【正文】 一旦接收到 PAN 啟動(dòng)的狀態(tài)值，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體通知上層網(wǎng)絡(luò)實(shí)體初始化ZigBee 協(xié)調(diào)器的要求，發(fā)送 原語(狀態(tài)參量設(shè)成 原語從 MAC 層返回的值)。首先要檢查可選的 PANID 參數(shù)是否在指定的 原語中被指定。過程啟動(dòng)以后，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體首先要求 MAC 層對任意指定的一系列信道，缺省條件對所有有效的信道進(jìn)行能量掃描，尋找可能存在的網(wǎng)絡(luò)。Response：響應(yīng)原語，用于上層響應(yīng)本層發(fā)出的指示原語。每一層都可以通過本層和下一層的 SAP 調(diào)用下層所提供的服務(wù)，同時(shí)通過與上層的SAP 通信，為上層提供相應(yīng)服務(wù)。這條信息然后用在綁定表中關(guān)聯(lián)提供服務(wù)的設(shè)備和需要服務(wù)的設(shè)備。3．ZigBee 設(shè)備對象(ZDO)ZDO 負(fù)責(zé)所有設(shè)備的管理。應(yīng)用對象由 ZigBee 設(shè)備制造商定義。ZigBee 設(shè)備對象的功能包括定義設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色，發(fā)起和響應(yīng)綁定請求，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立安全機(jī)制，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，并且決定它們提供何種應(yīng)用服務(wù)。在兩個(gè)或多個(gè)設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)時(shí)，將按照應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APDU)的格式進(jìn)行傳送，并且這些設(shè)備必須在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，即在同一個(gè)內(nèi)部個(gè)域網(wǎng)中。表 MAC 層數(shù)據(jù)包格式2 字節(jié) 1 字節(jié) 0/2 字節(jié) 0/2/8 字節(jié) 0/2 字節(jié) 0/2/8 字節(jié) 可變2 字節(jié)幀控制 序列號目的PAN 標(biāo)識符目的地址 源 PAN標(biāo)識符 源地址 幀載荷 FCSMHR(MAC 層幀頭) MAC 載荷 MFR ZigBee 網(wǎng)絡(luò)層(NWK)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)層的主要功能就是提供一些必要的函數(shù)，確保 ZigBee 的 MAC 層正常工作，并且為應(yīng)用層提供合適的服務(wù)接口。確認(rèn)模式的幀傳送與接收，信道接入與控制，幀校驗(yàn)與快速自動(dòng)請求重發(fā)(ARQ)，預(yù)留時(shí)隙管理以及廣播信息管理等。通過這兩個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)提供如下服務(wù)：通過物理層數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn)(PDSAP)為物理層數(shù)據(jù)提供服務(wù)；透過物理層管理實(shí)體 (PLME)服務(wù)的接入點(diǎn)(PLMESAP)為物理層管理提供服務(wù)。868MHz 是歐洲附加的 ISM 頻段，915MHz 是美國附加的 ISM 頻段，工作在這兩個(gè)頻段上的 ZigBee 設(shè)備避開了來自 頻段中其它無線通信設(shè)備和家用電器的無線電干擾。ZigBee 堆棧層由網(wǎng)絡(luò)層與安全平臺組成，提供應(yīng)用層與 物理層/MAC層的連接，由與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、路由、安全相關(guān)的幾個(gè)堆棧層組成。ZigBee 聯(lián)盟希望建立一種可以連接每個(gè)電子設(shè)備的無線網(wǎng)，它預(yù)言 ZigBee 將很快成為全球高端的無線技術(shù)，2022 年 ZigBee 節(jié)點(diǎn)達(dá)到 30 億個(gè)。其中，應(yīng)用層框架包括了應(yīng)用支持子層(APS)、ZigBee 設(shè)備對象(ZDO)及由制造商制定的應(yīng)用對象。 控制聲音amp。 (三 )3G－第三代移動(dòng)通信第三代移動(dòng)通信與前兩代的主要區(qū)別是在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上的提升，它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。的最初規(guī)范是在 1997 年提出的。 ZigBee 與其他無線通信協(xié)議的比較在 ZigBee 無線通信協(xié)議出現(xiàn)之前，就已經(jīng)有很多的為大家熟知的無線通信協(xié)議，如藍(lán)牙、WiFi、3G、IrDA、UWB 、ISM 等等，但是這幾種無線通信協(xié)議各有特點(diǎn)，應(yīng)用的領(lǐng)域也不相同，特別是本課題研究的新型的 Zigbee 無線通信協(xié)議，在很多方面都有著顯著的優(yōu)勢。第一級實(shí)際是無安全方式，對于某種應(yīng)用，如果安全并不重要或者上層已經(jīng)提供足夠的安全保護(hù)，器件就可以選擇這種方式來轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)。(5)自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)、自主路由。采用這種方法可以提高系統(tǒng)信息傳輸?shù)目煽啃浴ＴO(shè)備搜索時(shí)延一般為 30ms，休眠激活時(shí)延為 15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為 15ms。為保證 ZigBee 設(shè)備之間通信數(shù)據(jù)的安全保密性，ZigBee 技術(shù)采用了密鑰長度為 128 位的加密算法，對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行加密處理 [5]。因而，該項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，各頻段上的調(diào)制方式和傳輸速率不同。(4)功耗在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)是體積微小的嵌入式設(shè)備，采用能量有限的電池供電。5)彌補(bǔ)節(jié)點(diǎn)失效的影響。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)通常密集部署，如果每個(gè)節(jié)點(diǎn)都以大功率進(jìn)行通信，會加劇節(jié)點(diǎn)之間的干擾，降低通信效率，并造成節(jié)點(diǎn)能量的浪費(fèi)。所以除了要設(shè)計(jì)能量高效的 MAC協(xié)議、路由協(xié)議以及應(yīng)用層協(xié)議外，還要設(shè)計(jì)優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂茩C(jī)制。如果傳感器節(jié)點(diǎn)被部署在戰(zhàn)場偵察、探測戰(zhàn)場信息，因?yàn)樵谶@種情形下，數(shù)據(jù)非常重要，而且傳感器節(jié)點(diǎn)可能被人為破壞，所以對容錯(cuò)的要求就非常高。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織管理技術(shù)包括節(jié)點(diǎn)管理、資源與任務(wù)管理、數(shù)據(jù)管理、初始化與系統(tǒng)維護(hù)管理等。因而節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不能太復(fù)雜；同時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和外界環(huán)境的不斷變化，也對網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的設(shè)計(jì)提出了更高要求。節(jié)點(diǎn)定位是確定每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的相對位置或絕對位置，節(jié)點(diǎn)定位在軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測、緊急救援等環(huán)境中尤為重要。6)網(wǎng)絡(luò)管理。3)能量管理。它包括的拓?fù)淇刂?、服?wù)質(zhì)量管理、能量管理、安全管理、移動(dòng)管理和網(wǎng)絡(luò)管理等。其中，媒體訪問協(xié)議保證可靠的點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)通信；差錯(cuò)控制則保證源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息可以完整無誤的到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。從網(wǎng)絡(luò)功能上看，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都具有信息采集和路由雙重功能，除了進(jìn)行本地信息收集與處理外，還要存儲、管理和融合其它節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)過來的數(shù)據(jù)，同時(shí)與其它節(jié)點(diǎn)協(xié)作完成一些特殊任務(wù)。第六章為結(jié)論與展望，并提出進(jìn)一步的研究工作。第二章介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。(3)ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺設(shè)計(jì)由于 ZigBee 協(xié)議的低功耗、低速率等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺的時(shí)候必須考慮到硬件的兼容性和軟件的可開發(fā)性。傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供高服務(wù)質(zhì)量和高效帶寬利用，其次考慮節(jié)約能源。此外還有傳感器網(wǎng)絡(luò)的自我能量收集技術(shù)和電池?zé)o線充電技術(shù)。傳感器網(wǎng)絡(luò)與其它傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)相比有一些獨(dú)有的特點(diǎn)，正是由于這些特點(diǎn)使得傳感器網(wǎng)絡(luò)存在很多新問題，提出了很多新的挑戰(zhàn)?？的螤柎髮W(xué)、南加州大學(xué)等很多大學(xué)開展了傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的研究，先后提出了幾類新的通信協(xié)議，包括基于談判類協(xié)議(如 SPIN—PP 協(xié)議、SPIN—EC 協(xié)議、SPIN—BC 協(xié)議、SPIN—RL 協(xié)議)、定向發(fā)布類協(xié)議、能源敏感類協(xié)議、多路徑類協(xié)議、傳播路由類協(xié)議、介質(zhì)存取控制類協(xié)議、基于Cluster 的協(xié)議和以數(shù)據(jù)為中心的路由算法。 國外研究現(xiàn)狀在美國自然科學(xué)基金委員會的推動(dòng)下，美國加州大學(xué)伯克力分校、麻省理工學(xué)院、康奈爾大學(xué)和加州大學(xué)洛杉磯分校等學(xué)校開始了傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)的研究。 研究現(xiàn)狀 國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國現(xiàn)代意義的無線傳感網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用研究幾乎與發(fā)達(dá)國家同步啟動(dòng)，1999 年首次正式出現(xiàn)于中國科學(xué)院《知識創(chuàng)新工程試點(diǎn)領(lǐng)域方向研究》的信息與自動(dòng)化領(lǐng)域研究報(bào)告中，作為該領(lǐng)域提出的五個(gè)重大項(xiàng)目之一。與其它無線協(xié)議相比，ZigBee 協(xié)議具有以下特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸速率低、功耗低、成本低、網(wǎng)絡(luò)容量大、時(shí)延短、網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)、通信可靠。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，所以它們之間的通信效率非常高。隨著相關(guān)學(xué)科的不斷發(fā)展和進(jìn)步，傳感器網(wǎng)絡(luò)同時(shí)還具有了獲取多種信息的綜合處理能力，并通過與傳感控制器的相連，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網(wǎng)絡(luò)，這是第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種無中心節(jié)點(diǎn)的全分布網(wǎng)絡(luò)。IEEE 。本文首先詳細(xì)介紹了 ZigBee 技術(shù)產(chǎn)生的背景、特點(diǎn)以及優(yōu)勢，經(jīng)過分析比較幾種典型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采取星型網(wǎng)的組網(wǎng)方式，構(gòu)建了 ZigBee 協(xié)議硬件開發(fā)平臺，軟件實(shí)現(xiàn)了 Zigbee 協(xié)議棧和節(jié)點(diǎn)間的通信。近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛的應(yīng)用在預(yù)防醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、森林滅火乃至車輛檢測、行星探測等領(lǐng)域，成為國內(nèi)外廣泛討論的焦點(diǎn)。關(guān)鍵詞：無線傳感器網(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。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)引起了全世界范圍的廣泛關(guān)注。由于傳感器節(jié)點(diǎn)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(luò)，同時(shí)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。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、塑料電子學(xué)和仿生人體器官又被稱為全球未來的三大高科技產(chǎn)業(yè) [1]。人們借此稱呼一種專注于低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速短距離無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。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。國內(nèi)的許多高校也掀起了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究熱潮。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)算聚集的樹構(gòu)造算法等。 研究目的 無線傳感器網(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。在一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)里面，需要使用數(shù)量龐大的微型傳感器，成本會制約其發(fā)展。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)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺，如何設(shè)計(jì)出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，如何搭建一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件平臺，并使用 ZigBee 技術(shù)來作為傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)層和安全層由 ZigBee 聯(lián)盟定義。這些優(yōu)點(diǎn)使得 ZigBee 和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)完美地結(jié)合在一起。硬件部分分別介紹了各個(gè)模塊的功能和特點(diǎn)。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(diǎn)交換信息。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理層負(fù)責(zé)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。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的傳輸控制。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)先級機(jī)制或者寬帶預(yù)留等機(jī)制，并對特定應(yīng)用的數(shù)據(jù)進(jìn)行特別處理。由于節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)性以及無線信道的不穩(wěn)定，傳統(tǒng)的安全機(jī)制無法在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中適用，因此需要設(shè)計(jì)新型的無線傳感器網(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)。無線傳感器網(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。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)無線傳感器網(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)、自組織管理和開發(fā)與應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心支撐技術(shù)包括拓?fù)淇刂啤⒐?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。傳感器節(jié)點(diǎn)的可靠性或者容錯(cuò)性滿足泊松分布，因此，在無線傳感器網(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。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)，而對車輛跟蹤應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)密度大約為一個(gè)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)有 10 個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。無線傳感器網(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)主要考慮的問題之一。4)影響數(shù)據(jù)融合。目前在功率控制方面，已經(jīng)提出了 COMpow