【正文】 自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，不需要人工來干預(yù)。 在網(wǎng)狀網(wǎng)中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，最復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也是最終實(shí)現(xiàn)的目 標(biāo) 是網(wǎng) 狀 網(wǎng)絡(luò) (MeshNetwork)。 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ZigBee 協(xié)議主要采用了二種組網(wǎng)方式：星狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 21 所示 ： 寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文 7 圖 21 ZigBee二種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 在星狀網(wǎng)中，以 PAN 協(xié)調(diào)器為中心，所有設(shè)備只能與中心設(shè)備 PAN 協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信，終端設(shè)備之間的通信通過 PAN 協(xié)調(diào)器的 轉(zhuǎn)發(fā)來完成，因此在星型網(wǎng)絡(luò)的形成過程中，第一步就是建立 PAN 協(xié)調(diào)器。相比較，藍(lán)牙需要 3～ 10s、 WiFi 需要 3s。 （ 3） 低速率： ZigBee 工作在 20～ 250kbps 的較低速率，分別提供 250kbps()、40kbps（ 915MHz)和 20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。 ZigBee 技術(shù)概述 ZigBee 主要特性 ZigBee 顯著的特點(diǎn)就是低速率、低功耗、低成本、自配置和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 第四章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本組網(wǎng)和數(shù)據(jù)采集以 ,包括程序的基本流程，所用函數(shù)的編寫。 （ 3）測(cè)溫濕度軟件、仿真過程的敘述及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試，能完成預(yù)期設(shè)定的功能并能達(dá)到預(yù)定的性能指標(biāo)。由于與物理世界密切相關(guān)，其高出錯(cuò)頻率、易受干擾和不確定的特點(diǎn)使傳統(tǒng)的分布式系統(tǒng)解決方案無法適用，需要為其設(shè)計(jì)新的工作模式 【 4】 。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的超大規(guī)模、資源嚴(yán)格受限和與物理世界密切相關(guān)等特點(diǎn)使其需要一種新的工作模式。 TPSN 采用層次結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步 ：所有節(jié)點(diǎn)按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行邏輯分級(jí)，通過基于發(fā)送者 接收者的節(jié)點(diǎn)對(duì)方式，每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠與上一級(jí)的某個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步，從而實(shí)現(xiàn)所有節(jié)點(diǎn)都與根節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步。 （ 6） 實(shí)時(shí)性 實(shí)時(shí)性是需要協(xié)同工作的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制。一方面，入侵者可以比較容易的進(jìn)行服務(wù)拒絕攻擊（ Denial Of Service， DOS）；另一方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的資源嚴(yán)格受限以及節(jié)點(diǎn)間自組織協(xié)調(diào)工作的特點(diǎn)使其難以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)密的安全防護(hù)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)規(guī)模很大，節(jié)點(diǎn)間以一種對(duì)等、多跳的方式通信，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性很強(qiáng)。因此，需要采用一種被各國政府允許的通用設(shè)計(jì)。自修復(fù)是指在沒有人為干預(yù)的條件下，系統(tǒng)能夠檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或通信鏈路的損壞并能夠從錯(cuò)誤狀態(tài)中恢復(fù)。為了達(dá)到降低成本的目的，需要設(shè)計(jì)對(duì)計(jì)算和存儲(chǔ)能力要求較低的簡單的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和通信協(xié)議。在一些工業(yè)監(jiān)控應(yīng)用中，裝備紐扣電池的傳感器需要在 無人值守的情況下工作幾個(gè)月甚至幾年。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在民用方面，涉及城市公共安全、公共衛(wèi)生、安全生產(chǎn)、智能交通、智能家居、環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域?？梢灶A(yù)計(jì)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用是一種必然趨勢(shì)，它的出現(xiàn)將會(huì)給人類社會(huì)帶來極大的變革。各國都非常重視無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，美國和歐洲相繼啟動(dòng)了許多關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究計(jì)劃。其中涵蓋了半導(dǎo)體生產(chǎn)商、 IP 服務(wù)提供商、消費(fèi)類電子廠商及 OEM 商等，例如 Honeywell、 Eaton 和 Invensys Metering Systems 等工業(yè)控制和家用自動(dòng)化公司，甚至還有像 Mattel 之類的玩具公司。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器， 所以它們的通信效率非常高 【 1】 。 規(guī)范是一種經(jīng)濟(jì)、高效、低數(shù)據(jù)速率 (250kbPs)、工作在 和 868/928MHz 的無線技術(shù)，用于個(gè)人區(qū)域網(wǎng)和對(duì)等網(wǎng) 狀網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有成本低體積小、能量極其有限、計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和通信能力有限的特點(diǎn)，其中節(jié)點(diǎn)的能耗 是設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)時(shí)考慮的最關(guān)鍵因素。隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)、微電機(jī)系統(tǒng) MEMS（ MicroElectroMechanism System），片上系統(tǒng) SOC（ SystemOnChip）、納米材料、無線通信技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的進(jìn)步以及互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的傳感器信息獲取技術(shù)從獨(dú)立的單一化模式向集成化、微型化，進(jìn)而向智能化 、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，成為信息獲取最重要和最基本的技術(shù)之一。 on this basis, we design a small temperature and humidity monitoring work system 。 本文首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識(shí)和研究現(xiàn)狀 ； 然后深入分析了 ZigBee 協(xié)議，給出了各層的功能；之后，設(shè)計(jì)了 ZigBee 節(jié)點(diǎn)模塊和溫濕度傳感模塊，并在此硬件基 礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了具有基本功能的 ZigBee 協(xié)議棧，同時(shí)提出了一種基于 ZigBee 的組網(wǎng)算法，通過掃描信道、建立網(wǎng)絡(luò)和建立節(jié)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)三個(gè)步驟構(gòu)建了一個(gè)簡單的網(wǎng)絡(luò)層，實(shí)現(xiàn)了無線傳感器組網(wǎng)功能；在此基礎(chǔ)上本文設(shè)計(jì)一個(gè)小型的溫度濕度監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；最后，對(duì)論文進(jìn)行總結(jié)，提出今后的研究工作方向。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)明顯不同的技術(shù)要求，前者以數(shù)據(jù)為中心，后者以傳輸數(shù)據(jù)為目的。大量傳感器節(jié)點(diǎn)通過相互之間的分工協(xié)作，可實(shí)時(shí)感知、監(jiān)測(cè)和采集分布區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測(cè)對(duì)象或周圍環(huán)境的信息。預(yù)計(jì)將在消費(fèi)類電子設(shè)備、家庭智能化、工控、醫(yī)用設(shè)備控制、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。 then designed ZigBee node module temperature and humidity sensor module , and is designed on the basis of this hardware the ZigBee protocol stack has the basic functions , while working algorithm is proposed based on ZigBee , by scanning channel , working and the establishment of three steps associated nodes to build a simple work layer , to achieve a wireless sensor work function 。Wireless Communica tion 寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文 III 目 錄 第 1 章 緒論 ..........................................................................................1 引言 ............................................................................................1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀 ...............................................................2 國外現(xiàn)狀 ..............................................................................2 國內(nèi)現(xiàn)狀 ..............................................................................2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) .....................................................................2 研究內(nèi)容 ......................................................................................4 論文結(jié)構(gòu) ......................................................................................5 本章小結(jié) ......................................................................................5 第 2 章 ZigBee 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)介紹 .................................................................6 ZigBee 技術(shù)概述 .............................................................................6 ZigBee 主要特性 .....................................................................6 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ...............................................................6 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)工作模式 ...............................................................7 ZigBee 協(xié)議架構(gòu) .............................................................................8 物理層（ PHY） .......................................................................9 媒體訪問控制層（ MAC） ......................................................... 10 網(wǎng)絡(luò)層（ NWK） ..................................................................... 12 ZigBee 應(yīng)用層 ...................................................................... 14 本章小結(jié) .................................................................................... 15 第 3 章 ZigBee 溫濕度傳感器硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì) ........................................ 16 硬件設(shè)計(jì) .................................................................................... 16 CC2530 芯片介紹 ................................................................... 16 射頻模塊電路 ...................................................................... 19 主控電路 .................................................................................... 21 串口通信電路 ...................................................................... 21 電源模塊 ............................................................................ 24 存儲(chǔ)模塊 ............................................................................ 25 本章小結(jié) .................................................................................... 27 第 4 章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ......................................... 28 系統(tǒng)總體構(gòu)成 .............................................................................. 28 進(jìn)行開發(fā)的軟件介紹 ...................................................................... 28 程序流程圖 ................................................................................. 28 寧夏大學(xué)新華學(xué)院本科學(xué)位論文 IV 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) ................................................................................. 30 通過初始化、信道掃描等措施建立網(wǎng)絡(luò) ....................................... 30 傳感器各節(jié)點(diǎn)加