【正文】 因此，對于高速外設(shè)，中斷方式就會感到吃力。表31列舉這三種天線的優(yōu)缺點：表31 天線對比天線類型優(yōu)點缺點PCB天線價格低，高頻時尺寸小設(shè)計尺寸小且高效的天線比較困難，低頻時尺寸大，性能一般貼片天線尺寸小價格中等，性能中等鞭狀天線性能好，應(yīng)用普遍價格略高，尺寸大 為了保證節(jié)點有足夠的發(fā)射能力，我們最看重性能，所以這里我們選用鞭狀天線。l 程序操作是指CSP執(zhí)行一個由程序存儲器或指令內(nèi)存中指令序列組成的程序段來進行操作，這些指令是CC243O規(guī)定的指令集。CSMA/CA控制處理器（CSP）可向CPU產(chǎn)生中斷請求，并通過MAC定時器的溢出事件來接口MAC定時器。32 kHz時鐘驅(qū)動睡眠定時器和看門狗定時器，并當(dāng)計算睡眠時期的時間時，作為MAC定時器的閘門。系統(tǒng)時鐘同時也可以提供給8051所有的外部設(shè)備使用。關(guān)于CC2430中斷的詳細介紹參見文獻[11]。l 特殊功能寄存器（SFR）：7位可存取寄存器存儲空間，可以被單個CPU指令訪問。2. 存儲器 8051 CPU有四個不同的存儲空間：l 代碼（CODE）：16位只讀存儲空間，用于程序存儲。CC2430核心的8051的目標(biāo)代碼與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8051目標(biāo)代碼兼容。 CC2430的增強型8051內(nèi)核CC2430集成了增強工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8051內(nèi)核MCU核心。1～6腳（P1_2～P1_7）：具有4mA輸出驅(qū)動能力；8,9腳（P0_0,P1_1）：具有20mA驅(qū)動能力；11～18腳（P0_0～P0_7）：具有4mA輸出驅(qū)動能力；43～46,48腳（P2_0～P2_4）：具有4mA輸出驅(qū)動能力。圖32 CC2430/31芯片引腳圖1. I/O端口線引腳功能 CC243O有21可編程的I/0口引腳，PO、Pl口是完全的8位口，P2口只有5個可使用的位。CC2430的主要特性如下：l 高性能和低功耗的8051微控制器核； l 集成符合IEEE GHz RF無線電收發(fā)機；l 優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾能力。在接收機傳輸模式下的電流損耗分別為27mA和25mA。所集成的MCU為強大的8位、單周期8051微控制核心（其典型性能可達標(biāo)準(zhǔn)8051性能的8倍）。根據(jù)芯片的內(nèi)置內(nèi)存的不同，CC2430有三個版本：CC2430F32/F64/F128,編號后綴分別代表具有32KB，64KB或128KB的內(nèi)存。選用理想的ZigBee實現(xiàn)方案可以降低開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，減少成本。這個被稱為MiWi的協(xié)議比ZigBee協(xié)議棧大約小70%，可被用于對成本敏感的應(yīng)用中。 IEEE ZigBee堆棧上的基于閃存的16位微處理器(XAP2b核)，并且該產(chǎn)品的SPI接口可以使開發(fā)者容易在自己的MCU中增加ZigBee網(wǎng)絡(luò)功能。TI的第三種Zigbee方案是無線網(wǎng)絡(luò)處理器CC2480(RF收發(fā)器和ZigBee協(xié)議棧)，可搭配任意MCU，比如MSP430。CC2430芯片工作時的電流損耗為27mA，接收和發(fā)射模式下的電流損耗分別低于27mA或25mA，特別適合那些要求電池壽命非常長的應(yīng)用。在主要的Zigbee芯片提供商中，德州儀器(TI)的Zigbee產(chǎn)品線覆蓋了以上三種方案，飛思卡爾、Ember、Jennic可以提供單芯片方案，Atmel、Microchip等其它廠商大都提供MCU和RF收發(fā)器分離的雙芯片方案。硬件的穩(wěn)定性要基于ZigBee2006的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實現(xiàn)求節(jié)點的各個部件能夠在給定的應(yīng)用背景下正常工作，避免由于外界的干擾而產(chǎn)生過多的錯誤數(shù)據(jù)。（3）低成本在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中，成本是一個必須要考慮的重要因素。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點設(shè)計對于其性能至關(guān)重要，所以設(shè)計過程中應(yīng)注意以下幾個方面：（1）低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對低功耗的需求一般都遠遠高于目前已有的藍牙、WLAN等無線網(wǎng)絡(luò)。同時，在組網(wǎng)中也介紹了一些基本的通信原語。第二部分對它的特點一一描述，并得出ZigBee技術(shù)最適合于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。設(shè)置ROUTE_EXPIRY_TIME為期滿時間，單位為秒。這兩種那個方法都實現(xiàn)了路徑的自動重建。各個節(jié)點根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包來更新它的路由表。由于RREQ經(jīng)過不同的路徑，目標(biāo)設(shè)備將收到許多RREQ副本。源設(shè)備向它的所有鄰節(jié)點廣播一個路由請求數(shù)據(jù)包（RREQ），來請求一個目標(biāo)地址的路徑。通常，連接成本最典型的表示方法是一個關(guān)于接收信號強度的函數(shù)。任意一個路由設(shè)備都可以發(fā)起路徑尋找，去尋找某個特定的目標(biāo)設(shè)備。通常，每一個目標(biāo)設(shè)備都需要一條路由表記錄。ZigBee終端節(jié)點不執(zhí)行任何路由功能。當(dāng)路由器從它自身的應(yīng)用程序或者別的設(shè)備那里收到一個單點發(fā)送的數(shù)據(jù)包后，網(wǎng)絡(luò)層會遵循以下流程將它繼續(xù)傳遞下去：如果目標(biāo)節(jié)點是它的相鄰節(jié)點或子節(jié)點，則數(shù)據(jù)包會被直接傳送給目標(biāo)設(shè)備。在這種情形下，主設(shè)備可以根據(jù)從設(shè)備的設(shè)備描述符有選擇地將一個特定的數(shù)據(jù)幀保持一段長時間或短時間。根據(jù)應(yīng)用要求，在絕大部分時間內(nèi)從設(shè)備都處于休眠狀態(tài)，僅定期喚醒設(shè)備來發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測到空閑信道時，它將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到主設(shè)備，如果主設(shè)備想要將此數(shù)據(jù)發(fā)送到從設(shè)備，它會將數(shù)據(jù)幀保存在它的發(fā)送緩沖器中，直到目標(biāo)從設(shè)備明確地來查詢該數(shù)據(jù)為止。如果加入請求成功，父設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)層管理實體即在鄰居設(shè)備表中按照子節(jié)點的設(shè)備信息為該子節(jié)點開辟一個新的條目。父設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)層管理實體首先要判斷需要加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備是否己在網(wǎng)絡(luò)中存在，具體是通過搜索鄰居設(shè)備表判斷是否存在相匹配的64位擴展地址。然后，(PANID參數(shù)設(shè)置成選定網(wǎng)絡(luò)的PAN標(biāo)識符；；設(shè)置JoinAsRouter參數(shù)，表明該設(shè)備是否作為路由器加入)。網(wǎng)絡(luò)層管理實體需要檢查信標(biāo)有效載荷中的協(xié)議標(biāo)識并確認其是否符合ZigBee協(xié)議標(biāo)識符。，設(shè)置Cbannels參數(shù)(需要掃描哪些信道)和ScaiiDuration參數(shù)(掃描每個信道所需的時間)。如果程序初始化時PemritDuration參數(shù)在0x01到Oxfe之間。PAN標(biāo)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)地址一致。如果發(fā)現(xiàn)了合適的信道，網(wǎng)絡(luò)層管理實體就要為新網(wǎng)絡(luò)選擇一個PAN（Personal Area Network）標(biāo)識符。網(wǎng)絡(luò)層管理實體根據(jù)能量檢測來對這些信道進行排序，并忽略一些能量值低于某一可接受水平的信道。如果該程序已經(jīng)在其他設(shè)備中開始運行，網(wǎng)絡(luò)層管理實體(NLME)就必須結(jié)束該程序，并通知上一層屬于非法請求。管理服務(wù)實體通過網(wǎng)絡(luò)管理實體服務(wù)接入點(NLMESAP)提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)，并允許應(yīng)用和堆棧相互作用。 另外，ZigBee/：協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Protocol Data Unit,PDU）和服務(wù)數(shù)據(jù)單元（Service Data Unit,SDU）。Confirm：確認原語，用于本層響應(yīng)上層發(fā)出的請求原語。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。非信標(biāo)模式下，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)采用父節(jié)點為ZE子節(jié)點緩存數(shù)據(jù)，ZE主動向其父節(jié)點提取數(shù)據(jù)的機制，實現(xiàn)ZE的周期性(周期可設(shè)置)休眠。在簇形網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)設(shè)備、器由設(shè)備和終端設(shè)備的功能清晰，相對于Mesh網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建簇形網(wǎng)絡(luò)比較簡單，所需的資源相對較少，并且可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，從而也擴大了網(wǎng)絡(luò)的通信范圍。l 網(wǎng)形網(wǎng)絡(luò)(Mesh)。圖23 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)l 星形網(wǎng)絡(luò)。l 協(xié)調(diào)器ZC：一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)PAN(Personal Area Network)有且僅有一個協(xié)調(diào)器，該設(shè)備負責(zé)啟動網(wǎng)絡(luò)，配置網(wǎng)絡(luò)成員地址，維護網(wǎng)絡(luò)，維護節(jié)點的綁定關(guān)系表等，需要最多的存儲空間、計算能力和電能。更多的存儲器、計算能力可使其在空閑時起網(wǎng)絡(luò)路由器作用，也能用作終端設(shè)備。 ZigBee技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)配置 Zigbee網(wǎng)絡(luò)中包含兩種功能設(shè)備，三種節(jié)點類型，三種拓撲結(jié)構(gòu)以及兩種工作模式。APS主要負責(zé)數(shù)據(jù)單元的處理和傳輸以及應(yīng)用對象的綁定。l 網(wǎng)絡(luò)層。PHY層的具體功能是：激活和關(guān)閉射頻收發(fā)器；對信道的能量進行檢測；對收到的數(shù)據(jù)包有鏈路質(zhì)量指示；空閑信道評估；載波偵聽多路訪問/沖突避免(CSMA/CA)協(xié)議；信道頻率選擇；數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收等?；赯igBee這些特點（前面我們已經(jīng)對幾種無線通信技術(shù)做過比較），目前ZigBee技術(shù)最適合于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。l 高安全。Zigbee 的響應(yīng)速度較快,一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15 ms ,節(jié)點連接進入網(wǎng)絡(luò)只需30 ms ,進一步節(jié)省了電能。l 短距離。l 低成本。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)采用了三級安全性措施，對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進行加密處理。分為16個頻段，該頻段為全球通用的工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)（ISM，Industrial Scientific and Medical）頻段，該頻段為免費、免申請的無線電頻段，數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbps，采用偏移四相相移鍵控調(diào)制技術(shù)（OQPSK）；另外兩個頻段86915MHz分別適用于歐洲和美國，其相應(yīng)的信道個數(shù)分別為1個信道和10個信道，傳輸速率分別為20kbps和40kbps，分別采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)。第二章 ZigBee/ ZigBee/ZigBee技術(shù)的名字源自蜂群（Bee）在發(fā)現(xiàn)花粉時，通過跳ZigZag形舞蹈來告知同伴，達到交換信息的目的，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。 本章小結(jié) 本章首先對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的起源、應(yīng)用前景和發(fā)展?fàn)顩r進行了簡單介紹。第二章對ZigBee/、體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)配置、組網(wǎng)、路由等方面進行了介紹。 幾種無線通信技術(shù)對比 上文介紹了7種重要的短距離無線通信技術(shù)，為了更好的分析對比它們各自的優(yōu)缺點，表11列舉了它們的主要參數(shù)：由列表數(shù)據(jù)對比得出結(jié)論：對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)試驗性研究來說，WiFi優(yōu)勢明顯，但是這項應(yīng)用才剛起步，而且造價比較昂貴，一般性研究支付不起。使用范圍有很大局限性，大多用在家庭網(wǎng)絡(luò)中。RFID技術(shù)被廣泛用于物流管理、生產(chǎn)制造與裝配、快遞包裹處理、文檔追蹤、圖書館管理、運動計時、電子門票、道路自動收費、野生動物標(biāo)識等方面。另外，WiFi也開始進軍無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并且有著很大優(yōu)勢，但是此應(yīng)用才剛剛開始，仍需進一步發(fā)展。 ISM頻段上，數(shù)據(jù)傳輸速率可達54Mbps；，數(shù)據(jù)傳輸速率高達11Mbps。 由于ZigBee價廉、短距離、低功率的無線通信特點，它一直占據(jù)著無線通訊市場。2003年，IEEE正式發(fā)布了該項技術(shù)物理層和MAC層所采用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，即IEEE ；2004年12月，ZigBee聯(lián)盟正式發(fā)布了該項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它的最大傳輸速率可達16Mbps。它能夠在手機、筆記本，臺式電腦、PDA等通信設(shè)備間進行數(shù)據(jù)傳輸，使用方便，并且全球通用。 健壯性。為了可靠地傳輸數(shù)據(jù)，足夠的帶寬設(shè)計是一個關(guān)鍵問題。良好的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，不僅能夠提高路由協(xié)議和通信效率，而且能夠節(jié)省能量，延長整個網(wǎng)絡(luò)的生存周期。傳感器傳輸信息比執(zhí)行計算更消耗電能，因而構(gòu)成合理的拓撲通信網(wǎng)絡(luò)尤為重要。只有這樣才能在監(jiān)測范圍內(nèi)盡可能多、盡可能準(zhǔn)確地獲取有價值信息。WSN中無需借助于其它輔助設(shè)備，完全由各個節(jié)點通過預(yù)設(shè)的協(xié)議和算法自行組織，在相互之間進行多跳轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，快速形成通信網(wǎng)絡(luò)。所以，在硬件設(shè)計方面應(yīng)盡量選用低功耗的器件，在軟件方面應(yīng)采用優(yōu)化的程序和通信協(xié)議，以保證電能的充足，延長節(jié)點的壽命?！胺?wù)質(zhì)量”（Quality of Service，簡稱QoS）管理在各協(xié)議層設(shè)計隊列管理、優(yōu)先級機制或者帶寬預(yù)留等機制，并對特定應(yīng)用的數(shù)據(jù)給予特別處理。l 移動管理平臺：記載節(jié)點的移動，維護匯聚節(jié)點的路由，使得節(jié)點能夠動態(tài)跟蹤其鄰居節(jié)點的位置。l 傳輸層：主要是對數(shù)據(jù)流進行傳輸控制，協(xié)作維護數(shù)據(jù)流，是保證通信服務(wù)質(zhì)量的重要部分。l 數(shù)據(jù)鏈路層：負責(zé)數(shù)據(jù)流的多路復(fù)用、數(shù)據(jù)幀檢測、媒體介入和差錯控制等，保證了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸線路的可靠連接。該協(xié)議棧包括物理層（physical layer）、數(shù)據(jù)鏈路層（data link layer）、網(wǎng)絡(luò)層（network layer）、傳輸層（transport layer）和應(yīng)用層（application layer），分別與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧[4]的五層協(xié)議相對應(yīng)。同時，它還具有一個本地數(shù)據(jù)庫的副本來緩存最新的傳感器數(shù)據(jù)。2. 匯聚（sink）節(jié)點 匯聚節(jié)點，也稱為網(wǎng)關(guān)（sink）節(jié)點，它比一般節(jié)點具有更高的電能，更強的發(fā)射能力，更高級的數(shù)據(jù)融合能力。1. 一般節(jié)點傳感器節(jié)點是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本功能單元，其結(jié)構(gòu)主要包括傳感器模塊，處理器模塊，射頻模塊和電源模塊等。大量體積小、成本低、具有數(shù)據(jù)采集、處理、融合和無線通信功能的節(jié)點通過飛機播撒、人工布置等方式被部署在監(jiān)測區(qū)域，每個節(jié)點都可以感測監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的環(huán)境信息，并以無線、自組織、多跳的方式在相互之間進行通信，并將數(shù)據(jù)信息傳送到匯聚節(jié)點（sink節(jié)點），最終由匯聚節(jié)點通過Internet、衛(wèi)星或者移動通信等方式將數(shù)據(jù)信息傳送到用戶終端。 WSN簡介無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的Adhoc[3]網(wǎng)絡(luò)，它是一種以數(shù)據(jù)為中心、自組織多跳的無線網(wǎng)絡(luò)。部分大學(xué)，例如國防科技大學(xué)、清華大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、電子科技大學(xué)、天津大學(xué)、北京郵電大學(xué)等對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也進行著相關(guān)的研究工作?？傊?，在不久的將來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)必將能夠布滿于我們的生活，給我們的生活帶來無盡的舒適與便捷。在將來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)甚至能夠滲入到我們生活的角角落落，我們可以將手機、筆記本電腦、PDA(Personal Digital Assistant,個人數(shù)碼處理)等便攜裝置隨時組成網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成一個WLAN（Wireless Local Area Network,無線局域網(wǎng)），