張佳敏

【關(guān)鍵詞】無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 組網(wǎng)設(shè)計(jì) ZigBee技術(shù) 協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn) 終端節(jié)點(diǎn)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是無線通信技術(shù)和嵌入式技術(shù)飛速發(fā)展下的產(chǎn)物，由大量的微型傳感器節(jié)點(diǎn)，以無線通信的方式通過自組織來形成網(wǎng)絡(luò)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)支持星型網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)和樹簇型網(wǎng)三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立和維護(hù)，路由器完成數(shù)據(jù)的路由功能。

1 ZigBee技術(shù)

ZigBee技術(shù)是一種低成本的雙向通信技術(shù)，與其他無線通信技術(shù)相比，ZigBee技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：通信速率高、使用掌握該技術(shù)簡(jiǎn)單、能耗低、傳輸速率雖低但相對(duì)其他無線傳輸技術(shù)速率有較大提高、安全性能較高。

ZigBee協(xié)議棧自上而下由應(yīng)用層、應(yīng)用支持子層、網(wǎng)絡(luò)層、介質(zhì)訪問層和物理層組成。其中，每一層都由下層來提供服務(wù)，數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)由數(shù)據(jù)實(shí)體來提供，而其余服務(wù)由管理實(shí)體來提供。通過服務(wù)接入點(diǎn)SAP，服務(wù)實(shí)體給上層提供接口，而每個(gè)SAP都會(huì)支持一定數(shù)目的服務(wù)原語(yǔ)，從而完成所需要的功能。ZigBee的分層架構(gòu)是在OSI七層模型的基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際應(yīng)用制定的。

2 組網(wǎng)流程

本設(shè)計(jì)采用星型結(jié)構(gòu)。中心節(jié)點(diǎn)是由全功能設(shè)備協(xié)調(diào)器實(shí)現(xiàn)的，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)主要是建立網(wǎng)絡(luò)和管理網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)與終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換。而終端節(jié)點(diǎn)在該網(wǎng)絡(luò)中是下位機(jī)，主要完成數(shù)據(jù)采集，以及向協(xié)調(diào)器發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的大概順序?yàn)椋?/p>

（1）協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)；

（2）終端節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)；

（3）終端節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)加入網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)器響應(yīng)該請(qǐng)求；

（4）節(jié)點(diǎn)間開始數(shù)據(jù)通信。

其組網(wǎng)流程圖如圖1所示。

在TI公司推出的Z-stack的協(xié)議棧里應(yīng)經(jīng)定義了三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞绞降恼Z(yǔ)句，只需要在頭文件里調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)就能實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)功能。

3 協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)中的首要設(shè)備，負(fù)責(zé)啟動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。在一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，僅僅可以存在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，但允許有多個(gè)路由器和終端設(shè)備存在。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的軟件設(shè)計(jì)主要包括協(xié)調(diào)器新建網(wǎng)絡(luò)、向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)及接收傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。

4 終端節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)

ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)一般只能收發(fā)數(shù)據(jù)，它主要接收并處理傳感器采集的數(shù)據(jù)，并發(fā)送數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器或路由節(jié)點(diǎn)。它的軟件設(shè)計(jì)主要包含傳感器采集部分和網(wǎng)絡(luò)通信部分，即數(shù)據(jù)的收和發(fā)，該部分設(shè)計(jì)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器部分基本類似。傳感器節(jié)點(diǎn)不能維持網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，因此當(dāng)采集數(shù)據(jù)不被需要時(shí)，可以睡眠或者也可以喚醒。使傳感器節(jié)點(diǎn)初始化是先為參數(shù)設(shè)置初始值，然后啟動(dòng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)再選取適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)與其相連接。

5 總結(jié)

本文通過分析大量參考文獻(xiàn)，對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及ZigBee技術(shù)等相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了深入的學(xué)習(xí)和理解，在全面探討系統(tǒng)各個(gè)影響因素的基礎(chǔ)上，分析研究了ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信方式、ZigBee協(xié)議棧，并采用CC2530無線射頻芯片完成了節(jié)點(diǎn)之間的相互通信，完成系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求和預(yù)期效果。

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