【正文】 果存在并且沒有與現(xiàn)有的 PANID 沖突，這個值就成為新網(wǎng)絡(luò)的PANID。信道掃描通過發(fā)送 原語到 MAC 層，將 ScanType 參數(shù)設(shè)置為能量掃描。ZigBee 標準提供了兩個必須的功能服務(wù)實體，它們分別為管理服務(wù)實體和數(shù)據(jù)服務(wù)實體。SAP 是層與層之間的唯一接口，而具體的服務(wù)是以通信原語的形式供層與層之間調(diào)用。4．ZigBee 配置文件ZigBee 配置文件，也稱為層面，是不同設(shè)備上應(yīng)用之間信息處理的協(xié)定，是應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用領(lǐng)域接口所需要的設(shè)備描述。具體來說，ZDO 負責(zé)開啟應(yīng)用支持子層和網(wǎng)絡(luò)層；定義設(shè)備的工作模式，如：協(xié)調(diào)器、路由器、終端設(shè)備；發(fā)現(xiàn)設(shè)備和確定設(shè)備提供什么應(yīng)用服務(wù)；發(fā)起和響應(yīng)綁定請求；安全管理。應(yīng)用對象處于應(yīng)用層的頂部，由設(shè)備制造商所決定。ZigBee 應(yīng)用層除了提供一些必要的函數(shù)以及為網(wǎng)絡(luò)層提供合適的服務(wù)接口外，一個重要的功能就是應(yīng)用者可在這層定義自己的應(yīng)用對象。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體提供如下服務(wù)：生成網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(NPDU)；指定拓撲傳輸路由。為了向應(yīng)用層提供接口，網(wǎng)絡(luò)層提供了兩個功能服務(wù)實體：數(shù)據(jù)服務(wù)實體和管理服務(wù)實體，如圖 所示。MAC 子層處理所有物理層無線信道的接入，其主要工作有：? 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生并發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標幀；? 支持個域網(wǎng)(PAN)關(guān)聯(lián)和取消關(guān)聯(lián)；? 為設(shè)備的安全提供支持；? 與網(wǎng)絡(luò)信標同步；? 信道接入方式采用載波監(jiān)聽多址接入—沖突避免(CSMA/CA)機制? 處理和維護保護時隙(GTS)機制；? 在兩個對等的 MAC 實體之間提供一個可靠的通信鏈路。數(shù)據(jù)服務(wù)接入點物理層實體服務(wù)接入點物理層個體網(wǎng)絡(luò)基本信息無線射頻服務(wù)接入點物理層物理層管理實體圖 物理層結(jié)構(gòu)模型表 給出了物理層數(shù)據(jù)包的格式。868MHz 上的傳輸速率為 20kbps，916MHz 上的傳輸速率則是40kbps。應(yīng)用層包含在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上運行的應(yīng)用程序，賦予節(jié)點自己的功能。具有幾十個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)將很快耗盡已不夠用的 IPv4 地址空間。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。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 價格便宜 可靠、低功耗 方便 價格便宜 ZigBee 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)ZigBee 協(xié)議棧由一組子層構(gòu)成。主要的協(xié)議有 WCDMA、CDMA202TDSCDMA，工作在 2GHz 頻段附近，速率最高達 2Mbp。主要目的是提供 WLAN 接入，也是目前 WLAN 的主要技術(shù)標準，其工作頻率也是 。 （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。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)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(luò)，而且網(wǎng)絡(luò)的使用者也希望能在需要的時候向已有的網(wǎng)絡(luò)中加入新的傳感器節(jié)點。同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。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(shè)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。 ZigBee 技術(shù)的特點ZigBee 技術(shù)致力于提供一種廉價的、固定的、便攜或者移動設(shè)備使用的極低復(fù)雜度、低成本和低功耗的無線通信技術(shù)。它們分別為 868MHz、915MHz 和 。在某些應(yīng)用中，電池是不可更換的。傳感器節(jié)點可能部署在惡劣環(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。另一方面，如果發(fā)射功率選擇太小，會影響網(wǎng)絡(luò)的連通性。對于自組織的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)拓撲控制對網(wǎng)絡(luò)性能的影響很大。(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(yīng)用中甚至更多。(4)開發(fā)與應(yīng)用作為一種服務(wù)于實際應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還有有一套現(xiàn)實可行的軟硬件設(shè)計原則、高效的開發(fā)平臺以及一系列別具特色的應(yīng)用實例。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 個層次。3)應(yīng)用服務(wù)接口。網(wǎng)絡(luò)管理是對無線傳感器上的設(shè)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(shù)和方法。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，電源能量是各個節(jié)點最寶貴的資源。1)拓撲控制。3)網(wǎng)絡(luò)層。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(guān)設(shè)備。2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)構(gòu)架無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)構(gòu)架如圖 所示，通常包括傳感器節(jié)點(sensor node)、匯聚節(jié)(sink node)和管理節(jié)點 (manager node)【4】 。首先介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特征和關(guān)鍵技術(shù)等。本文提出了 ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)平臺的設(shè)計要求，設(shè)計并建立一個星型的無線傳感器通信網(wǎng)絡(luò)，為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。而傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè)計目標是能源的高效使用。其中后兩者備受關(guān)注。傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特點有：網(wǎng)絡(luò)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(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)變化很快，以數(shù)據(jù)為中心。(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)方面開展的研究工作較多。英國、日本、意大利等國家的一些大學(xué)和研究機構(gòu)也紛紛開展了該領(lǐng)域的研究工作。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(lǐng)院內(nèi)的相關(guān)工作，并通過該中心在無線傳感網(wǎng)絡(luò)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(xué)所、微電子所、半導(dǎo)體所、電子所、軟件所等十余個研究所，初步建立傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究平臺，在無線智能傳感網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、微型傳感器、傳感器節(jié)點、簇點和應(yīng)用系統(tǒng)等方面取得很大的進展。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(guān)系。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(shù)收集。而從上世紀末開始，現(xiàn)場總線技術(shù)開始應(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用，并使用無線技術(shù)連接，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸形成。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。ZigBee。本課題采用 C8051F 單片機作為網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的 MCU，采用CC2430 為射頻芯片，搭建了一個基于 Zigbee 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(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)域中感知對象的信息，發(fā)送給觀察者。最后對論文進行了總結(jié)，并在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對今后的擴展與開發(fā)進行了展望。它是由部署在檢測區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點通過無線電通信形成的一個多跳的自組織系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域里檢測對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器節(jié)點間具有良好的協(xié)作能力，通過局部的數(shù)據(jù)交換來完成全局任務(wù)。美國商業(yè)周刊和 MIT 技術(shù)評論在預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的報告中，分別將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為 21 世紀最有影響的21 項技術(shù)和改變世界的 10 大技術(shù)之一?？梢哉f是一種小的動物通過簡捷的方式實現(xiàn)“無線”的溝通。 僅定義了物理層和介質(zhì)鏈路層，并不足以保證不同的設(shè)備之間可以對話，于是便有了 ZigBee 聯(lián)盟。由于受到了學(xué)術(shù)界及產(chǎn)業(yè)界的普遍關(guān)注，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正以前所未有的速度發(fā)展。加州大學(xué)洛杉磯分校開發(fā)了一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境，用于考察傳感器網(wǎng)絡(luò)各方面的問題。南加州大學(xué)研究了傳感器網(wǎng)絡(luò)上的聚集函數(shù)的計算方法，提出了節(jié)省能源的計算聚集的樹構(gòu)造算法，并通過實驗證明了無線通信機制對聚集計算的性能有很大的影響 [3]。(2)成本問題。在這里面，還包括網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議問題和大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點移動性管理等諸多問題有待解決。 在 ZigBee 技術(shù)中，PHY 層和 MAC 層采用 IEEE 協(xié)議標準。ZigBee 有高通信效率、低功耗、低速率、低成本、高安全性以及全數(shù)字化等諸多優(yōu)點。第四章為基于 ZigBee 技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺的硬件概述。最終用戶也可以通過管理節(jié)點對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行管理和配置、發(fā)送檢測任務(wù)或是收集回傳數(shù)據(jù)。圖 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(1)分層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議類似于傳統(tǒng) Inter 網(wǎng)絡(luò)中的 TCP/IP 協(xié)議體系，它由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層組成：1)物理層。4)傳輸層。2)服務(wù)質(zhì)量管理。4)安全管理。1)時間同步。主要是傳感器管理協(xié)議，用來將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用層。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)依靠這些豐富的核心支撐技術(shù)構(gòu)成了一個具體的面向應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。(1)容錯性傳感器節(jié)點可能由于電池耗盡、物理損害或環(huán)境干擾等因素導(dǎo)致不能正常工作，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)要求不能因為某個或某些傳感器節(jié)點出現(xiàn)故障而導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓，這就是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性或容錯性問題。在部署傳感器節(jié)點時，可能在直徑不到 10M 的區(qū)域內(nèi)，傳感器節(jié)點的少則幾個節(jié)點，多則幾百個節(jié)點。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)控制和優(yōu)化有著十分重要的意義，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1)影響整個網(wǎng)絡(luò)的生存時間。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，只有活動的節(jié)點才能夠進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，而網(wǎng)絡(luò)拓撲控制可以確定由哪些節(jié)點作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，同時確定節(jié)點之間的鄰居關(guān)系。具體地講，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中拓撲控制按照研究方向可以分為兩大類：節(jié)點功耗控制和層次性拓撲結(jié)構(gòu)組織。因此，節(jié)能和能量管理是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)非常重要的研究課題，目前很多研究人員在研究能量敏感的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和算法 [7]。868MHz和 915MHz 無線電使用直接序列擴頻技術(shù)(DSSS) 和二進制相移鍵控 (BPSK)調(diào)制技術(shù)， 無線電使用 DSSS 和偏移正交相移鍵控(OQPSK)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不傳輸語音、視頻之類的大數(shù)據(jù)量的采集數(shù)據(jù)，僅僅傳輸一些采集到的溫度、濕度之類的簡單數(shù)據(jù)。(3)數(shù)據(jù)傳輸可靠 ZigBee 的介質(zhì)鏈路層(MAC 層)采用 CSMACA 碰撞避免機制。ZigBee 的低速率、低功耗和短距離傳輸?shù)奶攸c使它非常適宜支持簡單器件。通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器自動建立網(wǎng)絡(luò)，采用載波偵聽多路接入/沖突避免 CSMACA)方式進行信道接入。AES 可以用來保護數(shù)據(jù)凈荷，防止攻擊者冒充合法器件。Bluetooth 列入了 ，規(guī)定了包括 PHY、MAC、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層等集成協(xié)議棧。這種復(fù)雜性為用戶選擇標準化無線平臺增加了困難。另外，它可與 254個節(jié)點聯(lián)網(wǎng)。ZigBee 協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)模型如圖 所示。具有幾十個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)將很快耗盡已不夠用的 IPv4 地址空間。 PHY 層/MAC 層位于最底層，應(yīng)用層位于最高層，協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)體系如圖 所示。 IEEE 定義了兩個物理層標準，分別是 和868/915MHz 物理層。IEEE 在物理層中還規(guī)范了傳輸速率以及調(diào)制方式等相關(guān)要求。如果數(shù)據(jù)包的長度類型為 5 字節(jié)或大于 8 字節(jié)，那么物理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元(PSDU) 攜帶 MAC 層的幀信息，即 MAC 層協(xié)議數(shù)據(jù)單元。M A C 公共部分子層服務(wù)接入點物理層數(shù)據(jù)服務(wù)接入點 物理層管理實體接入點M A C 管理實體服務(wù)節(jié)點M A C 層個域網(wǎng)信息庫M A C 公共部分子層M A C 層管理實體圖 ?。停粒脤咏Y(jié)構(gòu)模型表 給出了 MAC 子層的數(shù)據(jù)包格式。圖 網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)模型網(wǎng)絡(luò)層通過 MCPSSAP 和 MLMESAP 接口為 MAC 層提供接口，通過 NLDESAP 與 NLMESAP 接口為應(yīng)用層提供接口服務(wù)。下圖表示的是網(wǎng)絡(luò)層的通用幀結(jié)構(gòu)，不是所有的幀都包含地址和序列域。綁定表保存在網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器和路由器中。應(yīng)用層面由應(yīng)用對象運行。協(xié)調(diào)器或路由器發(fā)送自己的 IEEE 地址或發(fā)送附加上關(guān)聯(lián)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)地址的網(wǎng)絡(luò)地址。配置文件分為三種：公共層面(或標準層面)、私立層面和出版層面。層與層之間的通信原語分為以下四種，它們之間的關(guān)系如圖 所示 [12]。 網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù) (1)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的建立建立一個新網(wǎng)絡(luò)的過程從 原語的使用開始。然后，網(wǎng)絡(luò)層管理實體發(fā)送 原語進行主動掃描，需要將ScanType 參數(shù)設(shè)置成主動掃描并把 ChannelList 設(shè)置成可接受信道，用以尋找其他的 ZigBee 設(shè)備。PAN 標識符被選定后，網(wǎng)絡(luò)層管理實體就要選擇一個 16 位的網(wǎng)絡(luò)地址并設(shè)置 MAC層的 maeShortAddress 屬性與該網(wǎng)絡(luò)地