【正文】 率為 20kbps，916MHz 上的傳輸速率則是40kbps。兩個(gè)物理層都基于直接序列擴(kuò)頻(DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum)技術(shù)，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式。應(yīng)用層包含在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的應(yīng)用程序，賦予節(jié)點(diǎn)自己的功能。物理層與物理傳輸媒介(這里主要指無(wú)線電波)相關(guān)，負(fù)責(zé)物理媒介與數(shù)據(jù)比特的相互轉(zhuǎn)化，以及數(shù)據(jù)比特與上層(數(shù)據(jù)鏈路層)數(shù)據(jù)幀的相互轉(zhuǎn)化。具有幾十個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)將很快耗盡已不夠用的 IPv4 地址空間。因此， IPv6 與 IEEE 結(jié)合是傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)。相對(duì)于常見(jiàn)的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee 協(xié)議套件緊湊而簡(jiǎn)單，具體實(shí)現(xiàn)要求很低。它雖然是基于標(biāo)準(zhǔn)的 7 層開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)模型(OSI) ，但僅對(duì)涉及 ZigBee 的層予以定義。數(shù)據(jù) 圖像系統(tǒng)資源 16MB+ 1MB+ 250KB+ 4KB32KB電池壽命 1 至 7 至 5 1 至 7 100 至 1000+網(wǎng)絡(luò)大小 1 32 7 255/65，000帶寬（KB/S） 64128+ 11，000+ 720 20250傳輸距離（米） 1，000+ 1100 110+ 1100+成功尺度 覆蓋面大，質(zhì)量 速度、靈活性 價(jià)格便宜 可靠、低功耗 方便 價(jià)格便宜 ZigBee 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)ZigBee 協(xié)議棧由一組子層構(gòu)成。節(jié)點(diǎn)可以包括儀器和家庭自動(dòng)化應(yīng)用設(shè)備。主要的協(xié)議有 WCDMA、CDMA202TDSCDMA，工作在 2GHz 頻段附近，速率最高達(dá) 2Mbp。WiFi 規(guī)定了協(xié)議的物理（PHY）層和媒體接入控制（MAC）層，并依賴 TCP/IP 作為網(wǎng)絡(luò)層。主要目的是提供 WLAN 接入，也是目前 WLAN 的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其工作頻率也是 。為對(duì)語(yǔ)音和特定網(wǎng)絡(luò)提供支持，需要協(xié)議棧提供 250kB 系統(tǒng)開(kāi)銷，從而增加了系統(tǒng)成本和集成復(fù)雜性。 （一）藍(lán)牙（BlueTooth）最早是愛(ài)立信在 1994 年開(kāi)始研究的一種能使手機(jī)與其附件（如耳機(jī)）之間互相通信的無(wú)線模塊。(8)實(shí)現(xiàn)成本低。對(duì)于第二級(jí)安全級(jí)別，器件可以使用接入控制清單(ACL)來(lái)防止非法器件獲取數(shù)據(jù)。為了可靠傳遞，還提供全握手協(xié)議。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)變化的，無(wú)論是節(jié)點(diǎn)的能量耗盡，或者節(jié)點(diǎn)被敵人俘獲，都能使節(jié)點(diǎn)退出網(wǎng)絡(luò)，而且網(wǎng)絡(luò)的使用者也希望能在需要的時(shí)候向已有的網(wǎng)絡(luò)中加入新的傳感器節(jié)點(diǎn)。ZigBee 定義了兩種器件：全功能器件(FFD) 和簡(jiǎn)化功能器件(RFD)。同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。在這種完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制下，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳送需求時(shí)，立刻傳送。由于工作時(shí)間較短、收發(fā)信息功耗較低且采用了休眠模式，使得ZigBee 設(shè)備非常省電，ZigBee 節(jié)點(diǎn)的電池工作時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá) 6 個(gè)月到 2 年左右。(2)功耗低。 ZigBee 技術(shù)的特點(diǎn)ZigBee 技術(shù)致力于提供一種廉價(jià)的、固定的、便攜或者移動(dòng)設(shè)備使用的極低復(fù)雜度、低成本和低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。在組網(wǎng)性能上，ZigBee 可以構(gòu)造為星形網(wǎng)絡(luò)或者點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，在每一個(gè)ZigBee 組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，連接地址碼分為 16bit 短地址或者 64bit 長(zhǎng)地址，可容納的最大設(shè)備個(gè)數(shù)分別為 2～16 個(gè)和 2～64 個(gè)，具有較大的網(wǎng)絡(luò)容量。它們分別為 868MHz、915MHz 和 。3 ZigBee 技術(shù) ZigBee 技術(shù)概述ZigBee 技術(shù)是一種具有統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的短距離無(wú)線通信技術(shù)，其物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議為 IEEE 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)層和安全層由 ZigBee 聯(lián)盟制定，應(yīng)用層的開(kāi)發(fā)應(yīng)用根據(jù)用戶自己的應(yīng)用需要，對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用。在某些應(yīng)用中，電池是不可更換的。目前在功率控制方面，已經(jīng)提出了 COMpow 等一系列功率分配算法，LINT/LILT 和 LMN/LMA 等基于節(jié)點(diǎn)密度的算法，CBTC 、LMST 、 RNG、DRNG 和 DLSS 等基于臨近圖的近似算法。傳感器節(jié)點(diǎn)可能部署在惡劣環(huán)境中，在軍事應(yīng)用中甚至部署在敵方區(qū)域中，所以很容易遭到破壞而失效。4)影響數(shù)據(jù)融合。另一方面，如果發(fā)射功率選擇太小，會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的連通性。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)一般采用電池供電，節(jié)省能量是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)主要考慮的問(wèn)題之一。對(duì)于自組織的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂茖?duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響很大。如在機(jī)器診斷的應(yīng)用中，傳感器節(jié)點(diǎn)密度大約是在 5x5 平方米區(qū)域內(nèi)有 300 個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，而對(duì)車(chē)輛跟蹤應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)密度大約為一個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)有 10 個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。(2)伸縮性部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域附件的傳感器可能成百上千，在有些應(yīng)用中甚至更多。傳感器節(jié)點(diǎn)的可靠性或者容錯(cuò)性滿足泊松分布，因此，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和算法設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮容錯(cuò)性需求。(4)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用作為一種服務(wù)于實(shí)際應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還有有一套現(xiàn)實(shí)可行的軟硬件設(shè)計(jì)原則、高效的開(kāi)發(fā)平臺(tái)以及一系列別具特色的應(yīng)用實(shí)例。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心支撐技術(shù)包括拓?fù)淇刂?、?jié)點(diǎn)定位、時(shí)間同步、網(wǎng)內(nèi)信息處理和網(wǎng)絡(luò)安全等。傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層 4 個(gè)層次。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為當(dāng)今信息領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，涉及多學(xué)科交叉，所需要研究的內(nèi)容可分為 4個(gè)部分：網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、核心支撐技術(shù)、自組織管理和開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。3)應(yīng)用服務(wù)接口。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議和應(yīng)用要求各節(jié)點(diǎn)間的時(shí)鐘必須保持同步，這樣多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)才能相互配合工作。網(wǎng)絡(luò)管理是對(duì)無(wú)線傳感器上的設(shè)備及傳輸系統(tǒng)進(jìn)行有效監(jiān)視、控制、診斷和測(cè)試所采用的技術(shù)和方法。由于節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)性以及無(wú)線信道的不穩(wěn)定，傳統(tǒng)的安全機(jī)制無(wú)法在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中適用，因此需要設(shè)計(jì)新型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制，這需要采用擴(kuò)頻通信、接入認(rèn)證、鑒權(quán)、數(shù)字水印和數(shù)據(jù)加密等技術(shù)。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，電源能量是各個(gè)節(jié)點(diǎn)最寶貴的資源。服務(wù)質(zhì)量(QoS)管理在各協(xié)議層設(shè)計(jì)隊(duì)列管理、優(yōu)先級(jí)機(jī)制或者寬帶預(yù)留等機(jī)制，并對(duì)特定應(yīng)用的數(shù)據(jù)進(jìn)行特別處理。1)拓?fù)淇刂?。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的傳輸控制。3)網(wǎng)絡(luò)層。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理層負(fù)責(zé)信號(hào)的調(diào)制和數(shù)據(jù)的收發(fā)，所采用的傳輸介質(zhì)有無(wú)線電、紅外線和光波等。匯聚節(jié)點(diǎn)通常具有較強(qiáng)的處理、存儲(chǔ)和通信能力，它既可以是一個(gè)具有足夠能量供給和更多內(nèi)存資源與計(jì)算能力的增強(qiáng)型傳感器節(jié)點(diǎn)，也可以是一個(gè)帶有無(wú)線通信接口的特殊網(wǎng)關(guān)設(shè)備。傳感器節(jié)點(diǎn)通常是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，由于受到體積、價(jià)格、電源供給等因素的限制，它的處理能力、存儲(chǔ)能力相對(duì)較弱，通常距離也很有限，通常只與自身通信范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)交換信息。2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)構(gòu)架無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)構(gòu)架如圖 所示，通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)(sensor node)、匯聚節(jié)(sink node)和管理節(jié)點(diǎn) (manager node)【4】 。硬件部分分別介紹了各個(gè)模塊的功能和特點(diǎn)。首先介紹無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特征和關(guān)鍵技術(shù)等。這些優(yōu)點(diǎn)使得 ZigBee 和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)完美地結(jié)合在一起。本文提出了 ZigBee 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)并建立一個(gè)星型的無(wú)線傳感器通信網(wǎng)絡(luò)，為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)層和安全層由 ZigBee 聯(lián)盟定義。而傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè)計(jì)目標(biāo)是能源的高效使用。本課題圍繞著 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)和 ZigBee 技術(shù)，研究如何將 ZigBee 技術(shù)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，如何設(shè)計(jì)出無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，如何搭建一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)，并使用 ZigBee 技術(shù)來(lái)作為傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議。其中后兩者備受關(guān)注。在一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)里面，需要使用數(shù)量龐大的微型傳感器，成本會(huì)制約其發(fā)展。傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)有：網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量大、密度高、節(jié)點(diǎn)有一定的故障率；節(jié)點(diǎn)在電池能量、計(jì)算能力和存儲(chǔ)容量等方面有限制；網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化很快，以數(shù)據(jù)為中心。 研究目的 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的難點(diǎn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量體積小、成本低，具有無(wú)線通信、傳感、數(shù)據(jù)處理等能力的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的，傳感器節(jié)點(diǎn)一般由傳感單元、處理單元、收發(fā)單元、電源單元等功能模塊組成。(3)感知數(shù)據(jù)查詢處理技術(shù)研究康奈爾大學(xué)在感知數(shù)據(jù)查詢處理技術(shù)方面開(kāi)展的研究工作較多。南加州大學(xué)提出了在生疏環(huán)境部署移動(dòng)傳感器的方法、傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視結(jié)構(gòu)及其聚集函數(shù)計(jì)算方法、節(jié)省能源的計(jì)算聚集的樹(shù)構(gòu)造算法等。英國(guó)、日本、意大利等國(guó)家的一些大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)也紛紛開(kāi)展了該領(lǐng)域的研究工作。國(guó)內(nèi)的許多高校也掀起了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究熱潮。隨著知識(shí)創(chuàng)新工程試點(diǎn)工作的深入，2022 年中科院依托上海微系統(tǒng)所成立微系統(tǒng)研究與發(fā)展中心引領(lǐng)院內(nèi)的相關(guān)工作，并通過(guò)該中心在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的方向上陸續(xù)部署了若干重大研究項(xiàng)目和方向性項(xiàng)目，參加單位包括上海微系統(tǒng)所、聲學(xué)所、微電子所、半導(dǎo)體所、電子所、軟件所等十余個(gè)研究所，初步建立傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究平臺(tái)，在無(wú)線智能傳感網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、微型傳感器、傳感器節(jié)點(diǎn)、簇點(diǎn)和應(yīng)用系統(tǒng)等方面取得很大的進(jìn)展。為推動(dòng) ZigBee 技術(shù)的發(fā)展，Chipcon、Ember、Freescale、Honeywell、Mistubishi、Motorala、Philips 和 Samsung等共同成立了 ZigBee 聯(lián)盟。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制訂方面，主要是 IEEE 小組與 ZigBee 聯(lián)盟(ZigBeeAlliance)兩個(gè)組織，兩者分別制訂硬件與軟件標(biāo)準(zhǔn)，兩者的角色分工就如同IEEE 小組與 WiFi 之間的關(guān)系。人們借此稱呼一種專注于低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。最后，這些數(shù)據(jù)可以進(jìn)入計(jì)算機(jī)用于分析或是被另外一種無(wú)線技術(shù)收集。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、塑料電子學(xué)和仿生人體器官又被稱為全球未來(lái)的三大高科技產(chǎn)業(yè) [1]。而從上世紀(jì)末開(kāi)始，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，人們用其組建智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)，大量多功能傳感器被運(yùn)用，并使用無(wú)線技術(shù)連接，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸形成。由于傳感器節(jié)點(diǎn)的節(jié)能要求，多跳、對(duì)等的通信方式較之傳統(tǒng)的單跳、主從通信方式更適合于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還可有效避免在長(zhǎng)距離無(wú)線信號(hào)傳播過(guò)程中所遇到的信號(hào)衰落和干擾等各種問(wèn)題。通過(guò)隨機(jī)投放的方式，眾多傳感器節(jié)點(diǎn)被密集部署在監(jiān)控區(qū)域。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)引起了全世界范圍的廣泛關(guān)注。ZigBee。關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；IEEE ；ZigBee；C8051F；CC2430 Lowpower Wireless Sensor Network Communication of ZigbeeAbstractWith the rapid growth of the wireless work technology and increasing ripesensor technology, Wireless sensor work es. Wireless sensor work(WSN)ismade up of a great deal of lowcost subminiature sensor nodes, which are set in themonitoring area. It can make a many jumps work by the wireless munications by purpose is to apperceiving, collecting and processing the objects which are in the work system, and sending the information to the observer. Recently years,Wireless sensor work has been applied in various fields such as preventive medical, monitoring environment,putting out forest fire,researching benthonic boards,exploring pla, is being the hot topic in domestic and abroad.The standard for the lowrate wireless personal area work (LRWPAN) takes up with low wastage,low rate and low cost for purpose,And it can supply a uniform standard for personal different facilities in family protocol is constituted of 39。本課題采用 C8051F 單片機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的 MCU，采用CC2430 為射頻芯片，搭建了一個(gè)基于 Zigbee 的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。近年來(lái)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛的應(yīng)用在預(yù)防醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、森林滅火乃至車(chē)輛檢測(cè)、行星探測(cè)等領(lǐng)域，成為國(guó)內(nèi)外廣泛討論的焦點(diǎn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，發(fā)送給觀察者。