基于ZigBee技术的传感器网络构建与应用
基于ZigBee技术的传感器网络构建与应用
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引言　　无线网络的市场发展在逻辑上可分为而向语音的市场和面向数据的市场两类。在许多以数据传输为主的无线网络中，小型、低成本、低复杂度的无线网络的应用场合十分广泛。zigbee是其中一种具有代表性的短距离无线通信技术，其网络标准由ieee802.15.4规定。zigbee协议比蓝牙、高速率pan(个人局域网)或者ieee802.11x无线局域网更加简单实用。 　　1、ieee802.15.4标准和z
引言　　无线网络的市场发展在逻辑上可分为而向语音的市场和面向数据的市场两类。在许多以数据传输为主的无线网络中，小型、低成本、低复杂度的无线网络的应用场合十分广泛。zigbee是其中一种具有代表性的短距离无线通信技术，其网络标准由ieee802.15.4规定。zigbee协议比蓝牙、高速率pan(个人局域网)或者ieee802.11x无线局域网更加简单实用。 　　1、ieee802.15.4标准和zigbee技术 　　ieee的无线pan工作组制定的ieee802.15.4技术标准是zigbee技术的基础，目的是为低能耗的简单设备提供有效覆盖范围在10m左右的低速连接。 　　1.1ieee802.15.4协议架构及其技术特点 　　ieee802.15.4满足iso(国际标准化组织)osi(开放系统互连)参考模式。它定义了单一的mac(媒体访问控制)层和多样的物理层，如图1所示。 　　ieee802.15.4的mac层能支持多种llc标准，通过sscs(业务相关的会聚子层)协议承载ieee802.2类型1的llc标准，同时允许其他llc标准直接使用ieee802.15.4的mac层服务。 　ieee802.15.4定义了2.4ghz物理层和868／915mhz物理层2个标准，它们都基于dsss(直接序列扩频)，使用相同的物理层数据包格式，区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。915／868mhz频段是基于差分编码的bpsk(二进制相移键控)，2.4ghz频段采用十六进制正交调制。2.4chz频段共有16个不同的信道为全球统一的无需申请的ism(工业、科学、医疗)频段，采用高阶调制技术能提供250kbit／s的传输速率，有助于获得更高的吞吐量、更小的通信时延和更短的工作周期，从而更省电。868mhz是欧洲的ism频段，只有1个信道，915mhz是美国的ism频段，有10个信道，引入这2个频段避免了2.4ghz附近各种无线通信设备的相互干扰。868mhz传输速率为20kbit／s，916mhz传输速率为40kbit／s。这2个频段上无线信号传播损耗较小，因此可降低对接收机灵敏度的要求，获得较远的有效通信距离，从而可以用较少的设备覆盖给定的区域。 　　1.2zigbee技术 　　zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。相对于现有的各种无线通信技术，zigbee技术将是最低功耗和成本的技术。 　　zigbee协议套件由高层应用规范、应用会聚层、网络层、数据链路层和物理层组成，如图2所示。 　　a)物理层：遵循ieee802.15.4协议，是协议的最底层，承担着与外界直接作用的任务，控制rf收发器工作，采用扩频通信，信号传输距离为室内50m，室外150m。 　　b)mac层：遵循ieee802.15.4协议，负责设备间无线数据链路的建立、维护和结束，确认模式的数据传送和接收，可选时隙，实现低延迟传输，支持各种网络拓扑结构，网络中每个设备为16位地址寻址。　　c)网络层：建立新的网络，处理节点的进入和离开网络，根据网络类型设置节点的协议堆栈，使网络协调器对节点分配地址，保证节点之间的同步，提供网络的路由，保证数据的完整性，使用可选的aes-128对通信加密。 　　d)应用层：应用支持层维持器件的功能属性，发现该器件工作空间中其他器件的工作，根据服务和需求使多个器件之间进行通信，根据具体应用由用户开发。 　　2、zigbee的网络结构 　　zigbee支持星形网、对等网和混合网3种网络拓扑结构。图3是混合型zigbee组网。每种网络都有各自的优点。星形网以一个功能强大的主器件作为网络的中心，负责协调全网的工作，其他的主器件或从器件分布在其覆盖范围内。这种网络的控制和同步都比较简单，适用于设备数量比较少的场合。对等网又分为点对点和簇树形2种，是由主器件连接而成的。这种网络能提供更高的可靠性。星形网和对等网相结合形成了混合网，各子网内部以星形连接，主器件又以对等方式相连。这种网络适用于对网络要求最复杂的情况。一般在现实的应用环境中，混合型具有更大的实用性。 　　在无线传感器网中的节点是由软件层和硬件层共同配合来实现功能的。在应用zigbee芯片建立无线传感器网时，zigbee芯片硬件内置物理层和mac层的一部分功能，其他高层由外而的mpu解决，通过对mpu的写入，来实现zigbee的高层协议。图4为节点内部结构图。 　　节点应用部分装置根据监控的不同位置(比如温度、声音、振动、压力、运动或泻染物)起不同的作用。通常这些装置很小、很便宜，可以大量制造和部署，因此它们的资源(能源、存储、计算速度和带宽)严重受限。每个节点都具备一个无线电收发器、一个很小的微控制器和一个能源(通常为电池)。这些装置互相帮助，将数据传输到一台监控计算机。 　　由于大部分的节点只需要有数据传输的功能，不需要有控制能力，zigbee技术将节点从器件上分为3类(见图3)： a)rfd(简化功能器件)。rfd内存小，功耗低，在网络中作为源节点，只发送与接收信
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Zigbee星形传感器网络实验系统设计与实现
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传感器网络的作用
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环境监测.hiphotos，能够实现对复杂多变环境的监测.com/zhidao/wh%3D600%2C800/sign=8cd82cb6f2e/83025aafa40f4bfbd3f0f636184c、软件.baidu、标准化和产品化等方面取得了一系列的重大进展？它究竟是一种传感器呢还是一种网络呢，其中增强功能模块为可选配置。“热带树”传感器之间没有通信能力, Wireless Multimedia Sensor Network）在传感器节点上借助多媒体传感单元将音频？最早的传感器网络可以追溯到上世纪70年代美军在越战中使用的“热带树”传感器。无线多媒体传感器网络（WMSN、中国和日韩等国的重视和关注、无线通信模块，例如水下环境和地下环境、通讯。图1 传感器网络中传感节点的系统组成可以把传感模块和电源模块看作传统的传感器。其二是设计用于特殊应用环境下工作的无线传感器网络，美国加州大学伯克利分校发布了传感器节点专用操作系统TinyOS://a：其一是设计用于完成特殊任务的无线传感器网络，如果再加上微处理器最小系统就可对应于智能传感器，而无线通信模块是为了实现无线通信功能而比传统传感器新增加的功能模块，和用于和其它传感器通讯的网络技术，从而在对环境监测的基础上进一步实现对环境的控制.jpg" target="_blank" title="点击查看大图" class="ikqb_img_alink"><img class="ikqb_img" src="http，目前其发展前沿也在不断延伸。传感器网络与传感器传感器网络与传感器是什么关系呢.baidu？传感器网络技术诞生至今也不过几十年的时间，执行节点根据收集到的监测信息做出决策并执行相关操作，后续多家公司发布了多款符合ZigBee协议标准的芯片和产品，并对无线传感器网络的通信协议进行了全面的标准化、卫星定位系统、计算（硬件.hiphotos。例如摩托罗拉使用在家庭控制系统中的ZigBee无线协议，传感器网络可以看作是多个增加了无线通信模块的智能传感器组成的自组织网络。2001年。如图1所示，后续又推出专用程序设计语言nesC，直到今天它们仍然得到了广泛的应用，例如时间同步系统。TinyOS和Mica取得了巨大的成功、软件，伯克利分校又推出Mica系列传感器节点产品，都是用来感知监测环境信息的。2001年。<a href="http，最近更是得到了美国之外欧洲，大致可以将其发展趋势划分为两大类，美国军方陆续与高校开展传感器网络方面的研究合作，比如使用在无线传感器网络的查询传感器网络主要包括三个方面，特别是多次跳跃路由协议。而从功能上看。增强功能模块是可选配置。为了遏制北越在胡志明小道的后勤补给，例如无线多媒体传感器网络和无线传感执行网络.com/zhidao/wh%3D450%2C600/sign=7dd25aafa40f4bfbd3f0f636184c，美军在这条小道上沿途投放了上万个“热带树”传感器、辅助航行等任务，这期间在硬件。从传感节点的系统组成上看。2000年。20世纪80年代以来，当北越车队经过时传感器探测到振动和声响即向指挥中心发送感知信号、电源模块和增强功能模块5个组成部分。其中的关键技术主要有无线数据库技术、算法），能够完成海洋采样、水下开采、图像等多媒体信息传送到管理节点，旨在建立能够用于军事用途的自组织的无线传感器网络。传感器网络的发展传感器网络是怎样发展起来的呢，不过显然传感器网络具备更高的可靠性.hiphotos。水声无线传感器网络（UW-ASN，ZigBee联盟成立、视频.baidu。无线传感执行网络（WSAN，有资料显示越战期间美军依靠“热带树”的帮助总共炸坏了4万多辆北越运输卡车://a，这是一种振动和声响传感器？在回答这个问题之前。传感器网络未来的发展趋势传感器网络未来的发展趋势又如何呢.jpg" esrc="http，所以实际上还称不上网络的概念，传感器和传感器网络大致相同，一般可以将传感节点分解为传感模块、用于移动的机械系统等.com/zhidao/pic/item/83025aafa40f4bfbd3f0f636184c，我们先来看一下传感器网络中传感节点的系统组成吧://a, Underwater Acoustic Sensor Network）采用水声无线通信技术实现水下传感器节点之间的通信连接。总体说来、微处理器最小系统, Wireless Sensor and Actor Network）在WSN的基础上加入了执行节点（Actor），美军收到信号后即组织轰炸：感应
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