基于Zigbee的无线传感器网络与IP连接

2012第四次国际会议“计算智能，建模与仿真”

基于ZigBee的无线传感网络与IP连接Alaparthi Narmada Parvataneni Sudhakara Rao

欧洲经委会JNTU 欧洲经委会

技术科学Vignan研究所，技术科学Vignan研究所

Deshmukhi，Nalgonda DT，印度安得拉邦。Deshmukhi，Nalgonda DT，安得拉邦，印度

Email: a.narmada@ Email:

sparvata@

摘要 -无线传感器网络（WSN ）包括在远程位置的分布式传感器节点，用于测量在远程位置的传感器数据。无线传感器网络中的每个节点都包括一个无线微控制器接口与传感器。用户面临着独立工作和多样化的电子设备，如电视，掌上电脑，笔记本电脑等。必须要有中间软件来粘合这些异构设备。它还集成了无线传感器网络和IP ，以满足现实世界需求并且能够基于IP的无线传感器网络的电子设备来访问相同或不同网络的其他设备。 TCP / IP堆栈不适合被移植到无线传感器网络节点的内存。它占用更多的内存，并导致更多的开销的无线传感器网络。实现基于IP的无线传感器网络的技术有两种基本方法：基于网关的方法和虚拟网关的方法。一种新的基于无线微控制器的新的网络来集成IP和无线传感器网络被提了出来。硬件采用一个协调员，三台路由器和集成IP和无线传感器网络的一台手持设备。大会提出了新的寻址机制来建立虚拟IP和无线传感器网络地址作为这个集成的一部分。

关键词：无线传感器网络; PAN; PANM; IP

I.引言

无线技术（如蓝牙，IEEE 802.11无线局域网和IEEE802.15.4无线传感器网络）的出现奠定了机器之间（M2M）通信的基础。在这一方面，一个设备能协同工作并服务人类的系统是必需的。具有多个输入输出单元，提供了一个连贯和环绕接口的虚拟设备具有许多优点，包括安全性[1]。设备可以共享资源如：处理能力，内存，数据，应用网络接入点和用户借口。

在家的设备将形成一个个人区域网（PAN），其中的设备可能会在网络中动态地出现和消失。这个需求可以通过使用一个能够在PAN内简历虚拟设备的PAN 中间件（PANM）来实现。它可以处理设备的动态存在或消失和设备类型的多样化。本文着重论述在PAN内介于网络层和应用层之间的应用互连。它隐藏了PAN内参与的各个独立的设备，并提出应用程序在设备上运行的与在单独计算机上一样的能力。中间件包含一些智能化功能，同时，它有助于用户控制PAN，提高了人机交互（HCI）。

II.Z IGBEE 技术

为了实现这一引人注目的理念，并让设备到设备的协作，通信和网络必须建立。传统的PAN一直被认为实现了蓝牙技术。使用ZigBee的基于IP的PAN的建立是一个自下而上的网络方式，这是一个明智的一步进程。在“PAN外围（ZigBee 设备）'必须建立链路层连接到邻近的设备。当链路已建立连接，该设备可能会继续配置IP网络层并将它的地位提升到“ZigBee PAN主机”。当IP连接[3]建立后，设备可能会继续配置IP网络层来参与网络运营和管理，其中包括作为'zigbee PAN - 路由器‘的[4]PAN路由协议。该网络建立过程开始于两个设备发现对方，洽谈，互相配对，并在设备发现和连接建立阶段形成初始PAN网络。这有两个方面的考虑：1，形成家庭网络和人机界面；2，利用IP连接到外部世界。

IEEE 802.15.4协议被采纳为低速率无线局域网的个人区域网络（LR-WPAN）的一个通信标准[2]。ZigBee是一种无线网络标准，其目的是遥控和传感器的应用，它适用于在恶劣的无线环境和在隔离的位置。它建立在标准IEEE802.15.4，其中定义了物理层和MAC层。Zigbee的还定义了应用程序和安全[1]层规范实现来自不同厂商的产品之间的互操作性。图1显示了Zigbee协议作为一个超集的IEEE 802.15.4的。

许多Zigbee 的硬件解决方案，采用2.4GHz 频段。Zigbee 支持网状网络结构，星型拓扑结构或簇树或混合架构。集群树的拓扑结构基本上是星形和网状的组合。图2显示网格以及星型网络配置。在这种应用中使用的设备有，室内/城市30米的最大范围和室外100米的范围，在2.4 GHz 频率为250 Kbps 的数据传输速率运行。

图2 ZigBee 的网络配置

尽管许多技术可用于构成家庭网络[7]，但一些无线技术有距离的限制，例如线的视线会由于墙壁，家具等家庭的约束，可能会导致实现无线连接时出现问题。其中一个有前途的和最新技术是采用Zigbee 协议。进一步可有两种解决方案整合Zigbee 和IP ：1，使用合适的网桥2，使用虚拟网桥[6]。

III. 设计方案

作者提出了一个家庭网络使用无线传感器网络（WSN ）使用Zigbee 和集成其与IP 。家庭网络本身使用ZigBee 技术组成，可以通过无线微控制器，Zigbee 协议实现。该系统可设计围绕一个超低功耗，低成本的无线微控制器基于IEEE802.15.4标准的无线传感器网络应用（作者采用Jennic 公司的无线处理器JN5148）。建立家庭网络的目的是许多种，其中一些是：

图1：IEEE 802.15.4的ZigBee 协议的超集

1，控制任何电气或电子装置通过一个单一的控制，即使他们不在视线。

2，在家庭网络中通过IP远程访问和控制的任何设备。

3，任何设备与其他设备共享可用资源。

4，使用手持式设备控制分配和访问在家庭网络中的设备中的资源。

网络的框图，如图0.3所示

图-3。设备及其资源共享的家庭网络

IV.硬体方面

设计的作用域是把PDA（或任何一台电脑的Wi-Fi），台式电脑，电灯，风扇，音响系统，扬声器，门，电视，在ZigBee网状网络和IP连接的中间件之下。在该网络中，任何装置或它的资源可以是（无线）连接到任何其他装置或其任何资源。一些可能性如下：

i.电视的音频输出可以被连接到一组放置在不同的房间的扬声器。