基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的設計
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無線傳感器網(wǎng)絡是由大量隨機部署在被監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的節(jié)點通過自組織方式構成，廣泛應用于軍事與民防、環(huán)境生態(tài)觀測、醫(yī)療護理、智能建筑等領域。傳感器節(jié)點是無線傳感器網(wǎng)絡的基本組成單元，它是由傳感器、處理器、無線收發(fā)和能量供應四個模塊組成。無線傳感器網(wǎng)絡則是由大量體積小、能耗低、具有無線通信、傳感和數(shù)據(jù)處理功能的傳感器節(jié)點組成，因此，節(jié)點設計的好壞將直接影響到整個網(wǎng)絡的質(zhì)量。本文基于無線傳感器的結構和特點，自主設計了一種基于針對ZigBee協(xié)議、以CC2430芯片為核心的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的設計方案。
1 ZigBee技術
無線傳感器網(wǎng)絡中的傳感器節(jié)點之間互聯(lián)采用短距離的無線通信方式，現(xiàn)在流行的無線短距離通信技術主要有紅外技術(IrDA)、藍牙技術(Bluetooth)、無線局域網(wǎng)技術(Wi-Fi)等。表1列出了ZigBee技術與這些短距離無線通信技術的比較，從表中不難看出，各種通信技術都具有各自的特點，適用于不同的場合。紅外技術由于其傳輸距離有限、傳輸方向性強等缺點，在應用范圍上受到了一定程度的限制；藍牙技術只能配置7個節(jié)點，制約了其在大型傳感器網(wǎng)絡開發(fā)中的應用；無線局域網(wǎng)技術發(fā)射功率比較大，大多數(shù)便攜Wi-Fi裝置都需要常規(guī)充電，從而限制了它在工業(yè)場合的推廣和應用。
在比較之下，ZigBee技術具有成本更低、網(wǎng)絡容量更大、功耗更低、時延更短等優(yōu)點，故而本文選取了Zig-Bee技術為無線傳感網(wǎng)絡提供互聯(lián)互通的平臺。ZigBee是一種短距離、低速率、低功耗、低成本和低復雜度的無線傳輸技術，它工作于無需注冊的2．4 GHz ISM頻段，傳輸速率為100～250 Kb／s，傳輸距離為10～75 m，典型距離為30 m。ZigBee是IEEE 802．15．4標準的擴展集，它基于標準的7層開放式系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)模型。網(wǎng)絡層(NWK)和應用層(APL)的框架設計是由ZigBee聯(lián)盟負責制定，IEEE則制定物理層(PHY)和介質(zhì)接入控制層(MAC)標準。其中，APL的框架包括了應用支持子層(APS)、ZigBee設備對象(ZDO)以及由制造商指定的應用對象。ZigBee的體系結構如圖1所示。
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