楊秋菊 宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院計算機(jī)信息系

引言

在高速發(fā)展的當(dāng)下，WSN（無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）被廣泛的應(yīng)用到社會的各個領(lǐng)域中，例如公安、環(huán)境檢測、醫(yī)學(xué)醫(yī)療、農(nóng)業(yè)科技發(fā)展等等方面，這種技術(shù)已經(jīng)走入人們的生活得到人們的普遍關(guān)注了。針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，技術(shù)要求硬件設(shè)備高功率、低能耗以及低成本的特性，針對這些性質(zhì)紫峰技術(shù)恰巧符合。紫鋒無線傳感器技術(shù)對傳感器和通信進(jìn)行有效的結(jié)合，在增強(qiáng)定位精準(zhǔn)的同時也對數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度有所提高。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

1.1 網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)

傳感器特點(diǎn)是功耗低、價低、微小型，功能性特點(diǎn)是計算、感知現(xiàn)場和通信。這些節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)相互之間廣播時時采取單跳或多跳方式實(shí)現(xiàn)的，它們對區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和檢測然后傳送給用于管理的節(jié)點(diǎn),如下圖1 所示，傳感器之間通過合作的方式以及衛(wèi)星可以源源不斷的將數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控中心。匯聚（Sink_node）節(jié)點(diǎn)在空間大小和計算等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通節(jié)點(diǎn)，所以匯聚節(jié)點(diǎn)作為普通節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控中心之間的橋梁進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)圖

1.2 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議棧是由8 個部分組成的，這8 各部分分別是：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層、電源管理平臺、移動管理平臺以及任務(wù)管理平臺，其中三個平臺的作用是為了使節(jié)點(diǎn)在高效率下協(xié)同工作。它們的模型如圖2 所示

圖2 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)

2 紫鋒技術(shù)

紫鋒技術(shù)常成為ZigBee 技術(shù)，這個雙向無線通訊技術(shù)主要應(yīng)用于近距離并且傳輸速率相對低的設(shè)備之間，它具有能耗小、成本低、速度不高等特點(diǎn)，在無線數(shù)據(jù)傳輸中是較為可靠的一種技術(shù)網(wǎng)絡(luò)。

2.1 無線定位技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)主要是對未知節(jié)點(diǎn)的定位技術(shù)，無線定位技術(shù)由未知節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)組成。在網(wǎng)絡(luò)中由于錨節(jié)點(diǎn)的位置是固定不動的，所以由錨節(jié)點(diǎn)將自身數(shù)據(jù)打包向通信半徑內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行廣播，未知節(jié)點(diǎn)通過接收錨節(jié)點(diǎn)的信息及其位置數(shù)據(jù)再結(jié)合Rssi（接收信號強(qiáng)度）值對自身位置進(jìn)行計算。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

Zigbee 技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)主要由：功耗低、成本低、數(shù)據(jù)速率低、距離近、時延短、容量大、安全性高、復(fù)雜度高等特點(diǎn)。

同樣處在低電量耗電情況下，使用兩節(jié)五號電池藍(lán)牙可以工作幾周，WIFI 只可以工作幾小時，但是Zigbee 卻可以工作幾個月。

成本比藍(lán)牙的1/10 還少，這是由于Zigbee 的協(xié)議是經(jīng)過了大幅度的簡化實(shí)現(xiàn)的。

Zigbee 在工作時可以滿足低速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，它的通訊速率?50kbps.

相鄰節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)時，傳輸數(shù)據(jù)的有效物理范圍再10m-100m，通過路由傳輸距離將更遠(yuǎn)。

較藍(lán)牙、WIFI 而言，Zigbee 的響應(yīng)比較迅速，一般而言節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)的時間藍(lán)牙需要3-10 秒左右、WIFI 需要3 秒左右、Zigbee只需要30 毫秒左右。

zigbee 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有：星狀、片狀、網(wǎng)狀三種，均是一個主節(jié)點(diǎn)會連接數(shù)個子節(jié)點(diǎn)，故其容量比較大。

無安全設(shè)定、ACL（訪問控制列表）、AES128（128 位高級加密標(biāo)準(zhǔn)）三級安全模式的提供使Zigbee 安全性較高。

2.3 協(xié)議構(gòu)架

IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)是基礎(chǔ)，在其之上是三層協(xié)議，由IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)和三層協(xié)議共同組成了Zigbee協(xié)議棧。IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)主要為網(wǎng)絡(luò)層和物理層服務(wù)提供管理功能，上三層包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層以及他們之間的應(yīng)用支持。下圖3 為Zigbee 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖。

圖3 Zigbee 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)

3 Zigbee 技術(shù)構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

一組Zigbee 節(jié)點(diǎn)根據(jù)AdHoc（多跳自組織網(wǎng)）方式構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，目的是網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行協(xié)作式的感知、廣播收集、處理信息。觀察者及其傳感器和對象為現(xiàn)階段傳感器工作中必要的三要素，在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中把需要感知對象的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、處理使用無線技術(shù)發(fā)送給觀察者及其傳感器和對象；觀察者和傳感器使用無線網(wǎng)絡(luò)連接；傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要作用就是對數(shù)據(jù)的感知、收集、處理、廣播[4]。利用ZigBee 芯片構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)實(shí)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)可以通過GSM、CDMA、以太網(wǎng)等形式。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以選擇星形、混合型等結(jié)構(gòu)，可以降低Zigbee 節(jié)點(diǎn)的功耗以及傳輸數(shù)據(jù)時發(fā)生節(jié)點(diǎn)碰撞的現(xiàn)象。中央控制中心與匯節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)相連，匯節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)通過Zigbee 完成數(shù)據(jù)傳輸，控制中心通過網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)信息對現(xiàn)場進(jìn)行控制管理匯節(jié)點(diǎn)在整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)網(wǎng)關(guān)的作用，Zigbee 和單片機(jī)之間是實(shí)行異步串行口，匯節(jié)點(diǎn)和中央控制中心之間的數(shù)據(jù)傳輸是由MCU 控制。

4 結(jié)束語

本文主要對紫鋒技術(shù)下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位進(jìn)行了闡述，詳細(xì)介紹了無線傳感器和Zigbee 技術(shù)，提出了Zigbee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)架構(gòu)。文中還提到了Zigbee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在GSM、CDMA、以太網(wǎng)等大范圍進(jìn)行數(shù)據(jù)控制和收集，希望在將來此項技術(shù)可以普及到人類的生活之中開啟人們新的生活方式。