輸能力，可以更大地提升實際接入用戶數(shù)。

　　3.2 WSN的特點(diǎn)

　　一種技術(shù)只有解決客觀世界中存在的問題，滿足社會生產(chǎn)和發(fā)展的需求，才能具有生存的空間，就是所說的技術(shù)的特點(diǎn)£­£­£­解決矛盾點(diǎn)。同樣WSN的誕生，是為了解決信息高速路上的最后1英里，能夠?qū)⒏鞣N設(shè)備都納入全世界的信息網(wǎng)絡(luò)。WSN的特點(diǎn)是：

　　1）低速率，通常小于500Kbps.

　　2）低功耗，能夠用電池供電，并且至少5個月.

　　3）近距離，因為通信的距離很大程度上取決于發(fā)射功率，因此功耗低，距離也不遠(yuǎn)，滿足某些領(lǐng)域、場合的需要。

　　4）低成本，WSN是靠大量的冗余節(jié)點(diǎn)來實實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸，量大必須便宜.

　　5）自組網(wǎng)，最大優(yōu)勢是能夠自動實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián).

　　6）路由轉(zhuǎn)發(fā)，這是WSN中一個非常關(guān)鍵，也是一個非常難解決的問題。因為節(jié)點(diǎn)的通信距離只有100米左右，組成網(wǎng)絡(luò)時，路由節(jié)點(diǎn)的能量消耗非常關(guān)鍵，怎樣最大限度延長網(wǎng)絡(luò)壽命是關(guān)鍵。

　　這些特點(diǎn)，滿足了WSN在環(huán)境檢測、太空探測、智能家居、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用，存在著巨大的應(yīng)用潛力。

　　4.WiMax與WSN之間的關(guān)系及其前景

　　通過以上知識的了解，我們知道WiMax技術(shù)主要是應(yīng)用在無線城域網(wǎng)絡(luò)，它是互聯(lián)網(wǎng)的一種無線接入方式。互聯(lián)網(wǎng)通過它能夠達(dá)到的更大的無線覆范圍。而WSN是無線傳感網(wǎng)絡(luò)，它不是一種互聯(lián)網(wǎng)的接入技術(shù)，而只是存在于局部的一個小網(wǎng)絡(luò)。在這個網(wǎng)絡(luò)里，通過傳感節(jié)點(diǎn)，將被感知的對象的一些相關(guān)數(shù)據(jù)如溫度、壓力等傳遞給數(shù)據(jù)的收集者。WiMax覆蓋范圍再怎么大，它也無法企及一些細(xì)微之處。可以舉這么一個例子，在一個大棚是蔬菜的種植場里，安裝了一些WSN的無線傳感節(jié)點(diǎn)，通過這些節(jié)點(diǎn)組成的WSN無線傳感網(wǎng)絡(luò)向計算機(jī)傳達(dá)大棚里的溫度、濕度、二氧化碳濃度等信息。這樣我們便可以通過互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崟r的查詢這些相關(guān)信息。而僅僅依靠WiMax是做不到這一點(diǎn)的。WiMax所能達(dá)到的最后終端也就是一臺可以接入互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備。WiMax技術(shù)使得無線互聯(lián)網(wǎng)的最后一英里得到實現(xiàn)，而WSN卻在此基礎(chǔ)上使最后一英里得到進(jìn)一步的延伸。WSN就像是地球的皮膚一樣，感應(yīng)著有關(guān)信息，通過WiMax無線互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使這些信息能夠全球共享，實現(xiàn)真正的全球聯(lián)通。

　　WiMax技術(shù)與WSN技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用使無線互聯(lián)網(wǎng)真正完成最后一英里的偉大征程，能夠?qū)⒏鞣N設(shè)備和信息都納入全世界的信息網(wǎng)絡(luò)，雖然目前兩種技術(shù)的發(fā)展還在起步階段，但有如此的光明前景&Eu[FS:PAGE]ml;­又能阻擋得了它們的迅猛發(fā)展呢？