Dust Networks位于加州海沃德 (Hayward, CA)，由Kris Pister 博士創辦。Dust Networks 率先推出 SmartMesh® 網絡，該網絡由一個負責收集和轉發數據的自成形網狀節點 (或“微塵”) 與一個用于監視和管理網絡性能并向主機應用程序發送數據的網絡管理器組成。如今，該技術已成為眾多創新網絡標準的基礎。Dust Networks 技術的特點是實現了低功率、基于相關標準的射頻技術、時間分集、頻率分集和物理分集的完美組合，可確保可靠性、可擴展性、無線電源靈活性及易用性。SmartMesh 網絡中的所有微塵 (甚至包括路由節點) 均為可通過電池運行數年而設計，從而使需要通過低成本的“即撕即貼”型安裝可準確地安放傳感器的場合實現了最終靈活性。

無線市場的潛力可謂無限，可是無線技術的可靠性以及通信標準一直制約著無線市場的發展。對于一個創新型的IC企業來說，解決這些技術瓶頸將會使其立于不敗之地。而對于Dust Networks來說，它自創辦以來就已經站在了無線領域的最前沿：采用全網格拓撲結構提高了無線傳輸的可靠性，其高屋建瓴之作TSMP奠定了無線通信標準，而它開發的系列產品成本低廉性能可靠更是深受OEM廠商們的信賴。 要想深入了解這么一家無線傳感器網絡供應商，毫無疑問就得先從它領先技術的了解開始，本文就將以這個為切入點探討Dust Networks的無線傳感器網絡技術。

傳感器網絡的未來——無線傳感器網絡

首先來初步認識一下無線傳感器網絡這個概念，無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network, WSN）是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息，并發送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構成了無線傳感器網絡的三個要素。隨著微機電系統(Micro-Electro-Mechanism System, MEMS)、片上系統（SOC，System on Chip）、無線通信和低功耗嵌入式技術的飛速發展,孕育出無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks, WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點帶來了信息感知的一場變革。  

Dust Networks公司在無線傳感器網絡的領先技術確保了無線傳感器能夠無縫地嵌入到一個現有的網絡架構上，并使得整個網絡能夠很好地運行。Dust Networks公司最領先的技術無疑是它的TSMP（時間網格網絡協議）協議，它也是本文的重點。

走近Dust Networks的TSMP

Dust Networks的核心技術TSMP得到了無線HART協議的采納以及艾默生和通用等流程控制設備制造商的廣泛支持,這使得基于全網格拓撲的TSMP協議能成為廣泛應用于工業環境的無線短程網協議。當前的TSMP是在IEEE 802.15.4的射頻2.4GHz ISM頻帶和專用射頻900MHz ISM頻帶上實現的。圖1顯示了在標準的無線網絡協議棧和OSI網絡協議棧中TSMP所對應的部分。

圖1 無線協議比較

TSMP 協議包括了5個關鍵要素，包括了時間同步通信、跳頻、節點自動加入和網絡自動構成、全冗余網格路由，以及安全消息傳送。而最具創新設計的當數TSMP 協議中的時間同步通信、跳頻和全冗余網格路由技術。

讓無線同步呼吸-----時間同步通信

在TSMP網絡中，節點間的所有通信都是在一個特定的時間段執行的。對于每一個的TSMP節點，它可以同時處理多個數據幀,而數據幀里面又包括了若干個的時間槽。數據幀有一個重要的組態參數----幀長度。幀長度的長短直接影響著TSMP網絡的輸送能力：幀長度越短，網絡的刷新率就越高，隨之有效帶寬也增加，功耗也跟著增大；反過來，幀長度越長，那么刷新率就越低，有效帶寬以及功耗也相應的降低。  

TSMP協議的成功之處還在于解決了網絡構成節點共享發送、接收和休眠的精確時間同步這個關鍵問題。為什么時間同步顯得那么重要呢？無線設備不像有線設備可以一直接著電源而不用擔心電源用盡，它只能使用自帶電源提供自己的能量補充，因此尤其是在對電池功耗有嚴格要求的場合（如WSN），保證全部節點能同步喚醒和同步休眠就意味著延長了電池的使用壽命。TSMP使用與其它WSN所不同的信標策略，它不是在每個數據幀的起始處設立同步信標，而是按照TSMP節點來保持精確時間的讀出，為了保證時間同步TSMP還通過相鄰節點進行交換以補償信息。這種設計的高明之處就是它使帶寬可以預先配置，確保了信息發送的可靠性和零干擾，同時節點在每次發送時可以有效地改變頻率且讓接收節點保持鎖步，通過對帶寬進行自動調節適應了數據流的突增或突減。

讓無線更靈活-----跳頻技術  

與其它一些協議單純使用DSSS或FHSS所不同的是TSMP將FHSS和DSSS組合在一起進行使用，這使得它同時具有了FHSS避免射頻干擾的能力和DSSS提高編碼增益的性能。  

TSMP還在規定的2.4000-2.4835MHz ISM頻道內，巧妙地利用偽隨機序列在802.15.4規范下制定16個信道進行跳頻。如圖2所示,當TSMP節點C加入網絡時，它至少能發現兩個已處在網絡中的節點（稱之為A 節點和B節點）并與之建立通信關系。在這個過程中，C節點會收到作為父節點A和B發來的同步信息和跳頻序列。當又有新的節點加入網絡時，C節點也會給它的子節點發送另外一個不同頻率起點的跳頻序列。當一個父節點傳輸信號受到射頻干擾后，另一個父節點就會選擇以另一個信道的頻率與子節點通信。這種傳輸路徑的選擇相當簡單同時又不失靈活性。

圖2  A節點和B節點為C節點的父節點

對大多數通信機制而言，增加信道數就意味著成正比例的增加了系統的通信能力。而TSMP在802.15.4的射頻范圍內取16個信道并采用跳頻擴頻，使之有效帶寬提高了整整16倍。當然信道數的增加會影響到系統的通信能力以及穩定性，下圖是dust networks官方網給出的不同信道數系統穩定性的比較。

圖3  不同信道數穩定性的比較

讓無線更智能-----網絡自動構成  

TSMP網絡的關鍵屬性還在于其具有自我組織的功能。那么如何理解一個已建立的TSMP網絡呢？事實上可以簡單地把TSMP網絡看為一組可以共享網絡識別號ID和關鍵字，且彼此間能保持同步的節點。每一個TSMP節點都具有發現其相鄰節點，測量射頻信號的強度，獲取同步和跳頻信息以及建立與相鄰節點的連接路徑的能力。而網關節點是TSMP網絡的發源地，它執行著向所有其它網絡節點接力傳輸組態信息和發出主時序信號的服務。除了承載著應用消息的那個時間槽外，還有其它一些時間槽是用來執行網絡組態、發現相鄰節點和偵聽新加入節點請求的，這些時間槽也是組成幀長度的一部分。當TSMP節點被喚醒或復位時，它便開始偵聽這些代碼并確認這些節點的加入請求。

讓無線更安全------安全消息傳送

所有的TSMP消息包括網絡ID都被打成為一個數據包。網絡ID將所有具有同一ID的節點都綁定在同一個網絡里，這樣一來多個TSMP網絡可以在同一個無線空間內運行，這樣也避免了消息路由至其它網絡的情況。節點偵聽的方式是對自己所在網絡的ID進行非同步的偵聽，一旦它偵聽到ID與自己相匹配的節點，它就會發出讓其參與的初始化指令。此外對消息進行打包時還增加了一個參與密鑰，如果節點的密鑰有誤，它參與的請求就不會被其父節點所接受，那么該節點將會超時，接著又返回到非同步偵聽中去。以上所述的措施確保了節點間消息安全迅捷的傳送。

讓無線更有可靠------完全冗余路徑  

一個具有節點自動加入和自我修復的全網格拓撲結構才能保證的網絡保持長期的可靠性和可預測性，即使是射頻環境隨著時間可能發生很大的變化也不會導致整個網絡的失效。TSMP采用的是讓每個節點都能發現多個可用的父節點并建立兩個以上的鏈接以達到空間上的多種變化。而時間上的多種變化則是由重發和避免失效的機制來實現的。這種自組織、全網格拓撲的網絡能夠發現可供使用的網絡拓撲和利用大多數穩定的路由，從而達到了資源的合理優化配置。   

Dust Networks的這一系列創新技術使得其能在這一領域保持多年的穩定地位。迄今為止，有10多家公司（大約占據了無線傳感器網絡市場的90％）展示的可互操作無線設備都是采用了Dust Networks的TSMP技術，這包括了艾默森、霍尼維爾、ABB、西門子和橫河等。而據市場調研公司ONWorld近期發布的一份報告，預計到2011年，世界市場無線傳感器網絡（WSN）系統與服務將飛升至約46億美元，比現在大概增長5億美元，毫無疑義Dust Networks仍將在這一極具潛力的市場中分到大部份的蛋糕。 

本期關注的Dust Networks是眾多無線設備生產商的一個杰出代表，其高可靠性的技術無疑將推動這個市場進入下一個快速發展的階段。縱觀無線市場領域，完全可以斷言 Dust Networks已經邁出了堅實有力的一步，相信不遠的將來Dust Networks將會給世人更大的驚喜。  

在2011年12月底Dust Networks被凌力爾特公司收購。