基于ZigBee的无线监测网络设计

e
协 调 器 和 路 由器
2 Z i gBe
Z 唔B e
B
e e
e
协议简介
是 Z ig B e
e
必 须时刻作好 准备
’ ‘ “
。
，
进行点对 点 的通 信
：
。
联 盟 定 义 的无 线 网 络标 准
，
z
酶
z ig B
e e
一
支持两 种 数 据 类 型
种 命令
—
键 值对 和 消息
，
。
键值对 数
联 盟 提供 了上 层 协议 栈
统 的传感 器 监 测 已 经 不 能满 足 人 们对 信 息 获取 的要 求
此 迫切需要
一
能 设 备 只 能 是 自动 搜 寻 邻 近 协 调 器 并 与 其 通 信 的 终 端 设
备
。
，
种新方法进行环 境 的监 测
。
本文采用 无 线传
。
感 器 网络技 术进 行周 围环 境 的 监 测 与控 制
络 不 需 要 较 高 的传输 带 宽
，
无 线传感 器 网
z ig B
e e
具 有 两 种 网络
，
：
信标使能 网 和 非信标使能 网
，
。
但 却需 要 较 低 的传输 时 延 和 极
、
在信标使 能 网络 中
协调 器周 期性 的发 送 信号
、
终端设 备
。
低 的功率消耗
；
而 Z ig B e
，
e
具有 复杂度低
功耗低
Z igBe
．
、
成本低 技术可
e
使用 这种信号进 同步
。
和 安 全 性 高 的特点
使得 无 线传感 器 网络 与
。
e
也 支 持 时 隙 C S M A ／C A 的 延 迟 进 行 时 隙 的 同 步
，
在
完美地 结合在 协议
，
一
起
因 此 本 文 采 用 IE E E
8 0 2 1 5 4 ／ i gB e Z
—
94 92
(2 0 0 8 ) 0 9 0 0 6 6
—
一
03
1
引言
近 年来
，
决 定是 否 接 受新 网络 成员 随着 传感器 技 术 和 芯 片技 术 的 飞 速 发 展
，
。
路 由器 负 责 不 同节 点 的 路 由 路 由器 和 终 端设 备
，
。
传
因
全 功能设 备 可 以是 协调 器
、
但 简化功
．
非 信标使能 网络 中
协 调 器 周 期 性 的 发 送 信 号 暴 露 自己 的
。
设计 了
。
一
种 以 射 频 芯 片 CC2 4 3 0 为 核 心 的无 线 监 测
存在
，
以 便 终 端 设 备 发 现 自己
协 调 器 和 终 端设 备通 过 发
。
网络 系统
送 的数 据 请求信号 和 应 答 信 号 进 行 通 信
与开发
基于
Z ig B
e e
的 无 线监 测 网 络 设 计
’
，
李长征
(1 太原理
．
杨洁明
。
，
沈 大伟
。
工
大 学机 械 电 子
工
程 研 究所
，
山 西 太原
，
0 300 24
；
2 江 苏技
．
术 师 范 学院 电 气信 息 工 程 学院
江
苏常州
2 13 0 0 1 )
一
。
燕黼黧
z ig B e
：
设计方案
；
交换
Z ig B e
具有三 种拓扑结构
：
星型网
、
簇状 网和 网状
控制信息 和 收发 采集数据
行所 需 的能量
_4 ]
。
电源 模块 为传感 器 节点提供 运
。
网
。
典 型 的 Z 唔B e e 个 域 网 由 全 功 能 设 备 和 简 化 功 能 设 备 组
协 调 器 和 路 由器 通 常是 全 功 能设 备 协调 器 支持所 有点对 点 的连 接
，
对 射频 模 块
，
、
数 据 采 集 模 块 和 电 源 模 块 进 行 了 详 细 的设 计
。
传
的拓 扑结构
传感 器 节点通 过计算机 显 示 了监 测 的环
r 鹆氅 询 ： 疆
e ；
c c 2430
；
传感 器 节 点
：
；
无 线 监 测 网络 文章编号
：
中图分 类号
TP23
文 献标 识 码
A
10 09
线个域 网
工
，
传输速 率分别为
868 MHz IE E E
、
2 0 k ／s
、
4 0 k／ s
．
。
射频
器 ) 和 电源 模块 组 成
。
传 感 器 模 块 负 责 监 测 区 域 内信 息 的
作频段分别为
。
9 15 M H z 和 2 4 G H z
．
均使用 直
采集和数据转换 作 据
，
；
处 理 器 负责控 制 整 个 传感 器 节 点 的操
：
收 稿 日期
2008
—
03
—
14
■■■ j 习一
碱
与
Ｒ Ｍ 和 ８位 ８ ５ 微 处 理 器 ，是 实 现 嵌 入 式 Ｚｇ ｅ 应 用 Ａ ０１ ｉ ｅ Ｂ 的 片上 系 统 ，支 持 Ｉ Ｅ ０ ． ．／ ｉＢ ｅ协 议 ， 可 用 于 各 Ｅ Ｅ ８２１ ４ Ｚｇ ｅ ５ 种 Ｚｇ ｅ 无 线 网络 节 点 ，包 括 协 调 器 、路 由器 和 终 端 没备 ｉ ｅ Ｂ
z ig B
e e
包括 网络层
，
、
安全层 和应用
据通 常是
钮时
，
—
响应 机 制
例如
，
用户打开 开 关按
。
层
。
的通 信 范 围 大 约 是 10 0 m
、
适 合 于 多种应 用 方
、
开 关 按 钮 向射 频 芯 片 发 出 信 号 使 其 开 灯
消息数据
。
式
，
诸 如 家 庭 自动 化 网 络
。
工 业
控制 网络
， ，
下 面 分 别设 计 各模 块
成
态
。
总是处于开机状
，
无 线通 信模块 采 用 射 频 芯 片 CC2 4 3 0
CC2 4 2 0
。
CC 2 4 3 0 集 成 了
。
负责 网络 的形 成
KYZ050 3 1)
它
射频收发机
、
Z ig B e
e
射频 前 端
、
12 8 k B
闪存
、
8 kB
+
江 苏 省 人 事 厅 科 研 基 金 资助 项 目 ( 编 号
交互 式玩具
支持二
、
进 制 的数据传输
，
数 据量 受支持 的帧字 节 数 限制
远程监测等
Z ig B
e e
3
4 基 于 IE E E 8 0 2 15 _ 技 术
．
传感器节点 系统设 计
传感 器 节 点 由传感 器 模 块
、
[…
，
适 合于 低速率无
和 2 5 0 k ／s
，
无 线 通 信模 块 ( 包 括处 理
３ ． 感 器模块 的 设计 ２传
传感 器 模 块 的 功 能 就 是 收 集 需 要 的 环 境 信 息 ，如 温 湿 度 、 压 力 、强 度 等 。 本 设 计 传 感 器 节 点 使 用 温 度 传 感 器 ＭＣ ９ ０ Ｐ ７ ０采 集 环 境 温 度 数 据 。ＭＣ ９ ０ Ｐ ７ ０能 将 温 度 信 号 转 换
接序列 扩 频技 术
理层
，
80 2 15 ． 仅 仅 规 定 了 MA C 层 和 物 4
。
存 储 和 处 理 本 身采 集 的数 据 以 及 其他 节 点 发 来 的 数
无 线 通 信模 块 负 责与其 他 传 感 器 节 点 进 行 通 信
；
，
MA C
e
层 使 用 C S M A ／C A 协 议