【正文】 率為 20kbps，916MHz 上的傳輸速率則是40kbps。兩個物理層都基于直接序列擴頻(DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum)技術，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式。應用層包含在網(wǎng)絡節(jié)點上運行的應用程序，賦予節(jié)點自己的功能。物理層與物理傳輸媒介(這里主要指無線電波)相關，負責物理媒介與數(shù)據(jù)比特的相互轉化，以及數(shù)據(jù)比特與上層(數(shù)據(jù)鏈路層)數(shù)據(jù)幀的相互轉化。具有幾十個節(jié)點的網(wǎng)絡將很快耗盡已不夠用的 IPv4 地址空間。因此， IPv6 與 IEEE 結合是傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢。相對于常見的無線通信標準，ZigBee 協(xié)議套件緊湊而簡單，具體實現(xiàn)要求很低。它雖然是基于標準的 7 層開放式系統(tǒng)互聯(lián)模型(OSI) ，但僅對涉及 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 價格便宜 可靠、低功耗 方便 價格便宜 ZigBee 協(xié)議棧結構ZigBee 協(xié)議棧由一組子層構成。節(jié)點可以包括儀器和家庭自動化應用設備。主要的協(xié)議有 WCDMA、CDMA202TDSCDMA，工作在 2GHz 頻段附近，速率最高達 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)絡層。主要目的是提供 WLAN 接入，也是目前 WLAN 的主要技術標準，其工作頻率也是 。為對語音和特定網(wǎng)絡提供支持，需要協(xié)議棧提供 250kB 系統(tǒng)開銷，從而增加了系統(tǒng)成本和集成復雜性。 （一）藍牙（BlueTooth）最早是愛立信在 1994 年開始研究的一種能使手機與其附件（如耳機）之間互相通信的無線模塊。(8)實現(xiàn)成本低。對于第二級安全級別，器件可以使用接入控制清單(ACL)來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。無線傳感器網(wǎng)絡是動態(tài)變化的，無論是節(jié)點的能量耗盡，或者節(jié)點被敵人俘獲，都能使節(jié)點退出網(wǎng)絡，而且網(wǎng)絡的使用者也希望能在需要的時候向已有的網(wǎng)絡中加入新的傳感器節(jié)點。ZigBee 定義了兩種器件：全功能器件(FFD) 和簡化功能器件(RFD)。同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。在這種完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制下，當有數(shù)據(jù)傳送需求時，立刻傳送。由于工作時間較短、收發(fā)信息功耗較低且采用了休眠模式，使得ZigBee 設備非常省電，ZigBee 節(jié)點的電池工作時間可以長達 6 個月到 2 年左右。(2)功耗低。 ZigBee 技術的特點ZigBee 技術致力于提供一種廉價的、固定的、便攜或者移動設備使用的極低復雜度、低成本和低功耗的無線通信技術。在組網(wǎng)性能上，ZigBee 可以構造為星形網(wǎng)絡或者點對點對等網(wǎng)絡，在每一個ZigBee 組成的無線網(wǎng)絡中，連接地址碼分為 16bit 短地址或者 64bit 長地址，可容納的最大設備個數(shù)分別為 2～16 個和 2～64 個，具有較大的網(wǎng)絡容量。它們分別為 868MHz、915MHz 和 。3 ZigBee 技術 ZigBee 技術概述ZigBee 技術是一種具有統(tǒng)一技術標準的短距離無線通信技術，其物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議為 IEEE 協(xié)議標準，網(wǎng)絡層和安全層由 ZigBee 聯(lián)盟制定，應用層的開發(fā)應用根據(jù)用戶自己的應用需要，對其進行開發(fā)利用。在某些應用中，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)點可能部署在惡劣環(huán)境中，在軍事應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，會影響網(wǎng)絡的連通性。無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點一般采用電池供電，節(jié)省能量是網(wǎng)絡設計主要考慮的問題之一。對于自組織的無線傳感器網(wǎng)絡而言，網(wǎng)絡拓撲控制對網(wǎng)絡性能的影響很大。如在機器診斷的應用中，傳感器節(jié)點密度大約是在 5x5 平方米區(qū)域內(nèi)有 300 個傳感器節(jié)點，而對車輛跟蹤應用中，節(jié)點密度大約為一個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)有 10 個傳感器節(jié)點。(2)伸縮性部署在監(jiān)測區(qū)域附件的傳感器可能成百上千，在有些應用中甚至更多。傳感器節(jié)點的可靠性或者容錯性滿足泊松分布，因此，在無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議和算法設計時必須考慮容錯性需求。(4)開發(fā)與應用作為一種服務于實際應用的網(wǎng)絡技術，無線傳感器網(wǎng)絡還有有一套現(xiàn)實可行的軟硬件設計原則、高效的開發(fā)平臺以及一系列別具特色的應用實例。無線傳感器網(wǎng)絡的核心支撐技術包括拓撲控制、節(jié)點定位、時間同步、網(wǎng)內(nèi)信息處理和網(wǎng)絡安全等。傳感器網(wǎng)絡的通信協(xié)議包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層和傳輸層 4 個層次。 無線傳感器網(wǎng)絡的關鍵技術無線傳感器網(wǎng)絡作為當今信息領域的研究熱點，涉及多學科交叉，所需要研究的內(nèi)容可分為 4個部分：網(wǎng)絡通信協(xié)議、核心支撐技術、自組織管理和開發(fā)與應用。3)應用服務接口。無線傳感器網(wǎng)絡的通信協(xié)議和應用要求各節(jié)點間的時鐘必須保持同步，這樣多個傳感器節(jié)點才能相互配合工作。網(wǎng)絡管理是對無線傳感器上的設備及傳輸系統(tǒng)進行有效監(jiān)視、控制、診斷和測試所采用的技術和方法。由于節(jié)點隨機部署、網(wǎng)絡拓撲的動態(tài)性以及無線信道的不穩(wěn)定，傳統(tǒng)的安全機制無法在無線傳感器網(wǎng)絡中適用，因此需要設計新型的無線傳感器網(wǎng)絡安全機制，這需要采用擴頻通信、接入認證、鑒權、數(shù)字水印和數(shù)據(jù)加密等技術。在無線傳感器網(wǎng)絡中，電源能量是各個節(jié)點最寶貴的資源。服務質(zhì)量(QoS)管理在各協(xié)議層設計隊列管理、優(yōu)先級機制或者寬帶預留等機制，并對特定應用的數(shù)據(jù)進行特別處理。1)拓撲控制。無線傳感器網(wǎng)絡的傳輸層負責數(shù)據(jù)流的傳輸控制。3)網(wǎng)絡層。無線傳感器網(wǎng)絡的物理層負責信號的調(diào)制和數(shù)據(jù)的收發(fā)，所采用的傳輸介質(zhì)有無線電、紅外線和光波等。匯聚節(jié)點通常具有較強的處理、存儲和通信能力，它既可以是一個具有足夠能量供給和更多內(nèi)存資源與計算能力的增強型傳感器節(jié)點，也可以是一個帶有無線通信接口的特殊網(wǎng)關設備。傳感器節(jié)點通常是一個嵌入式系統(tǒng)，由于受到體積、價格、電源供給等因素的限制，它的處理能力、存儲能力相對較弱，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)點交換信息。2 無線傳感器網(wǎng)絡 無線傳感器網(wǎng)絡的系統(tǒng)構架無線傳感器網(wǎng)絡的系統(tǒng)構架如圖 所示，通常包括傳感器節(jié)點(sensor node)、匯聚節(jié)(sink node)和管理節(jié)點 (manager node)【4】 。硬件部分分別介紹了各個模塊的功能和特點。首先介紹無線傳感器網(wǎng)絡特征和關鍵技術等。這些優(yōu)點使得 ZigBee 和無線傳感器網(wǎng)絡完美地結合在一起。本文提出了 ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡平臺的設計要求，設計并建立一個星型的無線傳感器通信網(wǎng)絡，為無線傳感器網(wǎng)絡的實際應用打下基礎。網(wǎng)絡層和安全層由 ZigBee 聯(lián)盟定義。而傳感器網(wǎng)絡的首要設計目標是能源的高效使用。本課題圍繞著 IEEE 標準和 ZigBee 技術，研究如何將 ZigBee 技術用于無線傳感器網(wǎng)絡平臺，如何設計出無線傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點，如何搭建一個無線傳感器網(wǎng)絡硬件平臺，并使用 ZigBee 技術來作為傳感器網(wǎng)絡的通信協(xié)議。其中后兩者備受關注。在一個無線傳感器網(wǎng)絡里面，需要使用數(shù)量龐大的微型傳感器，成本會制約其發(fā)展。傳感器網(wǎng)絡的主要特點有：網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)量大、密度高、節(jié)點有一定的故障率；節(jié)點在電池能量、計算能力和存儲容量等方面有限制；網(wǎng)絡的拓撲結構變化很快，以數(shù)據(jù)為中心。 研究目的 無線傳感器網(wǎng)絡的難點傳感器網(wǎng)絡是由大量體積小、成本低，具有無線通信、傳感、數(shù)據(jù)處理等能力的傳感器節(jié)點組成的，傳感器節(jié)點一般由傳感單元、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)查詢處理技術研究康奈爾大學在感知數(shù)據(jù)查詢處理技術方面開展的研究工作較多。南加州大學提出了在生疏環(huán)境部署移動傳感器的方法、傳感器網(wǎng)絡監(jiān)視結構及其聚集函數(shù)計算方法、節(jié)省能源的計算聚集的樹構造算法等。英國、日本、意大利等國家的一些大學和研究機構也紛紛開展了該領域的研究工作。國內(nèi)的許多高校也掀起了無線傳感器網(wǎng)絡的研究熱潮。隨著知識創(chuàng)新工程試點工作的深入，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)展中心引領院內(nèi)的相關工作，并通過該中心在無線傳感網(wǎng)絡的方向上陸續(xù)部署了若干重大研究項目和方向性項目，參加單位包括上海微系統(tǒng)所、聲學所、微電子所、半導體所、電子所、軟件所等十余個研究所，初步建立傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)研究平臺，在無線智能傳感網(wǎng)絡通信技術、微型傳感器、傳感器節(jié)點、簇點和應用系統(tǒng)等方面取得很大的進展。為推動 ZigBee 技術的發(fā)展，Chipcon、Ember、Freescale、Honeywell、Mistubishi、Motorala、Philips 和 Samsung等共同成立了 ZigBee 聯(lián)盟。在標準規(guī)范的制訂方面，主要是 IEEE 小組與 ZigBee 聯(lián)盟(ZigBeeAlliance)兩個組織，兩者分別制訂硬件與軟件標準，兩者的角色分工就如同IEEE 小組與 WiFi 之間的關系。人們借此稱呼一種專注于低功耗、低成本、低復雜度、低速短距離無線網(wǎng)絡通信技術。最后，這些數(shù)據(jù)可以進入計算機用于分析或是被另外一種無線技術收集。無線傳感器網(wǎng)絡、塑料電子學和仿生人體器官又被稱為全球未來的三大高科技產(chǎn)業(yè) [1]。而從上世紀末開始，現(xiàn)場總線技術開始應用于傳感器網(wǎng)絡，人們用其組建智能化傳感器網(wǎng)絡，大量多功能傳感器被運用，并使用無線技術連接，無線傳感器網(wǎng)絡逐漸形成。由于傳感器節(jié)點的節(jié)能要求，多跳、對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線傳感器網(wǎng)絡，同時還可有效避免在長距離無線信號傳播過程中所遇到的信號衰落和干擾等各種問題。通過隨機投放的方式，眾多傳感器節(jié)點被密集部署在監(jiān)控區(qū)域。無線傳感器網(wǎng)絡的出現(xiàn)引起了全世界范圍的廣泛關注。ZigBee。關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡；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 單片機作為網(wǎng)絡終端節(jié)點和網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的 MCU，采用CC2430 為射頻芯片，搭建了一個基于 Zigbee 的無線傳感器網(wǎng)絡。近年來，無線傳感器網(wǎng)絡被廣泛的應用在預防醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測、森林滅火乃至車輛檢測、行星探測等領域，成為國內(nèi)外廣泛討論的焦點。無線傳感器網(wǎng)絡就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，發(fā)送給觀察者。