【文章內容簡介】 議 規(guī) 定 的 技 術 是 一種 短 距 離 、 低 功 耗 的 無 線 通 信 技 術 。 這 一 名 稱 來 源 于 蜜 蜂 的 八 字 舞 ， 由 于 蜜蜂 (bee)是 靠 飛 翔 和 “嗡 嗡 ”(zig)地 抖 動 翅 膀 的 “舞 蹈 ”來 與 同 伴 傳 遞 花 粉 所 在方 位 信 息 ， 也 就 是 說 蜜 蜂 依 靠 這 樣 的 方 式 構 成 了 群 體 中 的 通 信 網(wǎng) 絡 。 其 特 點是 近 距 離 、 低 復 雜 度 、 自 組 織 、 低 功 耗 、 低 數(shù) 據(jù) 速 率 、 低 成 本 。 主 要 適 合 用于 自 動 控 制 和 遠 程 控 制 領 域 ， 可 以 嵌 入 各 種 設 備 。 簡 而 言 之 ， ZigBee 就是 一 種 便 宜 的 ， 低 功 耗 的 近 距 離 無 線 組 網(wǎng) 通 訊 技 術 。ZigBee標 準 的 制 定 不 是 用 來 與 藍 牙 及 其 它 已 經(jīng) 存 在 的 標 準 競 爭 的 ， 它 的出 發(fā) 點 是 希 望 能 夠 實 現(xiàn) 一 種 易 布 建 的 低 成 本 無 線 網(wǎng) 絡 。 在 產(chǎn) 品 發(fā) 展 初 期 ， 以工 業(yè) 或 企 業(yè) 市 場 的 感 應 式 網(wǎng) 絡 為 主 ， 提 供 感 應 辨 識 、 燈 光 和 安 全 控 制 等 功 能 ，慢 慢 地 逐 漸 將 市 場 拓 展 至 家 庭 應 用 領 域 。 通 常 ZigBee技 術 適 用 的 場 合 主 要有 ： 要 求 設 備 成 本 低 ， 數(shù) 據(jù) 傳 輸 量 少 的 應 用 ； 要 求 設 備 體 積 小 、 功 耗 低 ， 長時 間 無 需 更 換 電 池 的 場 合 ： 需 要 大 范 圍 的 通 信 覆 蓋 ， 網(wǎng) 絡 中 設 備 非 常 多 的 遠程 監(jiān) 控 中 。由 于 ZigBee標 準 還 制 定 了 能 使 不 同 制 造 商 之 間 共 享 網(wǎng) 絡 資 源 的 應 用 框 架 ，其 露 標 定 位 在 現(xiàn) 存 的 系 統(tǒng) 還 不 能 滿 足 產(chǎn) 品 需 求 于 特 定 的 市 場 ， 有 著 廣 闊 的 應用 前 景 。 其 應 用 領 域 主 要 包 括 以 下 幾 個 方 面 ： 家 庭 和 樓 字 網(wǎng) 絡 中 涉 及 到 的 空調 溫 度 的 監(jiān) 控 、 照 明 設 備 的 自 動 控 制 、 電 表 和 水 表 的 計 量 控 制 、 窗 簾 的 自 動控 制 、 家 用 電 器 的 遠 程 控 制 等 ； 工 業(yè) 控 制 中 涉 及 到 的 各 種 監(jiān) 控 器 、 傳 感 器 的自 動 化 控 制 等 ； 商 業(yè) 領 域 的 智 能 標 簽 等 ； 公 共 場 所 的 煙 霧 探 測 器 等 ； 農(nóng) 業(yè) 控制 上 收 集 各 種 土 壤 信 息 和 氣 候 信 息 等 ； 以 及 老 人 與 行 動 不 便 者 的 緊 急 呼 器 唾器 和 醫(yī) 療 傳 感 器 等 等 。 無 論 學 術 界 還 是 實 業(yè) 界 ， 人 們 看 重 ZigBee還 有 更重 要 的 一 點 . 無線傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展概況無 線 傳 感 器 網(wǎng) 絡 (WirelessSensorNetW0rk， WSN)是 一 種 特 殊 的 Ad一西南科技大學城市學院本科生畢業(yè)論文3hoc網(wǎng) 絡 ， 是 由 許 多 無 線 傳 感 器 節(jié) 點 協(xié) 同 組 織 起 來 的 ， 這 些 微 型 節(jié) 點 具 有 無 線通 訊 、 數(shù) 據(jù) 采 集 和 協(xié) 同 合 作 能 力 ， 可 以 應 用 于 布 線 和 電 源 供 給 困 難 或 人 員 不能 到 達 的 區(qū) 域 (如 受 到 污 染 、 環(huán) 境 不 能 被 破 壞 或 敵 對 區(qū) 域 )和 一 些 臨 時 場 合等 。 無 線 傳 感 器 網(wǎng) 絡 節(jié) 點 可 以 隨 機 或 特 定 地 布 置 在 目 標 環(huán) 境 中 ， 它 們 之 間 通訊 通 過 特 定 的 協(xié) 議 自 組 織 起 來 ， 能 夠 獲 取 周 圍 環(huán) 境 的 信 息 并 且 相 互 協(xié) 同 工 作完 成 特 定 任 務 。 在 軍 事 、 國 防 、 工 農(nóng) 業(yè) 、 城 市 管 理 、 生 物 醫(yī) 療 、 環(huán) 境 監(jiān) 測 、搶 險 救 災 、 防 恐 反 恐 、 危 險 區(qū) 域 遠 程 控 制 等 許 多 重 要 領 域 都 有 潛 在 的 使 用 價值 ， 具 有 十 分 廣 闊 的 應 用 前 景 。 開 發(fā) 無 線 傳 感 器 網(wǎng) 絡 所 采 用 的 協(xié) 議 取 決 于 網(wǎng)絡 具 體 的 應 用 范 圍 。 ZigBee協(xié) 議 是 為 家 庭 控 制 、 安 全 系 統(tǒng) 、 建 筑 自 動 化 等方 面 設 計 的 傳 感 器 網(wǎng) 絡 協(xié) 議 。 本 文 將 會 分 析 ZigBee協(xié) 議 的 結 構 并 基 于ZigBee協(xié) 議 實 現(xiàn) 一 種 溫 度 傳 感 器 網(wǎng) 絡 。20世 紀 90年 代 末 問 世 的 無 線 傳 感 器 網(wǎng) 絡 正 在 以 人 們 難 以 預 測 的 速 度 迅 猛發(fā) 展 ， 國 際 上 一 些 重 要 機 構 預 測 其 為 改 變 世 界 的 新 事 物 。 與 無 線 傳 感 器 網(wǎng) 絡有 關 的 各 種 新 技 術 及 無 線 傳 感 器 網(wǎng) 絡 在 軍 、 民 各 個 領 域 的 應 用 研 究 工 作 已 經(jīng)在 發(fā) 達 國 家 轟 轟 烈 烈 地 展 開 ， 大 有 引 發(fā) 一 場 新 技 術 革 命 的 勢 頭 。 無 線 傳 感 器網(wǎng) 絡 是 從 民 用 領 域 發(fā) 展 起 來 的 ， 它 由 數(shù) 量 巨 大 的 傳 感 器 節(jié) 點 組 成 ， 這 些 節(jié) 點密 集 部 署 在 所 要 觀 測 或 監(jiān) 視 的 對 象 的 內 部 或 者 非 常 靠 近 這 種 對 象 的 地 方 。 由于 傳 感 器 網(wǎng) 絡 具 有 許 多 其 它 網(wǎng) 絡 所 沒 有 的 特 征 ， 其 應 用 范 圍 已 經(jīng) 深 入 到 了 人類 社 會 的 每 一 個 角 落 ， 從 收 集 家 庭 、 建 筑 物 、 船 舶 、 交 通 運 輸 系 統(tǒng) 、 工 業(yè) 自動 化 系 統(tǒng) 內 部 及 其 周 圍 環(huán) 境 的 信 息 并 實 施 監(jiān) 控 的 民 用 /商 用 應 用 領 域 ， 一直 到 數(shù) 字 化 戰(zhàn) 場 全 譜 戰(zhàn) 斗 空 間 的 監(jiān) 視 、 檢 測 與 跟 蹤 等 軍 事 作 戰(zhàn) 領 域 。 國內外研究現(xiàn)狀傳 感 器 網(wǎng) 絡 系 統(tǒng) 是 當 今 前 沿 性 的 熱 點 研 究 方 向 之 一 ， 有 著 巨 大 的 科 學 意義 和 應 用 前 景 ， 被 認 為 是 將 對 21世 紀 產(chǎn) 生 巨 大 影 響 力 的 高 技 術 之 一 。2022年 2月 份 的 美 國 《 技 術 評 論 》 雜 志 評 選 出 對 人 類 未 來 生 活 產(chǎn) 生 深 遠 影 響的 十 大 新 興 技 術 ， 傳 感 器 網(wǎng) 絡 即 被 列 為 第 一 。 美 國 《 商 業(yè) 周 刊 》 在 2022年 8月 的 技 術 評 論 中 ， 已 經(jīng) 將 傳 感 器 網(wǎng) 絡 定 位 成 21世 紀 高 新 技 術 領 域 的 四大 支 柱 型 產(chǎn) 業(yè) 之 一 ， 其 潛 在 的 市 場 需 求 十 分 巨 大 引 起 了 世 界 各 國 學 術 界 、 軍事 部 門 和 工 業(yè) 界 的 極 大 關 注 。 美 國 自 然 科 學 基 金 委 員 會 2022年 制 定 了 傳感 器 網(wǎng) 絡 研 究 計 劃 ， 投 資 3400萬 美 元 支 持 相 關 基 礎 理 論 的 研 究 。 美 國 國 防西南科技大學城市學院本科生畢業(yè)論文4部 和 各 軍 事 部 門 也 對 傳 感 器 網(wǎng) 絡 給 予 了 高 度 重 視 ， 在 C4IsR的 基 礎 上 提 出了 C4KIsR計 劃 ， 把 傳 感 器 網(wǎng) 絡 作 為 一 個 重 要 研 究 領 域 。 該 計 劃 將 各 類 武 器 平臺 ， 即 “射 手 ”的 殺 傷 、 摧 毀 能 力 加 入 了 系 統(tǒng) C4ISR。 這 樣 ， 地 (海 )面 、 空中 和 太 空 的 各 種 傳 感 器 、 指 揮 控 制 中 心 和 武 器 平 臺 ， 就 通 過 信 息 網(wǎng) 絡 集 成 為一 體 化 的 系 統(tǒng) ， 從 而 大 大 提 高 了 反 應 速 度 ， 實 現(xiàn) 了 從 傳 感 器 到 射 手 的 無 縫 鏈接 。 美 國 英 特 爾 公 司 提 出 了 “智 能 灰 塵 ”的 概 念 ， “智 能 灰 塵 ”設 備 是 微 小 的無 線 式 微 型 機 電 組 件 傳 感 器 (MEMS)， 它 能 探 測 從 光 線 到 震 動 的 任 何 東 西 。由 于 硅 和 制 造 技 術 的 最 新 突 破 ， 這 些 “無 線 遙 感 收 發(fā) 信 機 ”終 將 能 做 成 沙粒 大 小 ， 而 每 個 里 面 包 含 了 傳 感 器 、 計 算 電 路 、 雙 向 無 線 通 信 技 術 和 電 源 。它 們 收 集 大 量 的 數(shù) 據(jù) ， 進 行 計 算 ， 并 在 相 距 1000英 尺 的 無 線 遙 感 收 發(fā) 信 機之 間 利 用 雙 向 無 線 電 交 流 信 息 。信 息 工 業(yè) 界 巨 頭 如 微 軟 公 司 等 也 開 始 了 傳 感 器 網(wǎng) 絡 方 面 的 工 作 ， 紛 紛 設立 或 啟 動 相 應 的 行 動 計 劃 。 歐 盟 2022年 開 始 實 施 為 期 三 年 的 EYES(自 組織 和 協(xié) 作 有 效 能 量 的 傳 感 器 網(wǎng) 絡 )計 劃 。 2022年 3月 ， 日 本 總 務 省 成 立 “泛在 傳 感 器 網(wǎng) 絡 (UbiqultousSenso:Network)”調 查 研 究 會 。 國 外 的 一 些 著 名 大學 ， 如 加 州 大 學 洛 杉 磯 分 校 、 康 奈 爾 大 學 、 麻 省 理 工 學 院 和 加 州 大 學 伯 克 利分 校 等 也 先 后 開 展 了 傳 感 器 網(wǎng) 絡 方 面 的 研 究 工 作 。 加 州 大 學 洛 杉 磯 分 校 在 生態(tài) 監(jiān) 控 方 面 研 究 了 小 氣 候 傳 感 器 和 視 頻 傳 感 器 網(wǎng) 絡 技 術 ， 在 地 震 監(jiān) 控 和 響 應結 構 方 面 研 究 了 數(shù) 據(jù) 通 信 控 制 器 和 網(wǎng) 絡 時 間 同 步 、 傳 感 器 可 靠 部 署 、 寬 帶 震網(wǎng) 絡 、 結 構 檢 測 的 無 線 地 震 監(jiān) 控 網(wǎng) 絡 。 加 州 大 學 伯 克 利 分 校 實 施 了WINS項 目 ， 項 目 包 括 NEST(網(wǎng) 絡 嵌 入 系 統(tǒng) 技 術 )， 為 網(wǎng) 絡 嵌 入 系 統(tǒng) 開 發(fā) 了一 系 列 的 軟 硬 件 實 驗 平 臺 ， 包 括 在 小 型 傳 感 器 器 上 運 行 的 TinyOS操 作 系統(tǒng) ， TOSSIM模 擬 器 ， 數(shù) 據(jù) 查 詢 系 統(tǒng) TinyDB， 以 及 在 Tiny OS上 運 行 的 編譯 器 NesC， 用 于 傳 感 器 網(wǎng) 絡 的 定 位 系 統(tǒng) calamari， 鏈 路 層 加 密 算 法TinySEC。還 包 括 Sensorwebs、 Smartnust、 PieoRadio等 部 分 。 麻 省 理 工 學院 研 究 了 傳 感 器 網(wǎng) 絡 的 數(shù) 據(jù) 流 管 理 系 統(tǒng) 集 成 框 架 ， 查 詢 優(yōu) 化 技 術 ， 網(wǎng) 絡 節(jié) 約能 量 的 擁 塞 控 制 等 ， 中 間 件 技 術 比 如 定 位 、 追 蹤 和 聯(lián) 網(wǎng) 等 ， 大 型 傳 感 器 網(wǎng) 絡可 擴 展 算 法 ， 還 研 究 了 傳 感 器 網(wǎng) 和 移 動 裝 置 網(wǎng) 的 分 布 算 法 ， 這 些 研 究 獲 得 了NSF、 DARPA和 空 軍 太 空 實 驗 室 的 支 持 。 在 國 內 傳 感 器 網(wǎng) 絡 系 統(tǒng) 方 面 的 研 究起 步 較 晚 ， 近 兩 年 才 受 到 廣 泛 關 注 。 “傳 感 器 網(wǎng) 絡 系 統(tǒng) 的 基 礎 軟 件 及 數(shù) 據(jù) 管西南科技大學城市學院本科生畢業(yè)論文5理 關 鍵 技 術 的 研 究 ”己 被 列 為 國 家 自 然 科 學 基 金 委 員 會 信 息 科 學 部 與 微 軟 亞洲 研 究 院 正 式 簽 署 的 第 二 期 聯(lián) 合 資 助 項 目 之 一 ， 國 家 “十 五 ”科 技 攻 關 項目 把 傳 感 器 網(wǎng) 絡 列 為 重 大 研 究 項 目 。 對 傳 感 器 網(wǎng) 絡 系 統(tǒng) 信 息 獲 取 與 處 理 相 關技 術 的 研 究 ， 符 合 國 家 的 整 體 科 技 發(fā) 展 計 劃 ， 對 國 防 科 學 技 術 和 國 家 經(jīng) 濟 建設 具 有 重 要 的 戰(zhàn) 略 意 義 。 在 國 防 技 術 方 面 ， 傳 感 器 網(wǎng) 絡 信 息 獲 取 與 處 理 系 統(tǒng)可 以 將 大 量 地 理 上 分 散 的 戰(zhàn) 區(qū) 傳 感 器 、 指 揮 控 制 中 心 、 主 戰(zhàn) 武 器 平 臺 以 及 處于 動 態(tài) 移 動 的 目 標 等 聯(lián) 系 起 來 ， 從 而 提 高 綜 合 戰(zhàn) 斗 能 力 和 預 防 能 力 。 在 民 用方 面 ， 在 環(huán) 境 監(jiān) 測 、 生 態(tài) 保 護 、 交 通 、 工 業(yè) 控 制 等 方 面 ， 傳 感 器 網(wǎng) 絡 可 以 為我 們 及 時 準 確 的 提 供 全 方 位 的 監(jiān) 測 手 段 和 監(jiān) 測 信 息 。 ZigBee 的應用及特點ZigBee技 術 首 次 提 供 了 一 個 從 理 論 走 向 現(xiàn) 實 的 技 術 平 臺 。 ZigBee標準 的 普 及 ， 可 以 說 是 計 算 技 術 第 四 次 浪 潮 的 第 一 波 。 隨 著 微 電 子 技 術 、 計 算枧 技 術