基于ZigBee的无线传感器网络研究
基于Zigbee的多信道无线传感器网络的研究与实现
基于Zigbee的多信道无线传感器网络的研究与实现随着科技的不断发展，无线传感器网络在各个领域中得到了广泛的应用。
而其中基于Zigbee协议的多信道无线传感器网络则成为了目前研究的热点之一。
本文将探讨。
首先，我们需要了解什么是Zigbee协议。
Zigbee是一种低功耗、低速率的无线通信协议，主要用于短距离的无线通信。
它具有通信距离远、网络节点多、功耗低等特点，非常适合用于构建无线传感器网络。
在传统的Zigbee网络中，通信频率是固定的，即所有节点都在同一个信道上进行通信。
然而，当网络规模较大、节点数量众多时，会出现频道拥塞的情况，从而导致网络性能下降。
为了解决这个问题，研究者们提出了基于Zigbee的多信道无线传感器网络。
基于Zigbee的多信道无线传感器网络通过将网络节点分配到不同的信道上进行通信，从而提高了网络的容量和性能。
具体来说，首先需要对网络节点进行信道分配，使得相邻节点之间的信道不会重叠。
然后，每个节点在通信前会选择一个可用的信道进行通信。
这样一来，不同信道上的节点可以并行进行通信，从而提高了网络的吞吐量和响应速度。
在实现基于Zigbee的多信道无线传感器网络时，我们需要考虑以下几个方面。
首先，需要设计一种高效的信道分配算法，使得网络节点之间的信道分配合理，尽量减少信道冲突。
其次，需要设计一种可靠的信道选择机制，使得节点能够选择到可用的信道进行通信。
另外，还需要考虑节点能量的管理，使得网络能够在低功耗的情况下正常运行。
综上所述，基于Zigbee的多信道无线传感器网络是一种有广泛应用前景的无线通信技术。
通过合理的信道分配和信道选择机制，可以提高网络的容量和性能。
未来，我们可以进一步研究该技术在各个领域的应用，如智能家居、环境监测等，为人们的生活带来更多的便利和舒适。
基于ZigBee技术的低功耗无线传感器网络研究
基于ZigBee技术的低功耗无线传感器网络研究随着物联网技术的不断发展，传感器网络作为物联网的基础技术之一，日益受到人们的关注。
而在众多的传感器网络技术中，基于ZigBee技术的低功耗无线传感器网络备受瞩目。
一、低功耗无线传感器网络的意义低功耗无线传感器网络（Low-Power Wireless Sensor Network，LPWSN）是指由一组分布在空间中，通过自组织方式协调工作，能够在自身资源限制下完成感知、处理和通信等多种任务的无线传感器节点构成的网络。
它将传感器作为节点，通过无线传输技术将数据传输到基站或信关站，实现对环境等参数的监测和感知。
低功耗无线传感器网络具有以下优点：1. 能够实现对环境等参数的精细感知。
2. 可以实现对环境进行长期监测，不需要人工干预。
3. 系统具有稳定性，能够在节点数量变化和节点失效的情况下正常运行。
4. 能够实现远距离、多节点的监控，应用范围广泛。
二、ZigBee技术ZigBee是一种低功耗、短距离的无线通信技术，它采用工业、科学、医疗电磁波频段（ISM频段）进行通信，可以用于传感器网络、智能家居、工业自动化等多种场景。
ZigBee技术主要具有以下特点：1. 低功耗。
ZigBee采用间歇性通信方式，使得节点在空闲状态下能够进入低功耗模式，从而大大延长节点的续航能力。
2. 网络形态灵活。
ZigBee可以实现星型、网状、集群等多种网络拓扑形态，适用于不同场景的需求。
3. 数据传输效率高。
ZigBee采用短数据帧进行数据传输，有效减少了传输时间和能耗。
4. 安全性高。
ZigBee使用AES-128加密算法，确保数据传输的安全性。
三、基于ZigBee技术的低功耗无线传感器网络研究目前，基于ZigBee技术的低功耗无线传感器网络已经在工业控制、室内环境监测等领域得到广泛应用。
下面详细探讨它在清洁能源和环境监测中的应用。
1. 清洁能源低功耗无线传感器网络可以实现对太阳能、风能等清洁能源的监测。
基于ZigBee的无线监测网络设计
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
基于ZigBee的无线传感器网络定位技术研究
２ Ｔ ｈ ｅ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｉ ｎ ｓ ｄ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ａ ｉ ｒ Ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ Ｅ ｌ ｉｎ ｇ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘ ｉ ’ ａ ｌ ｌ ７ １ ０ ０ ５ １ Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
珏 东ｉ 设计 与实现 ； ｉ
基于Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 的无线传感器网络定位技术研究
郭金铭 ，邹刚伟 ，胡斌杰 ，曹国雄
（ １ ． 华南理工大学电子与信 息学院，广东 广州 ５ １ （ ） ６ ４ ０ ； ２空军Ｚ － 程 大学理学院 ，陕西 西安 ７ １ （ ） （ ） ５ １ ）
Ｇ ＵＯ Ｊ ｉ ｎ － ｍｉ ｎ ｇ ， ｚ ｏ ｕ Ｇ ａ ｎ ｇ ， ｗｅ ｉ ， ＨＵ Ｂｉ ｎ － ｊ ｉ ｅ ， Ｃ ＡＯ Ｇ ｕ ｏ ． ｘ ｉ ｏ ｎ ｇ ２
（ １ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｌ ｌ ｄ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ￣ ／ ６ ４ ０ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ；
【 摘 要】 在对 无线 信号 传播模 型 进行详 细理 论分 析 的基础 上 ，研 究 了基于Ｒ Ｓ Ｓ Ｉ 测距 的定位 算 法 ，并 针对 该算 法存在 的 问题
以及 噪 声的 影响 ，从均 值滤 波和 节点 位置 计算 方法 等方 面做 出 了相应 的改进 ，然后 在基 于ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 的 无线传 感器 网 络 开发 平台上 设计 并实 现 了该定 位算 法。 实验 测试 结果 表 明，本系 统运 行稳 定 ，具有 良好 的定位 效 果 ，是 一套 低 成本 、低 功耗 、易 实现 、可靠性 高 的定位 系统 。 【 关键 词 】 无线 传 感 器 网络 定位 技 术 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ Ｒ Ｓ Ｓ １ Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０
基于ZigBee技术的无线传感器网络构建与应用
图 ４ Ｚｇ ｅ 无线局域 网络 节点 内部结构 ｉｂ ｅ
节点应 用部分装 置根 据监 控不同位 置 （ 比如温度 、声 音 、振 动、压力 、运动或污染物 ）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
对通信加密 。
图 ３混合型的 Ｚｇ３ｅ ｉｔ 组网 ｃ
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 。
三 、基 于 Ｚ ｇ ｅ 术 的 ｉＢｅ 技 无 线 传 感 器 网络 构 建
列扩频 １ 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 ９ ５８ ８ １／６ ＭＨｚ 频
段是基于 差分 编码 的二进制相移键控 （ Ｐ Ｋｌ 而 ２ ＧＨ Ｂ Ｓ ４ ｚ
频段采 用的是 ｌ ６进制正变调制 ２４ Ｈ ．Ｇ ｚ波段总共有 １ 个 ６ 不同的信道 为全球 统一的无需申请的 ＩＭ 频段 Ｓ 采用高阶 从而更加省 调制技术能 够提供 ２ ０ ｂｓ ５ ｋ ／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 美国的 Ｉ Ｍ 频段有 １ Ｓ ０个信道
～
图 ２ Ｚ ｇ ｅ 协 议 栈 ｉＢ ｅ
１０ （ 外 ） ５ｍ 室 。
媒体接入控制层 ：遵循Ｉ， Ｓ２ ５ 协议 ．负责设 Ｆ ， ０ ． Ｆ Ｆ １４ 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 １ 位地址寻址 。 ６ 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 ＡＥ 一２ Ｓ１８
基于zigbee无线网络传感器
Ｉ ■
基于 ｚｇ ｅ 无线 网络传感器 ｉｂ ｅ
卢
中图分 类号 ：Ｐ２ Ｔ１１
李
强
赣州 ３ １０ ） ４ ０ ０
（ 西理工大 学机 电工程 学院 网络 化测控 实验 室 ３ ３ 江 西 江 ０
文 章编号 ：０９９ ４ ２ １）６ ０５ 一 １ １０ — １Ｘ（００ ３— ３６Ｏ
ｌ ∞
＜ ５
高 低
ｌＯ ｏ ｌｏ
２ｏ 。
３ １ ｉ 碍｛ ． ０ ６ ２
ｉ ０
１０ ０ ０ ００
４ 入 式操作 系 统 嵌 传感器 节 点是一 个微 型的 嵌入式 系统 ， 携带 非常 有 限的硬件 资源 。需要 操作系 统能 够节 能高效 地使用 其 有限 的 内存 、处理 器和通 信 模块， 且能够 对 各 种特 定应 用提供 最大 的支 持 。在面 向无线 传感 器 网络 操作 系统 的支 持下， 多个应 用 可 以并发 地使 用系 统 的有 限 资源 。 传感 器节 点有两 个突 出的特 点 。一个特 点是 并发 性密集 ， 即可 能存在 多 个 需要 同时执行 的逻辑 控制。 需要操 作系统 能够有 效地满 足这种发 生频 繁、 这 并 发程度 高 、执行过 程 比较 短 的逻辑 控 制流程 ： 一个特 点是 传感器 节点模 另 块 化程度 很 高， 求操作 系统 能够 让应用 程序 方便 地对 硬件进 行控 制 。且 保 要 证在 不影响整 体开销 的情 况下， 应用程 序 中的各个部分 能够 比较方 便地进行 重 新 组合 。上 述这些 特 点对 设计 面 向无 线传感 器 网络 的操 作系统 提 出了新的挑 战 。美 国加州 大 学伯 克利 分校 针对 无线 传感 器 网络研 发 了 ｔ ｎ Ｏ ｙ ｓ操 作 系 ｉ 统 。在 科研 机构 的研 究 中得 到 比较 广泛 的 使用 。 参 考 文 献 ［］ 李 中文 ， １ 段朝玉 ． ｉｂ ｅ Ｚ ｇ ｅ 无线 网络技 术入 门与实 战 ． 北京 ： 北京 航空 航天 大学 出版社， ０ ７ １１ ４ ２ ０ ．３ ￣１ １ ［］ 徐 勇军， ２ 安竹 林． 无线 传感器 网络 实验 教程 ． 北京 ： 北京理 工大学 出
ZigBee技术的无线传感网络研究
ZigBee技术的无线传感网络研究无线传感网络（WSN）是一种由大量分布在广阔区域内的无线传感器节点组成的网络，用于监测、收集和传输环境中的信息。
近年来，随着物联网技术的发展，无线传感网络在各个领域都有着广泛的应用，包括环境监测、智能家居、工业控制、农业等。
而ZigBee技术作为无线传感网络中的一种重要通信技术，受到了广泛关注和应用。
本文将重点研究ZigBee技术在无线传感网络中的应用及其发展趋势。
一、ZigBee技术概述ZigBee技术是一种低成本、低功耗、短距离、低速率的无线通信技术，采用IEEE 802.15.4标准，工作在2.4GHz频段。
ZigBee技术通过自组织网络结构和低功耗设计，可以满足无线传感网络对于低数据传输速率、长寿命和区域覆盖面的需求。
在传感器网络中，ZigBee技术能够支持数百个节点的网络连接，且能够实现低功耗待机和快速启动，适用于各种环境监测、智能家居、工业控制等场景。
二、ZigBee技术在无线传感网络中的应用1. 环境监测在环境监测领域，ZigBee技术可以通过部署大量的传感器节点，实时监测环境中的温度、湿度、光照等参数，并通过网络传输到监控中心进行分析和处理。
由于ZigBee技术具有低功耗和低成本的特点，可以实现对于大范围环境监测的需求，并且能够长时间稳定运行。
2. 智能家居在智能家居领域，ZigBee技术可以连接家庭中的各种智能设备，如智能插座、智能灯具、智能门锁等，实现远程控制和智能化管理。
传感器节点通过ZigBee技术实现与智能网关的连接，实现设备之间的互联互通，为用户提供智能化、便捷的家居体验。
3. 工业控制在工业控制领域，ZigBee技术可以实现工厂内各种设备的监测和控制。
通过在设备上部署ZigBee通信模块，可以实现设备之间的数据交换和远程控制，提高工业生产的智能化和自动化水平。
三、ZigBee技术在无线传感网络中的发展趋势1. 低功耗设计随着各种传感器节点在无线传感网络中的部署数量不断增加，对于传感器节点的功耗设计提出了更高的要求。
ZigBee技术的无线传感网络研究
ZigBee技术的无线传感网络研究随着科技的不断进步，无线传感网络已经成为了人们日常生活中不可或缺的一部分。
而ZigBee技术就是其中一种广泛应用的无线传感网络技术。
本文将针对ZigBee技术的无线传感网络进行研究。
ZigBee技术是一种低功耗、低速率的局域网无线传输标准，它采用了短距离、低速率、低功耗等机制，以适应消费电子、工程自动化、安防、医疗和智能家居等各种传感和控制应用场合。
ZigBee最初由皇家飞利浦电子公司、洛阳钼业公司和美国Motorola公司共同组织的ZigBee联盟提出，目前由国际标准化组织（ISO）和IEC共同制定标准。
无线传感网络（WSN）由一组无线传感器组成，每个传感器节点负责采集环境信息并发送数据到网络中心，然后协调器将数据进行处理和向外转发。
ZigBee网络的架构包含三个组成部分：ZigBee节点、ZigBee协调器和ZigBee网络服务平台。
其中，ZigBee节点是ZigBee网络中的最小单元，它可以有多个，每个节点可以完成不同的采集任务。
ZigBee协调器是ZigBee网络的控制中心，用于协调各个节点之间的通信。
而ZigBee网络服务平台则是对ZigBee网络进行监控和管理，发现和排除故障。
ZigBee网络的通信方式分为两种：Beacon通信和非Beacon通信。
对于Beacon通信，ZigBee协调器周期性地在Beacon帧中进行广播，ZigBee节点则在收到Beacon帧后可向ZigBee协调器发送数据。
而对于非Beacon通信，ZigBee节点只需在需要发送数据时发送通知，然后等待ZigBee协调器的回应。
ZigBee技术具有以下特点：首先，ZigBee技术采用了低功耗的无线传输方式，能够延长节点的使用寿命。
其次，ZigBee技术的网络规模较小，因此实现起来较为简单。
此外，ZigBee技术支持多种传输速率和多种通信方式，可适应多种实际应用场景。
最后，ZigBee 技术还具备高度的网络灵活性和可靠性，能够无缝地与其他计算机网络进行集成。
基于ZigBee协议的无线传感器网络技术的分析和应用
《工业控制计算机》2010 年第 23 卷第 11 期
31
ZigBee 是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速 率、低成本的自组网无线网络技术。 主要应用于低速率近距离的 文 本 传 输 。 与 其 它 的 几 种 无 线 通 信 技 术 如 蓝 牙 、Wi－Fi、UWB、 GPRS、CDMA 相 比 ，ZigBee 的 省 电 、 可 靠 、 成 本 低 、 网 络 容 量 大，低复杂性，自组网等特点更适合于无线传感器网络。
之无线通信信道的不稳定性， 从而使网络的拓扑结构会随之动 态变化。 因此要求无线传感器网络要能够适应这种网络拓扑结 构的动态变化，具有自组网、智能化和协同感知等功能。 ⑤无线 传感器网络的安全性。 无线信道、有限的能量，分布式控制都使 得无线传感器网络更容易受到攻击。 因此，安全性在网络的设计 中至关重要。 2 ZigBee 协议标准
图 2 无线传感器网络协议结构图 在低层（物理层和介质访问层），主要实现的是点到点或点到 多点的数据传输问题，为上层组网提供通信服务。 目前 IEEE 组织 已制定出符合传感器的小型、低成本，低功耗，低速率特点的无线 个人区域网（LR－WPAN）的无线通信标准 IEEE802．15．4；而在上 层，目前还主要用的是私有协议。 但要想实现网络的互通互联，还 必须在上层制定一个有关组网和应用的协议规范标准。 近几年， 有一项协议规范， 得到了众多厂商的关注和支持并迅速的推广， 在无线传感器网络中的应用广泛，它就是 ZigBee 协议。
Abstract Wireless sensor network is a technology hot spot in recent years．Embedded in the device with standard wireless network protocol is beneficial to sharing and connectivity between devices,Upgrading and maintenance of equipment．This paper analyzes the structure,characteristics,application methods and application prospects of ZigBee protocol based oof wireless sensor networks． Keywords:ZigBee protocol,IEEE 802．15．4 standard,wireless sensor network,network protocol
基于ZigBee技术的无线传感器网络的研究与设计本科生毕业论文设计 精品
本科生毕业论文（设计）题目：基于ZigBee技术的无线传感器网络的研究与设计目录摘要： (IV)ABSTRACT (V)第一章绪论 (1)1.1 课题背景概述 (1)1.2 WSN简介 (2)1.2.1 WSN体系结构 (2)1.2.2 WSN的协议栈结构 (4)1.2.3 WSN特点及其关键问题 (6)1.2 几种常用的无线通信技术 (7)1.3.1 蓝牙技术 (7)1.3.2 红外技术 (7)1.3.3 ZigBee技术 (8)1.3.4 Wi-Fi技术 (8)1.3.5 RFID技术 (8)1.3.6 HomeRF技术 (9)1.3.7 UWB技术 (9)1.3.8 几种无线通信技术对比 (9)1.4 本文结构组织 (10)1.5 本章小结 (11)第二章 ZigBee/IEEE802.15.4技术标准 (12)2.1 ZigBee/IEEE802.15.4技术概述 (12)2.2 ZigBee技术特点 (12)2.3 ZigBee技术的体系结构 (13)2.4 ZigBee技术的网络配置 (15)2.4.1 两种功能设备 (15)2.4.2 三种节点类型 (15)2.4.3 三种拓扑结构 (16)2.4.4 两种工作模式 (17)2.5 ZigBee组网 (17)2.5.1 基本通信原语 (17)2.5.2 ZigBee网络的组网 (18)2.5.2.1 网络管理服务 (18)2.5.2.2 数据传输服务 (20)2.6 ZigBee 路由 (21)2.6.1路由协议 (21)2.6.2 路由过程 (22)2.7本章小结 (23)第三章基于ZigBee的无线传感器网络的硬件设计 (24)3.1 ZigBee的几种实现方案 (25)3.2 CC2430芯片介绍 (26)3.2.1 CC2430芯片概述 (26)3.2.2 CC2430引脚功能介绍 (29)3.2.3 CC2430的增强型8051内核 (31)3.2.4 CC2430的射频部分 (32)3.2.5 CC2430的其它外围设备 (34)3.2.5.1 直接存取（DMA）控制器 (34)3.2.5.2 MAC定时器 (35)3.2.5.3 模数转换器（ADC） (35)3.2.5.4 温度传感器 (36)3.3 节点的控制和显示电路 (36)3.3.1 控制电路 (37)3.3.2 状态显示电路 (38)3.4 节点的接口电路 (39)3.4.1 USART接口（串行通信接口） (40)3.4.2 JTAG接口 (40)3.5 节点实图 (41)3.6 本章小结 (41)第四章基于ZigBee2006协议栈的无线传感器网络的软件设计 (43)4.1 Z-Stack (43)4.1.1 Z-Stack软件架构 (43)4.1.1.1 系统初始化 (44)4.1.1.2 操作系统的执行 (44)4.1.2 Z-Stack项目中的文件目录 (49)4.2 Z-Stack开发软件 (51)4.2.1 IAR EW8051集成开发环境 (51)4.2.2 ZigBee2006协议栈 (52)4.2.3 SmartRF Flash Programmer软件 (54)4.2.4 ZigBee协议分析仪软件Packet Sniffer (55)4.3 Z-Stack开发的一些基本概念 (55)4.4 实验测试 (60)4.4.1 开关灯控制实验 (60)4.4.1.1 功能描述 (60)4.4.1.2 实验程序 (61)4.4.1.3 实验操作及其结果 (65)4.4.2 温度传输实验 (66)4.4.2.1 功能描述 (66)4.4.2.2 实验程序 (67)4.4.2.3 实验操作及其结果 (73)4.5 本章小结 (76)第五章总结与展望 (77)5.1 无线传感器网络的应用设想 (77)5.2 总结与展望 (78)5.2.1 本文总结 (78)5.2.2 展望 (78)参考文献 (79)附录 (80)致谢 (89)基于ZigBee技术的无线传感器网络的研究与设计作者：闫彦含指导老师：何自立摘要：无线传感器网络是涉及多学科、知识高度集中、在当今国际上备受关注的前沿热点和研究领域。
基于ZigBee的无线传感器网络节点通信的研究
１基 于Ｚｇ ｅ 的无线传感器 网络技术 ｉ ｅ Ｂ
１ １Ｚ Ｂ ｅ 念 ． ｉ ｅ概 ｇ Ｚ ｇ ｅ 是 一 种短 距 离 、 复 杂 度 、 功 ｉＢ ｅ 低 低 耗 、 数 据 速 率 、 成 本 的 无 线 通 信 新 技 低 低 术， 它依 据 Ｉ Ｅ ８ ２ １ ． 标 准 ， 调多 个 Ｅ Ｅ ０ ．５ ４ 协 微 小 的 传 感 器之 间的 相 互 通信 。 些 传 感 】 这 器 只需 要 很 少 的 能 量 ， 接 力 的 方 式 通 过 以 无 线 电波 将 数 据 从 一 个 传 感 器 传 到 另一 个 传 感 器 ， 信 效 率 高 。 对 于现 有 的 各种 无 通 相 线 通 信 技 术 ， ｇＢｅ 技 术 是 最 低 功 耗 和 成 Ｚｉ ｅ 本的技 术。
无 线 传 感 器 网 络 是 由 大 量 无 处 不 在 的 ， 有 通 信 与 计 算 能 力 的微 小 传 感 器 节 具 点 密集 布设 在 无 人值 守 的监 控 区域 而构 成 的 能 够 根 据 环 境 自主 完 成 指 定 任 务 的 “ 智 能” 自治 监 控 网络 系统 …。 网络 中随 机 分 布 的 、 成 有 传 感 器 、 据 处 理 单 元 和 通信 模 集 数
块 的 微 小 节 点 通 过 自 组织 的 方 式 构 成 网
络 ， 助 于 节 点 中 内 置 的 形 式 多 样 的 传 感 借
器感知所在周边 环境的热 、 外 、 纳 、 红 声 雷 达 和地 震波 信号 ， 而探测 包括 温度 、 从 湿
度 、 声 、 强 度 、 力 、 壤 成 分 、 动 物 噪 光 压 土 移 体 的大 小 、 度 、 向 等 我 们 需 要获 知的 物 速 方 理现象 ， 通过无线通 信传送信息 。 并 基 于 Ｚ ｇ ｅ 技 术 的 无 线 传 感 器 网络 具 ｉＢ ｅ 备省 电、 靠 、 本低、 可 成 容量 大 、 全 等诸 多 安 优 势 ， 其 广 泛 应 用 干 各 种 自动 控 制 领 域 为 奠 定 了 良好 的 基 础 。
基于ZigBee技术的无线传感器网络应用方案
科技信息
０Ｉ Ｔ论坛０
Ｓ ＩＮ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ ＹＩＦ ＭＡ Ｉ ＣＥ Ｃ Ｅ Ｈ Ｏ ＯＧ ＯＲ ＴＯＮ Ｎ
基于ZigBee的无线传感器网络路由研究与设计
无 线 通 信 技术 ，由于 其 拥 有 低 成 本 、低 功 耗 、低 复 杂
度 、网络 容量 大 、可 靠性 高 等特 点 ．在 实 际应用 中有 显 著 的优势嗍 。本 设计 主要 应用于擦 窗机 钢丝绳 安全性 能的
终 端节 点 可 以 由 Ｆ Ｄ设 备 也可 以 由 Ｒ Ｄ设 备 担 任 ，但 Ｆ Ｆ
若 新加 入 的节 点 为 Ｆ Ｄ节 点 ．并 且 为 其 的 第 Ｋ个 Ｆ
Ａ ＝ ｐ ｌ Ｃ ｖｄ ｘ ｋ １ ， ｋ Ｒ ｋ Ａ ＋ ＋ ￣（ ） （ 一 ） １ ≤ ｍ （） ５
～、一 ～～ 一～二 ：：≮』 ～ 、 … 一 、 一： ：二 一～＼ 一 ≥ ～一： 、＿ ～、 Ｉ 一 ／～
担任 。无 线 传感 器 网 络 中常用 的两 种路 由算 法 为 Ａ ． ＯＤ
Ｖｒ Ｃｕｔｒｔ ｅ算法 。 ｊ 和 ｌｓ —ｒ ｅ ｅ
１１ ＯＤ ｒ ． Ａ Ｖ＿算法
Ａ ｄｊ 算 法是 在 Ａ Ｄ Ａ — ｏ ｎ Ｄ ｍａ ｄＤｓａｃ ｏｖｒ Ｏ Ｖ（ ｄ ｈ ｃｏ — ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔ
Ｖ ｃｏ ｕｉｇ 路 由算 法 的基 础 上 ，考 虑 无 线传 感 器 网 ｅｔｒ ｔ ） Ｒｏ ｎ 络 节 能 和应 用方 便 等 特点 进 行 的 改 进 ，简化 了 一 些 功
能 ，但是 其原 始功能 仍然 保持 。
作 者 简 介 ：吴 玉厚 （ ５ ～ ， 男 ，教 授 ，博 士 ，博 士研 究 生 １ ５） ９
（ｃ ｏ ｌ ｆ ａｉ ｎ ｅｈ ｎｃｌ ｎ ｉｅｒ ｇＳ ｅｙ ｎ ｉｎｈ ｉｖｒｉ ，ｈ ｎ ａ ｇＬａｎｎ １０ ６ ，Ｃｈｎ ） Ｓｈ ｏ Ｔｒｆｃａ ｄＭ ｃ ａｉａ Ｅ ｇｎ ｅｉ ，ｈ ｎ ａ ｇＪ ｚｕ Ｕｎ ｅｓｙＳ ｅｙ ｎ ｉｏ ｉｇ １ １ ８ ｏ ｎ ａ ｔ ｉａ
基于ZigBee技术的无线传感器网络设计研究
００２ ） ３ ０ ４
摘
要： 简要分析了 Ｚｇ ｅ ｉＢｅ协议栈 ， 提出了一种基于 Ｚｇ ｅ 技术的无线传感器 网络 的系统方案 ， ｉ ｅ Ｂ 详细 阐述 了终
端节点和协 调器节点模块 的硬件设计方法和过程 。
关键词 ： ｉ ｅ ； Ｅ Ｅ８ ２１ ． Ｚｇ ｅ ＩＥ ０ ．５ Ｂ ４标准 ； 无线 传感 器网络 ；节点设计
供 ２ｋ ｐ 的传输速率 ；１Ｍ ｚ ０ｂ ｓ ９ ５ Ｈ 频段有 １ 个信道 ， ０ 提供 ４ｋ ｐ 的传输速率 ， ０ ｂｓ 物理层结构模型如 图 ２所
示。 它通过射频固件和硬件提供了一个从 Ｍ Ｃ层到 Ｐ Ｙ层 的接 口， Ａ Ｈ 即数据服务接入点（ Ｄ Ｓ Ｐ Ｐ Ｙ Ｐ — Ａ ，Ｈ
２ １
球统一 、 无需 申请 的 ＩＭ频段 ， １ Ｓ 有 ６个信道 ， 采用 １ 相调制技术 ， ６ 提供 ２０ ｂｓ ５ｋ ｐ 的传输速率 。８ ８ Ｈ ６Ｍ ｚ
和 ９５ ｚ 别是 欧洲 和 美 国 附加 的 ＩＭ 频段 ， １ＭＨ 分 Ｓ 两者 都 采 用 Ｂ Ｓ Ｐ Ｋ调 制 ，６ ＭＨ 频 段 只有 １ 信道 ， ８８ ｚ 个 提
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第 ｌ 卷 第 ４期 ３
２ ０ 年 ８ 月 ０７
江 苏 技 术 师 范 学 院 学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ Ｉ ＯＦ Ｊ ＡＮＧＳＵ ＴＥＡＣＨ ＥＲＳ ＵＮＩ ＶＥＲＳＩ ＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨ ＮＯＬ ＯＧＹ
中图分类号 ： Ｎ ２ ￣ ３ Ｔ ９ ５． ９
文献标识码 １ Ａ
０ 引 言
无线传感器 网络 （ Ｎ， ｒ ｅｓ ｅｓ ｅ ｏ ｓ是一种特殊的 Ａ — ｏ 网络 ， ＷＳ Ｗｉｌ ｎｏ Ｎ ｔ ｒ ） ｅ ｓＳ ｒ ｗ ｋ ｄＨ ｃ 它是将许多带有传感 器的无线通信节点协同组织起来构成的 ， 这些节点具有协 同合作 、 信息采集 、 数据处理、 无线通信等功能 ， 可以随机或者特定地布置在监测 区域 内部或附近 ， 它们之间通过特定的协议 自 组织起来 ， 能够获取周围 环境的信息 ， 并且协 同工作完成特定任务。 传感器节点是构成无线传感器 网络 的基本单位 ， 而每个传感器 节点 由电源（ 能量 ） 模块 、 射频模块 、 数据采集模块构成。 本文依据 ＩＥ ８ ２ ５ 标准及 Ｚｇ ｅ 协议 ， Ｅ Ｅ０． ． １４ ｉ ｅ Ｂ 给出
基于ZigBee的无线传感器网络研究
基于ZigBee的无线传感器网络研究【摘要】本文结合传感器技术介绍了ZigBee协议的无线传感器网络系统的开发与应用，并给出了一个实际系统的软硬件设计方案，最后对该设计方案进行测试，给出测试结果，证明了该方案的可行性。
【关键词】ZigBee 无线传感器网络协议IEEE802.15.41引言随着网络和通信技术的发展，人们对无线通信的要求也越来越高。
短程、低速、廉价的无线通信技术整成为关注的焦点。
目前，一种新的无线通信技术引起了人们的关注，这就是所谓的ZigBee技术。
ZigBee技术p它弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，其成功的关键在于丰富而便捷的应用。
它依据IEEE802.15.4标准，在数千个小的传感器之间相互协调实现通信。
这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。
ZigBee技术的应用前景被非常看好。
ZigBee在未来的几年里将在工业控制、工业无线定位、家庭网络、汽车自动化、楼宇自动化、消费电子、医用设备控制等多个领域具有广泛的应用前景，特别是家庭自动化和工业控制，将成为今后ZigBee的主要应用领域。
3无线传感器网络的开发设计基于IEEE标准和ZigBee协议的无线传感器网络由STIM、ZigBee和NCAP 三部分组成，在IEEE的结构模型上用无线接口取代了有线的TII接口，通过在STIM和NCAP中嵌入ZigBee模块，采用ZigBee协议实现了STIM和NCAP之间的无线数据传输。
3.1系统硬件总体设计无线传感器节点执行数据采集、处理和通信等工作。
ZigBee技术将终端从器件上分成两类。
一类是全功能器件FFD，它拥有足够的存储空间来存放路由信息并且处理能力也相应增强，它承担了网络协调者的功能，可以同网络中的任何设备通信，可存在于任何拓扑结构中。
另一类是简化功能器件RFD，它内存较小，功耗低，不能作为网络协调者，只能与FFD通信，实现简单，多用于星型拓扑结构中。
基于ZigBee的无线传感器网络设计
中 圈分类号ｌ Ｎ２． ９５３ Ｔ ９
基 于 Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ的无 线传 感 器 网络设 计
徐敬东 ，赵文耀 ，李 淼 ，何 亮
（ 南开大学信息技术科学学院计算机科学与技术系，天津 ３ 公司 Ｃ ２３ 芯片和 Ｚｇ ｅ 协议栈的基础上，设计并实现一个简单的无线温度传感器网络原型系统。讨论该系统的软硬件 Ｉ Ｃ ４０ ｉ ｅ Ｂ
出各种命令 ， 收集传感节点数据并通过 Ｒ ２２接 口与管理节 Ｓ３
点的通信 ；管理 节点提供图形化的操作 环境 ，负责接收用户
的需 求 以 及 数据 的显示 。
无 线 节 点 中 Ｃ １程 序 是 在 Ｉ Ｒ Ｅ ｅ ｄｄ ｗ ｒｂｎｈ ５ Ａ ｍｂｄ ｅ ｏｋ ｅ ｃ
Ｖ ． Ｈｆｒ ０ １ ＤＥ下开发编译 的。编译完成后，通过无线 ７２ ５ ０ ｏ８ Ｉ 龙公司 Ｃ １ Ｆ３无线开发系统 中附带的开发板 和仿真器 ，经 ５Ｒ 一 由 Ｕ Ｂ接 Ｉ将二进制的可执行代码烧录到 Ｃ ２ ３ Ｓ ： １ Ｃ ４ ０芯片中。
基于Zigbee的无线传感器模块设计
基于Zigbee的无线传感器模块设计随着物联网技术的不断发展，无线传感器网络已经成为了现代社会中不可或缺的一部分。
无线传感器模块是其中重要的组成部分，它能够实现无线通信，将传感器节点的数据传输到数据集中器或者其他终端设备。
本文将介绍一种基于Zigbee的无线传感器模块设计。
Zigbee 是一种低功耗、短距离、低速率的无线通信技术，它适用于各种物联网应用场景。
传感器模块通过Zigbee通信协议与数据集中器或其他终端设备进行通信，实现数据的传输和接收。
首先，传感器模块采用了Zigbee芯片作为核心组件。
Zigbee 芯片具有低功耗、小尺寸和强大的通信能力等特点，能够满足无线传感器节点的要求。
传感器模块通过Zigbee芯片与其他节点进行通信，实现数据的传输和接收。
其次，传感器模块还集成了多种传感器，如温度传感器、湿度传感器、光照传感器等。
这些传感器能够实时监测环境参数，并将数据传输到数据集中器或其他终端设备。
通过无线传感器模块的设计，可以实现对环境参数的监测和采集，为数据分析和决策提供支持。
此外，传感器模块还具有一定的智能化能力。
通过对传感器模块的编程和算法设计，可以实现对数据的处理和分析。
传感器模块能够根据预设的条件和规则，自动进行数据处理和决策，提高传感器网络的智能化水平。
最后，传感器模块还具备一定的可拓展性。
通过对模块的设计，可以实现对传感器的增减和扩展。
传感器模块可以根据不同的应用需求，灵活地配置和调整传感器的类型和数量。
综上所述，基于Zigbee的无线传感器模块设计具有低功耗、小尺寸、强大的通信能力和可拓展性等特点。
通过该设计，可以实现无线传感器节点与数据集中器或其他终端设备之间的数据传输和接收，实现对环境参数的监测和采集。
该设计具有较高的实用性和可行性，在物联网应用中具有广泛的应用前景。
基于ZigBee无线传感器网络的研究
和 漂移 。
３２ 自定位和 目标定位技术 ．
无 线传 感 器 网 络 的应 用 主 要是 信 息 检 测 、 目标 跟 踪 。 通 常 情况 下传 感 器 节 点所 采 集和 检 测 到 的信 息都 必须 包含 位 置信 息 ，否 则就 失去 了采集 的 意 义和 准确 性 。 由于 受到成 本 限制 、
器 的新 一 代 网络 ，它 能够 将 自然 的 的物 理 世界 与 技 术上 的信 息 型传 感 器 节 点组 成 ，分布 在监 测 区域 内 ，采 用无 线通 信 方 式构 等 都 要 求 网络 中节 点 的 时钟 要 保 持 同 步 。 通 常 用 时 间 同步 协 成 多跳 自组织 网络 。从 而 感知 、采 集 、处 理 网络 覆 盖 区域 内 的 议 技 术 来 完 成 节 点 间 的对 时 ，采 用 滤 波 技 术 来 抑 制 时钟 噪 声 信 息并 将 其发 送 给 终端 用 户 。无 线传 感 器 网络 由传 感器 节 点 、
应 用也 涉及 到 了生活 的各个 方面 。
传 感 器 网络 的组 网模 式 主要 有 扁平 网组 网模 式 、 层 次型 组 网模 式 、网状 网（ ｓ ） 式 、移 动 汇 聚模 式等 。 另 外还 有 其他 的 一 Ｍｅ ｈ模 些 关键 技 术 ，如Ｗ Ｓ Ｎ网络 时 间 同步 技术 、 自定 位技 术 、数 据 管 理 和信 息 融合技 术及 能量工 程技 术等 。
型化 ，高 智能 化 、 高 网络 化 的特 点 ，已经成 为获 取信 息 最 常用 决和 完 善 ，譬 如 采 用何 种 方式 来 进行 组 网就 是 在 确定 采 用 无 线
和 最 基 本 的技 术 。 无线传 感器 技 术 的迅 速 发展 日益成 熟 并且 其 传 感 器 网络 进 行 应用 系 统设 计 后 所面 临 的 首要 问题 。 目前 无 线
基于ZigBee的无线传感器网络管理系统的研究与设计
［ Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ］Ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｌ ｙ ， ｐ ｅ ｏ ｐ ｌ ｅ ｐ ａ ｙ ｌ ｅ ｓ ｓ ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ Ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ， ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｒ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ａ ｎ ｕ ｍｂ ｅ ｒ
ｏ ｆ ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｆ ｒ ａ ｍｅ ｗｏ ｒ ｋ ， ｂ ｕ ｔ ｈ ａ ｓ ｙ ｅ ｔ ｔ ｏ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｕ ｎ ｉ ｉ ｆ ｅ ｄ ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ， ｈｉ ｔ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｒａ ｆ ｍｅ ｗｏ ｒ ｋ ｏｒ ｆ ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｚｉ ｇ Ｂｅ ｅ ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ １ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ Ｐ ａ Ｄ ｅ ｒ ｉ ｆ ｒ ｓ ｔ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｓ ｉ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｏ ｄ ａ ｙ ’ Ｓ ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｎ ｅ ｗｏ ｔ ｒ ｋ ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ， ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｈｅ ｔ Ｚ ｉ ｇ Ｂｅ ｅ ｃ ｏ ｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ， ａ ｎ ｄ ｈｅ ｔ ｎ ｄ ｅ ｓ ｃ ｉｂ ｒ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ
基于Zigbee的无线传感器网络的研究
ｂ ｅ技术是一种近距离、 ｅ 低复杂度 、 功耗 、 低 低数 据速 率、 低成本 的双 向无线通 信技术 。本 文介 绍 了详细介 绍 了基于 Ｚｇ ｅ ｉｂ ｅ
１ 无线传 感器 网络【 】 Ｊ
１ １ 概念及 特 点 ．
在概念 上 ， 线 传 感 网络 是 指 由大 量 无 处 不 在 无
图 １ 无 线 传 感 器 网络 结 构
的 ， 有通 信 与计算 能力 的微小 传感器 节 点密集 分 布 具 在 监控 区域 内而构 成 的 根据 环 境 自主 完 成制 定 任 务 的 自制 测控 网络 系统 。其 自身 有显 著 的特点 ：
消耗 、 尽量节省信息处理以及简易 的信号收发 。Ｚ － ｉ ｇ ｂｅ ｅ 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 ， 由于 Ｚｇｅ 技 术 的 ｉ ｅ ｂ
特 性 ， 定 了 Ｚｇｅ 术 适 用 于 承 载 数 据 流 量 较 小 决 ｉｂｅ技 的业务 ， 正符 合无 线传 感器 网络 的要求 。
口研 究Ｄ ｉ ０ ３ ６ ／． ｓ ．６ １１ ４ ．０ ２ ０ ．０ ｏ． ．９ ９ ｊｉ ｎ １ ７ —０ １２ １ ．４ ０ ４ １ ｓ
基 于 Ｚｇ ｅ ｉｂ ｅ的无 线传 感器 网络 的研 究
朱海宽 。任家富 ，雍 泽
（ 成都理工大学 信息科学与技术学院 ， 成都 ６０５ ） １０９
１ ３ 传 感器 节点构 成 ．
无线 传感 器节 点 的基本 组成 包括 传感 器模 块 ， 处
１自 ） 组织网络、 低功耗 ； ２ 传感器节点体积小 、 ） 成本低 、 计算能力有限 ； ３ 可 快速部 署 、 ） 可扩 张性强 ；
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2011年3月1日第34卷第5期现代电子技术M odern Electro nics T echniqueM ar.2011V ol.34N o.5基于ZigBee 的无线传感器网络研究彭 燕(渭南师范学院物理与电子工程系,陕西渭南 714000)摘 要:为了验证Z igBee 协议的有效性,叙述了新型无线Zig Bee 通信技术,介绍ZigBee 协议的结构和特点,基于Zig Bee 协议的无线网络设备以及网络拓扑结构;Z igBee 标准协议栈结构及数据在协议栈内部的传输机制。
以两个网络设备成网为例,详细给出了Z ig Bee 设备形成网络时,各个设备的工作状态、设备之间网络连接过程以及数据帧的发送过程。
最后,通过M icro chip 公司的Zig Bee 实验平台验证了Zig Bee 无线星型组网,实验证明,Z igBee 技术是有效的无线传感器网络组网技术。
关键词:ZigBee 技术;无线传感器网络;协议栈;无线星型网络中图分类号:T N915 34 文献标识码:A 文章编号:1004 373X(2011)05 0049 03Research on ZigBee based Wireless S ensor NetworkP EN G Y an(Depa rt ment o f P hy si cs and El ect roni c Engineering ,Weinan T eachers U niversity,Weinan 714000,China)Abstract :In or der to confirm t he effect iveness of Zig Bee pro toco l,the nov el Z ig Bee communicatio n technolog y,character ist ics o f Zig Bee pro tocol,ZigBee based devices in w ireless netwo rk and netw ork t opolo gy ar e pr esented,and the st ructur e of Zig Bee pro tocol stack and the mechanism for data t ransm ission ar e discussed.Different w or king states of terminals and co or di nato rs,course of linking betw een terminals and coo rdinator s,and t ransm ission duration o f data frames while the w ireless net w or k is for matting,are r esear ched.T he w ir eless star netw or k format ion w as demo nstr ated by an ex per iment.T he outcome pr ov es that ZigBee is an effectiv e co mmunicatio n t echnolo g y for wireless netwo rk.Keywords :Zig Bee;wireless sensor netw o rk;pro tocol stack;wireless star netw ork收稿日期:2010 10 18基金项目:陕西渭南师范学院研究生项目(10YKZ070)0 引 言ZigBee 是一种新兴的短距离、低功率、低速率的无线接入技术,工作于无须注册的2.4GH z ISM 频段,传输速率为10~250Kb/s,传输距离为10~75m 。
该项技术自2002年起由ZigBee 技术联盟研究开发,采用IEEE 802.15.4标准作为其物理层和媒体接入子层标准、网络层及上层标准,即ZigBee 技术标准[1]。
以传感器和自组织网络为代表的无线应用并不需要较高的传输带宽,但却需要较低的传输延时和极低的功率消耗。
因此,迫切需要一种符合传感器和低端的、面向控制的、应用简单的专用标准,ZigBee 技术的特点使它与无线传感器网络完美地结合在一起。
本文以ZigBee 技术为背景,研究基于ZigBee 的无线传感器网络。
1 ZigBee 网络设备及网络拓扑ZigBee 网络中可同时存在两种不同类型的设备[2],一种是具有完整功能的设备(FFD),一种是简化功能的设备(RFD)。
在网络中,FFD 通常有3种工作状态:作为个人区域网络的协调器(PAN );作为路由器;作为一个终端设备。
一个FFD 可以同时和多个RFD 或多个其他的FFD 通信,而对于RFD,它只能和一个FFD 进行通信,故只能作为终端设备。
ZigBee 协调器,即Zig Bee 的个域网协调器,是网络建立的起点,负责网络的初始化,确定个域网标识符和网络工作的物理信道,并统筹短地址的分配。
ZigBee 协调器必须是全功能设备,并且一个网络只有一个协调器。
ZigBee 路由器是一个全功能设备,类似于定义的协调器,在接入网路后,它能获得一定的16位短地址空间。
在其通信范围内,它能允许其他节点加入或者离开网络,分配及收回短地址,路由和转发数据。
Zig Bee 终端设备,既可以是全功能设备,也可以是简化功能设备,它只能与其父节点通信,从其父节点处获得网络标识符、短地址等相关信息。
ZigBee 网络由FFD 和RFD 组成,网络有两种拓扑结构:星型拓扑结构和对等拓扑结构。
具体拓扑结构如图1所示。
星型拓扑网络是由一个PAN 协调器的中央控制器和多个从设备组成,主协调器必须是一个FFD 设备,从设备既可以是FFD 也可以RFD;对等网络拓扑结构也存在协调器,该网络不同于星型拓扑结构,在该拓扑结构中任何设备只要在其通信范围之内,就可以和其他设备进行通信。
图1 网络拓扑结构2 ZigBee 协议栈根据ZigBee 联盟公布的Zig Bee 技术标准,各个芯片生产厂家都公布了基于自己产品的ZigBee 协议栈。
有TI 公司、AVR 公司、M icrochip 公司等,其中TI 公司及M icro chip 公司开发了源代码开放的Zig Bee 协议栈。
本文介绍M icrochip 公司基于ZigBee 2006标准的ZigBee 协议栈[3]。
ZigBee 协议栈采用分层结构[4],每一层都为其上一层提供一套明确的服务:数据实体提供数据传输服务,管理实体则提供其他所有的服务。
每个服务实体都通过服务接入点为上层提供一个接口,每个服务接入点都支持一定数量的服务原语来实现所需功能。
协议栈框架如图2所示,APSDE SA P 为数据实体接口,MLM E SAP 为管理实体接口。
ZigBee 协议栈中,各层间数据的传输通过帧来实现,在PAN 网络结构中定义了4种帧结构:信标帧、数据帧、确认帧及命令帧。
不管是那种传输帧,发送时都是自协议栈高层向底层传输,从产生层向下每个协议层都为其增加自己的帧头和帧尾。
接收时都是自底层向高层传输,从物理层向上依次去掉每个协议层的帧头和帧尾。
3 无线网络组网机制3.1 建立一个新网络并将设备与网络连接新的网络首先由协调器设备建立,启动时,协调器搜索附近其他协调器,如果没有发现协调器,它就通过发送NLM E NET WORK FORMAT ION.request 原语启动一个新的网络建立过程[2 4]。
当建立网络过程开始后,协调器网络层将首先请求M AC 层对协议所规定的信道,或由物理层所默认的有效信道进行能量检测扫描,设备网络层发送扫描类型参数设置为能量检测扫描的MLM E_SCAN.request 原语到M AC 层进行信道能量检测扫描。
扫描结果通过M LM E _SCAN.confir m 原语返回。
当网络层管理实体收到成功的能量检测扫描结果后,将以递增的方式对所测量的能量值进行信道排序,并且抛弃那些能量值超出了可允许能量水平的信道,选择可允许能量水平的信道有待处理。
此后网络层管理实体发送M LM E_SCAN.request 原语执行主动扫描,搜索所有的Zig Bee 设备。
为了决定用于建立一个新网络的最佳通道,网络层管理实体将检查PAN 描述符确保所给定的个域网标识符不会与所选择的信道的现有标识符参数产生冲突,如果冲突那么可能从给定的信道中选择另外一个信道。
如果找到了适当的通道,则将为这个新网络选择一个PAN 标识符。
一旦选定了PAN 标识符,将选择一个等于0x0000的16位网络地址,并且设置M AC 层的地址PIB 属性,将其设置为该值。
分配地址后,将通过MA C 层发出M LM E _START.request 原语开始运行新的个域网,NLM E NETW ORK FORMAT ION.confirm 原语返回网络已经形成的确认。
图2 Zig Bee 协议栈框架通过N LM E_PERM IT _JOINING.request 原语允许其他设备与网络连接,该原语允许Zig Bee 协调器或路由器上层设定其M AC 层连接允许标志,在一定期间内允许其他设备同网络连接。
仅仅只有Zig Bee 协调器或路由器才能企图允许设备与网络连接,如果终端节点设备的网络层管理实体收到该原语时,则返回状态为INVALID REQU EST 的NLME _PERM IT _JOIN IN G.confir m 原语。
NLM E _PERMIT _JOINING.re quest 原语激发网络层向MA C 层发送MLM E_SET.request 原语完成MAC 层若干属性设置,MAC 层通过M LM E_SET.confir m 返回结果,网络层通过NLME _PERM IT_JOINING.confirm 返回设置结果,允许设备同网络连接。
3.2 子设备连接网络当网络建立并允许新设备接入时,子设备可以通过两种方式加入网络:(1)利用MAC 子层关联接入程序加入网络;(2)通过应用层预先指派的父设备直接加入网络。
在这两种方式的基础上,协议定义了四种接入方法:关联接入、利用网络层再接入命令再接入网络、网络直接接入和以孤点方式连接或重新连接网络[2 4]。
50现代电子技术2011年第34卷关联接入是新设备接入ZigBee 网络的主要途径。
关联接入过程中,请求入网的子设备首先由应用层向底层发出NLM E_NETW ORK_DISCOVERY.request 原语在网络通信发起网络发现操作,在预先设定的一个或多个信道上通过主动扫描和被动扫描搜索邻居网络的信息。