李英 侯勇 宋繼紅

摘要：隨著科技的不斷進(jìn)步，無線網(wǎng)絡(luò)隨之發(fā)展起來。無線網(wǎng)絡(luò)主要是由成本低、功耗低以及功能多的傳感器的節(jié)點(diǎn)組成，能夠在一些特殊的環(huán)境中使用，解決有線網(wǎng)絡(luò)的成本高、維護(hù)程序繁瑣的弊端。介紹基于ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)組成及特點(diǎn)，探討在發(fā)電廠的實(shí)踐應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無線組網(wǎng);優(yōu)化設(shè)計(jì);降本增效;質(zhì)量提升

1、無線網(wǎng)絡(luò)概述

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由在檢測(cè)區(qū)內(nèi)很多的微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式組成的集成網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)信息的感知、采集、處理等形式。通過這種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，可以讓觀察者通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)感知客觀世界，擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)功為人類認(rèn)知世界提供良好的工具。

1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu).傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，主要構(gòu)成包括匯聚節(jié)點(diǎn)、互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星、任務(wù)節(jié)點(diǎn)以及傳感器節(jié)點(diǎn)等。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以感知被網(wǎng)路覆蓋地區(qū)的信息，可以不受時(shí)間地點(diǎn)的限制，任意時(shí)間都可以對(duì)任意地點(diǎn)進(jìn)行信息的采集和處理，傳感器之間的節(jié)點(diǎn)能夠把信息逐層的傳遞，然后通過節(jié)點(diǎn)將所采集的信息處理，經(jīng)過多次處理到匯聚節(jié)點(diǎn)，最后到達(dá)互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星的管理節(jié)點(diǎn)。用戶可以根據(jù)管理節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，可以發(fā)布監(jiān)測(cè)信息或收集數(shù)據(jù)。

1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn).無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過微型傳感器節(jié)點(diǎn)來獲得所測(cè)地區(qū)的數(shù)據(jù)信息，主要是以無線通信方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)工作。它與傳統(tǒng)的傳感器相比，具有以下加點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：①精度高。在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)通過低價(jià)的傳感器節(jié)點(diǎn)在空間內(nèi)進(jìn)行密集抽樣或?qū)嚯x的目標(biāo)實(shí)行密集監(jiān)測(cè)，可以將信息準(zhǔn)確的感知，所采集的數(shù)據(jù)具有非常高的精度，這是傳統(tǒng)單一的傳感器不具備的。②可靠性高。無線傳感器中的監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)如果在工作中出現(xiàn)了故障，其他節(jié)點(diǎn)能夠代替壞節(jié)點(diǎn)繼續(xù)工作，所以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在監(jiān)測(cè)中能夠有很高的可靠性。③性價(jià)比高。隨著科技的不斷進(jìn)步，科技產(chǎn)品更新?lián)Q代隨度加快，微型傳感器節(jié)點(diǎn)的性價(jià)比越來越高，同時(shí)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的時(shí)候不需要線纜，所以節(jié)省了很多物質(zhì)資源，降低了系統(tǒng)的成本，提高了使用效率。④靈活性高。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在形式以及節(jié)點(diǎn)的排列上是非常自由的，隨時(shí)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洌{(diào)整網(wǎng)絡(luò)布局，也能夠在監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域加減節(jié)點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)布局設(shè)定好后，不需要人為的操控，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠及時(shí)的調(diào)整狀態(tài)展開工作，還能適用于環(huán)境復(fù)雜的地段，其靈活性遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的傳感器。

2 設(shè)備類型

網(wǎng)絡(luò)中存在三種邏輯設(shè)備類型：Coordinator（協(xié)調(diào)器），Router（路由器）和End-Device（終端設(shè)備）。ZigBee網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)Coordinator以及多個(gè)Router和多個(gè)End_Device組成，zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2.1 協(xié)調(diào)器.協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)啟動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。它也是網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)設(shè)備。協(xié)調(diào)器選擇一個(gè)信道和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID（也稱之為PAN ID，即Personal Area Network ID），隨后啟動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

協(xié)調(diào)器也可以用來協(xié)助建立網(wǎng)絡(luò)中安全層和應(yīng)用層的綁定（bindings）。

注意，協(xié)調(diào)器的角色主要涉及網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)和配置。一旦這些都完成后，協(xié)調(diào)器的工作就像一個(gè)路由器（或者消失）。由于ZigBee網(wǎng)絡(luò)本身的分布特性，因此接下來整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的操作就不在依賴協(xié)調(diào)器是否存在。

2.2.路由器.路由器的功能主要是：允許其他設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)，多跳路由和協(xié)助它自己的由電池供電的兒子終端設(shè)備的通訊。

通常，路由器希望是一直處于活動(dòng)狀態(tài)，因此它必須使用主電源供電。但是當(dāng)使用樹群這種網(wǎng)絡(luò)模式時(shí)，允許路由間隔一定的周期操作一次，這樣就可以使用電池給其供電。

2.3 終端設(shè)備.終端設(shè)備沒有特定的維持網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的責(zé)任，它可以睡眠或者喚醒，因此可以可以是一個(gè)電池供電設(shè)備。

通常，終端設(shè)備對(duì)存儲(chǔ)空間（特別是RAM的需要）比較小。

注意：在Z-Stack中一個(gè)設(shè)備的類型通常在編譯的時(shí)候通過編譯選項(xiàng)（ZDO_COORDINATOR 和RTR_NWK）確定。所有的應(yīng)用例子都提供獨(dú)立的項(xiàng)目文件來編譯每一種設(shè)備類型。

3、尋址

ZigBee設(shè)備有兩種類型的地址。一種是64位IEEE地址，即MAC地址，另一種是16位網(wǎng)絡(luò)地址。

64位地址使全球唯一的地址，設(shè)備將在它的生命周期中一直擁有它。其地址由IEEE來維護(hù)和分配。

16位網(wǎng)絡(luò)地址是當(dāng)設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)后分配的。它在網(wǎng)絡(luò)中是唯一的，用來在網(wǎng)絡(luò)中鑒別設(shè)備和發(fā)送數(shù)據(jù)。

3.1 Z-Stack尋址.為了向一個(gè)在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序通常使用AF_DataRequest（）函數(shù)。數(shù)據(jù)包將要發(fā)送給一個(gè)afAddrType_t（在ZComDef.h中定義）類型的目標(biāo)設(shè)備。

typedef struct

{

union

{

uint16 shortAddr;

} addr;

afAddrMode_t addrMode;

byte endPoint;

} afAddrType_t;

注意，除了網(wǎng)路地址之外，還要指定地址模式參數(shù)。目的地址模式可以設(shè)置為以下幾個(gè)值：

typedef enum

{

afAddrNotPresent = AddrNotPresent，

afAddr16Bit = Addr16Bit，

afAddrGroup = AddrGroup，

afAddrBroadcast = AddrBroadcast

} afAddrMode_t;

3.2? 單點(diǎn)傳送.Uicast是標(biāo)準(zhǔn)尋址模式，它將數(shù)據(jù)包發(fā)送給一個(gè)已經(jīng)知道網(wǎng)絡(luò)地址的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。將afAddrMode設(shè)置為Addr16Bit并且在數(shù)據(jù)包中攜帶目標(biāo)設(shè)備地址。

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