【正文】 精度要求；大量的節(jié)點存在使系統(tǒng)很強(qiáng)的容錯性能；大量節(jié)點也可以擴(kuò)大監(jiān)測范圍，減少盲區(qū)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點體積較小， 使 每個節(jié)點 可以利用 的能源是十分有限的，而且 容易 受工作環(huán)境等因素的影響， 不易更換電源且 成本很高，當(dāng) 電源耗盡，節(jié)點的功能就會失效。所以只有減小節(jié)點功耗，才能延長網(wǎng)絡(luò)的壽命。在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點的地位都是平等的，沒有預(yù)先指定中心，各個節(jié)點都是通過分布式算法來相互協(xié)調(diào)， 基本不需要人工干預(yù)。要實現(xiàn)上述功能，網(wǎng)絡(luò)必須具備自組織的能力，即各個傳感節(jié)點能夠感知相鄰節(jié)點工作狀態(tài)的變化，來彌補(bǔ)一些失效傳感器節(jié)，從而使 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 隨之 的 動態(tài)變化，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的正常運行。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點通信距離十分有限，一般在幾十米到幾百米之間，這樣節(jié)點就只能與之相鄰節(jié)點通信。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的多跳路由是通過網(wǎng)關(guān)和路由器來實現(xiàn)，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多跳級路由是由普通節(jié)點完成的。 第五，以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)路。由于傳感器節(jié)點是隨機(jī)分布的，節(jié)點編號和節(jié)點沒有必然的聯(lián)系。網(wǎng)絡(luò)在獲取指定事件的信息后直接匯報給用戶。 ZigBee 模塊與移動網(wǎng)絡(luò)基站相似，通信距離從幾十米到幾百米，并支持無限擴(kuò)展。 ZigBee技術(shù)的發(fā)展 2020年 12月， Chipcon公司推出第一款符合 標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器 CC2420，而后又有很多公司推出與 CC2420 匹配的處理器，其中就有 ATMEL 公司的 Atmega128。 2020 年 12 月， Chipcon 公司推出內(nèi)嵌定位引擎的芯片 CC2431。 2020 年 1 月， TI 公司推出一款基于 ZigBee 的協(xié)議棧 — Zstack。 無線傳感器網(wǎng)路與 ZigBee 的關(guān)系 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與 ZigBee 技術(shù)之間的關(guān)系可以從兩方面進(jìn)行分析：第一，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：第二，應(yīng)用。 描述了低速率無線個人局域網(wǎng)的物理層和 MAC層協(xié)議，屬于 工作組，而 ZigBee技術(shù)是基于 標(biāo)準(zhǔn)的無線技術(shù)。它們只需要很少的能量，就可以把數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，而且可以實現(xiàn)它們之間的組網(wǎng)，實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式、低功耗、自組織的特點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為環(huán)境監(jiān)測時采集數(shù)據(jù)提供了方便，并且還可以不影響環(huán)境。如森林環(huán)境監(jiān)測、土壤的酸堿度、空氣的溫濕度、動物的活動等 2）醫(yī)療護(hù)理 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也可以應(yīng)用在醫(yī)療研究、護(hù)理領(lǐng)域，包括對人體各項生理指標(biāo)的監(jiān)測，醫(yī)藥的管理等。 3）軍事領(lǐng)域 由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點造價低廉，可以密集隨機(jī)的分布在各種惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中且，隱蔽性強(qiáng)，可以對敵方進(jìn)行實時監(jiān)控，其中包括敵情偵察、兵力、裝備和物資監(jiān)控，為火控和自制導(dǎo)系統(tǒng)提供精準(zhǔn)制導(dǎo)等多方面用途。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)運用在智能家居可以解決這一問題，通過在家電和家具中嵌入傳感器節(jié)點，通過無線網(wǎng)絡(luò)和 Inter 連接在一起，可以提高人們的生活質(zhì)量，是 生活更加舒適、方便。 目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還存在著如下問題： 1）網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點的通信問題。 2）網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點的壽命問題。雖然現(xiàn)在有電池?zé)o線充電技術(shù)和無線能量搜集技術(shù)，但這兩項技術(shù)才在處于研究階段，需要 一段時間才能真正成熟。除了在現(xiàn)在的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、醫(yī)療、軍事的運用，還會在更多新興領(lǐng)域中運用發(fā)展，如智能家居、交通、空間探索等，最后是的萬物聯(lián)網(wǎng)，也就是我們今天所說的物聯(lián)網(wǎng)。它比藍(lán)牙更簡單、速率更慢、距離更遠(yuǎn)、費用和功率更低。 2） 功耗低：在低耗電的待機(jī)模式下，兩節(jié)普通的 5 號電池可以維持一年以上 ，這也是為什么會更受歡迎。 4）網(wǎng)絡(luò)容量大：每個節(jié)點可以最多連接 255 個端點，而一個ZigBee 網(wǎng)絡(luò)最多可以容納 65536 個節(jié)點，還可以對 IEEE 地址進(jìn)行擴(kuò)展。 6）工作頻段靈活：使用世界通用的 ，在歐洲使用 868MHz，在美國使用 915MHz，都是免費的。其中物理層和 MAC 層由 標(biāo)準(zhǔn)定義，網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層由 ZigBee 聯(lián)盟定義，應(yīng)用層又分別包括 ZDO（ ZigBee 設(shè)備對象）、 APS（應(yīng)用支持子層）、 AF（ ZigBee 應(yīng)用框架）和 ZigBee 設(shè)備模塊和制造商定義的應(yīng)用對象等組成。大多數(shù)層都數(shù)據(jù)服務(wù)接口和管理服務(wù)接口。 2） MAC 層：通過 CSMA/CA 機(jī)制來避免沖突；在連個同等 MAC實體間提供可靠鏈路；可以通過協(xié)調(diào)器產(chǎn)生信標(biāo)，設(shè)備通過信標(biāo)幀來同步；支持設(shè)備加入和解除網(wǎng)絡(luò)。 4） 應(yīng)用層：主要包括三部分： APS、 ZDO、 AF。應(yīng)用 框架為應(yīng)用對象提供活動空間，為應(yīng)用對象提供鍵值匹配和報文服務(wù)。星型網(wǎng)絡(luò)是由一個協(xié)調(diào)器和多個終端組成，都只能與協(xié)調(diào)器通信。網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)中，每個設(shè)備都可以相互通信，一般用戶通過軟件定義一個主協(xié)調(diào)器。在網(wǎng)絡(luò)中，全功能設(shè)備可以作為可以作為協(xié)調(diào)器，路由器或終端設(shè)備。 圖 星型和簇樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) Zstack 協(xié)議棧 軟件介紹 Zstack 協(xié)議棧 TI 公司為 ZigBee 開發(fā)的一個平臺，是一個基于輪轉(zhuǎn)查詢式的操作系統(tǒng)，它的 main 函數(shù)在 ZMain 中，總的來說，它一共做兩件工作，一個是系統(tǒng)初始化，即啟動代碼來初始化硬件系統(tǒng)另外一個是開始操作系統(tǒng)實體，它符合 ZigBee2020 規(guī)范，并且是一個半開源的協(xié)議棧，其中 MAC 層和 ZMAC 層部分開源，具有強(qiáng)大的功能。不過， Zstack 協(xié)議棧更詳細(xì)，部分層的功能和名稱如下： 1） APP：應(yīng)用層目錄，用戶可以根據(jù)自己的要求，在這個目錄中添加自己的任務(wù)，這個目錄里面包括了應(yīng)用層的大部分內(nèi)容，而我們要實現(xiàn)一項功能通常通過操作任務(wù)來實現(xiàn)。 3） OSAL：協(xié)議棧操作系統(tǒng) 4） Profile： AF 層目錄，包含一些 AF 層的處理函數(shù)。Services：安全服務(wù)層目錄，這個文件包含安全和服務(wù)層的處理函數(shù)。 7） ZDO： ZDO 設(shè)備對象目錄。 9） Zmain：主函數(shù)目錄，包含一些硬件配置文件和入口函數(shù)。 系統(tǒng)構(gòu)架 系統(tǒng)初始化 如果要啟動系統(tǒng)，我們需要完成硬件平臺和軟件架構(gòu)所需要各個模塊的初始化，為操作系統(tǒng)的運行做好準(zhǔn)備工作，主要分為系統(tǒng)時鐘初始化、檢測芯片工作電壓的初始化、堆棧的初始化、各個硬件模塊的初始化、 FLASH 存儲的初始化、形成芯片 MAC 地址、非易失變量的初始化、 MAC 層協(xié)議初始化、初始化應(yīng)用層幀層協(xié)議、初始化操作系統(tǒng)等，其具體流程圖和對應(yīng)的函數(shù)如圖 。 這個函數(shù)是個死循環(huán)，沒有返回值，是輪詢操作系統(tǒng)的主體。 操作系統(tǒng)執(zhí)行的主體部分代碼如下： void osal_start_system( void ) { if !defined ( ZBIT ) amp。 !defined ( UBIT ) for(。 osalTimeUpdate()。 // This replaces MT_SerialPoll() and osal_check_timer(). do { if (tasksEvents[idx]) // Task is highest priority that is ready. { break。 if (idx tasksCnt) { uint16 events。 HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION(intState)。 tasksEvents[idx] = 0。 events = (tasksArr[idx])( idx, events )。 tasksEvents[idx] |= events。 } 操作系統(tǒng)專門為所有事件創(chuàng)建了一個數(shù)組 tasksEvents[]，每一個 項目 對應(yīng)存放著每一個任務(wù)的所有事件。 tasksArr[]是一個函數(shù)指針數(shù)組，根據(jù)不同的時間任務(wù)序號（ idx）來執(zhí)行不同的函數(shù)。 ZStack 開發(fā)的一些基本概念 1）設(shè)備類型：在 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中有三種邏輯設(shè)備類型：協(xié)調(diào)器（ coordinator） ,路由器（ router），終端設(shè)備（ enddevece）。設(shè)備通過掃描信道選擇噪聲最小的信道作為所見網(wǎng)絡(luò)的信道。設(shè)備的 PANID 值與 ZDAPP_CONFIG_PAN_ID 值的設(shè)置有關(guān)。如果協(xié)調(diào)器的 ZDAPP_CONFIG_PAN_ID 設(shè)置不是 0xFFFF 值，則協(xié)調(diào)器可以根據(jù)自己的網(wǎng)絡(luò)長地址（ IEEE 地址）或 ZDAPP_CONFIG_PAN_ID值隨機(jī)產(chǎn)生 PANID；而路由器和終端節(jié)點的 ZDAPP_CONFIG_PAN_ID 值設(shè)置不是 0xFFFF 值，它們會以 ZDAPP_CONFIG_PAN_ID 值作為 PANID。 4）描述符： ZigBee 網(wǎng)絡(luò)每一個設(shè)備都有一些描述符，來描述設(shè)備類型和應(yīng)用方式。用戶通過改變這些描述符可以定義自己的所要知道設(shè)備。描述符信息可以被網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備獲取。一個節(jié)點上可以建立多個綁定服務(wù)，綁定也可以由多個目標(biāo)設(shè)備。綁定允許應(yīng)用程序發(fā)送一個數(shù)據(jù)包并且、不需要知道目標(biāo)地址。 綁定有三種方式：終端設(shè)備綁定、輔助綁定和解除綁定。 終端設(shè)備綁定：通過協(xié)調(diào)器來實現(xiàn)，綁定的雙方要同時向協(xié)調(diào)器發(fā)送綁定請求，通過協(xié)調(diào)器調(diào)用 ZDO_RegisterForZDOMsg()函數(shù)在應(yīng)用層注冊綁定請求，需綁定的設(shè)備調(diào)用綁定請求函數(shù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器調(diào)用終端邦定處理函數(shù)處理綁定請求，然后協(xié)調(diào)器反饋信息給綁定設(shè)備。 輔助綁定：每一個設(shè)備和應(yīng)用都可以通過信道向另一個設(shè)備發(fā)送ZDO 消息，幫助其它節(jié)點建立綁定。 解除綁定：只需要發(fā)送一個請求給協(xié)調(diào)器移除綁定，協(xié)調(diào)器通過解除綁定信息來響應(yīng)移除請求。它是由ZigBee 開發(fā)商提供，用戶通過它進(jìn)行基礎(chǔ) ZigBee 技術(shù)開發(fā)的。 7）端點：端點（ Endpoint）是一種網(wǎng)絡(luò)通信中的數(shù)據(jù)通道，每一個設(shè)備都被看做一個節(jié)點，每個節(jié)點都有物理地址和網(wǎng)絡(luò)地址，長地址和短地址可供其他設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的目的地址，每個設(shè)備都有 241個端點，而 0 端點保。且不需要綁定的兩個節(jié)點的地址信息。 間接通信：指各個節(jié)點通過端點綁定建立連接，這種方式不需要知道目的地址信息，這其中包括 IEEE 地址或網(wǎng)絡(luò)短地址， ZStack底層會自動從棧的綁定表中查找目地設(shè)備