【正文】 technology. Its main features include: with multiple hops transmission (multi hop relay) mechanism, extend the work performance is good, layout easily and has since anization and the selfrepairing ability. In wireless sensor work applications, the audio is also a kind of sensor volume, transmission sampling voice data is the basic requirement of voice sensing, so this paper the application of / ZigBee proposed realize voice munication environment, the research subject. This topic was designed based on the CC2430 chip Zigbee hardware modules, after understanding in open environment, the transmission distance stadia about 30 meters。 Zigbee在工業(yè)控制、家庭智能化、無線傳感器網(wǎng)絡等領域有廣泛的應用前景。只有 10kb／ s～ 250kb/s，專注于低傳輸應用。 WSN的節(jié)點對功耗的需求極其苛刻，傳感器節(jié)點需要在危 險（比如戰(zhàn)場、核輻射）的區(qū)域持續(xù)工作數(shù)年而不更換供電單元。無線傳感器網(wǎng)絡中可以具有成千上萬的節(jié)點，如果不能嚴格地控制節(jié)點的成本，那么網(wǎng)絡的規(guī)模必將受到嚴重的制約，從而將嚴重地制約 WSN的強大功能。由于 WSN的能力很大程度上取決于節(jié)點的多少，也就是說可容納的傳感器節(jié)點越多， WSN的功能越強大。有效覆蓋范圍在 10～ 75m之間，但是可以擴展到數(shù)百米，具體依據(jù)實際發(fā)射功率的大小和各種不同的應用模式而定，基本上能夠覆蓋普通的家庭或辦公室環(huán)境。使用的頻段分別為 、 868MHz（歐洲） 及 915MHz（美國），均為免執(zhí)照頻段，具有 16個擴頻通信信道。 ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權功能，硬件本身支持 CRC和 AES－ 128。 總結 Zigbee有以下優(yōu)點： 低功耗 : 由于 ZigBee的傳輸速率低 ,發(fā)射功率僅為 1mW,而且采用了休眠模式 ,功耗低 ,因此 ZigBee設備非常省電。 成本低 : ZigBee模塊的初始成本在 6美元左右 ,估計很快就能降到 — 中北大學信息商務學院本科生畢業(yè)論文 2 元 , 并且 ZigBee協(xié)議是免專利費的。 時延短 : 通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短 ,典型的搜索設備時延30ms,休眠激活的時延是 15ms, 活動設備信道接入的時延為 15ms。 網(wǎng)絡容量大 : 一個星型結構的 Zigbee網(wǎng)絡最多可以容納 254個從設備和一個主設備 , 一個區(qū)域內可以同時存在最多 100個 ZigBee網(wǎng)絡 , 而且網(wǎng)絡組成靈活。 MAC層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸模式 , 每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息。 安全 : ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗 (CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能 ,支持鑒權和認證 , 采用了 AES128的加密算法 ,各個應用可以靈活確定其安全屬性。因而它的應用目標主要是：工業(yè)控制（如自動控制設備、無線傳感器網(wǎng)絡）、醫(yī)護（如監(jiān)視和傳感）、家庭智能控制（如照明、水電氣計量及報警）、消費類電子設備的遙控裝置、 PC外設的無線連接等領域。 Sensor IT項目探索了如何將 WSN技術應用于軍事領域，實現(xiàn)所謂“超視距”戰(zhàn)場監(jiān)測。 日立制作所與 YRP泛在網(wǎng)絡化研究所于 20xx年 11月 24日宣布開發(fā)出了全球體積最小的傳感器網(wǎng)絡終端，作為安裝電池的有源無線終端，可以搭載溫度、亮度、紅外 中北大學信息商務學院本科生畢業(yè)論文 3 線、加速度等各種傳感器。 三菱電機 20xx年 9月 29日宣布成功試制出了支持近距離無線通訊技術 ZigBee的無線傳感器。 國內現(xiàn)狀：我國無線傳感網(wǎng)絡及其應用研究幾乎與發(fā)達國家同步啟動。 .2 Zigbee技術國內外發(fā)展現(xiàn)狀 20xx年底由 ZigBee聯(lián)盟發(fā)布了 ZigBee協(xié)議， 20xx年 11月發(fā)布了 版 本規(guī)范。 ZigBee聯(lián)盟企業(yè)包括有 IC供應商、無線 IP提供商、 OEM廠商、測試設備制造商、最終產品制造商等，提供 ZigBee適用的產品和方案。飛思卡爾推出全球首個符合 ZigBee標準的平臺，制造商現(xiàn)在能夠將 ZigBee技術用于傳感和監(jiān)控應用。 ZigBee在中國的應用也愈加廣泛。同時許多企業(yè)也在進行 ZigBee相關產品的開發(fā)工作，有代表性的企業(yè)有上海順舟網(wǎng)絡科技有限公司[3]、成都無線龍通訊科技有限公司等 [4]。該聯(lián)盟主席 Robert 20xx年 11月親自造訪中國，以免專利費的方式吸引中國本地企業(yè)加入。在標準林立的短距離無線通信領域， ZigBee的快速發(fā)展可以說 中北大學信息商務學院本科生畢業(yè)論文 4 是有些令人始料不及的，從 20xx年底標 準確立，到 20xx年底相關芯片及終端設備總共賣出 1500億美元，應該說比被業(yè)界“炒”了多年的藍牙、 WiFi進展都要快。它不僅在工業(yè)、農業(yè)、軍事、環(huán)境、醫(yī)療等傳統(tǒng)領域有具有巨大的運用價值，在未來其應用可以涉及到人類日常生活和社會生產活動的所有領域。 短距離無線通信技術作為成為無線通信技術領域的一個 重要分支 ,在諸多無線數(shù)據(jù)傳輸中的應用已經越來越廣泛。通過這些數(shù)據(jù)，我們可以看出 zigbee的需求量是比較龐大的。由于 ZigBee技術具有功耗低、成本低、網(wǎng)絡容量大、時延短、安全可靠、工作頻段靈活等許多優(yōu)點，很多研究機構將其作為無線傳感器網(wǎng)絡的通訊標準。無線語音通信則屬于即時數(shù)據(jù)傳輸，雖然實現(xiàn)無線語音通信不是 ZigBee標準最初的目標，但在許多領域中如果沒有語音通信功能，將使其應用受到很大的局限；另一方面，在有緊急需求和布置不易環(huán)境下（如礦井井下救援、消防搶救）， ZigBee具有其他通信技術難以替代的優(yōu)勢，如能利用 ZigBee網(wǎng)絡進行雙向語音傳輸則具有非常大的實用價值；同時，在無線傳感網(wǎng)絡的應用中，聲音也是一種傳感量，傳輸采樣的聲音數(shù)據(jù)正是聲音傳感應用的基本要求。 本論文的研究內容 主要研究內容包括以下幾點： 中北大學信息商務學院本科生畢業(yè)論文 5 ①根 據(jù) ZigBee，開發(fā)低成本的 ZigBee無線模塊 ②為了實現(xiàn)語音的正常傳輸，我們通過芯片 APR9600進行接受和處理 ③研究基于 ZigBee的無線語音傳輸系統(tǒng)的設計 中北大學信息商務學院本科生畢業(yè)論文 6 第二章 Zigbee 協(xié)議棧結構和原理 Zigbee協(xié)議棧概述 Zigbee 協(xié)議棧由一組子層構成。每個服務實體通過一個服務接入點（ SAP）為其上層提供服務接口，并且每個 SAP提供了一系列的基本服務指令來完成相應的功 能。 IEEE — 20xx標準定義了最下面的兩層：物理層（ PHY）和介質接入控制層（ MAC）。其中，應用層的框架包括了應用支持層（ APS）、Zigbee設備對象（ ZDO）及由制造商制定的應用對象。Zigbee聯(lián)盟希望建立一種可以連接每個電子設備的無線網(wǎng)，它預言 Zigbee將很快成為全球高端的無線技術， 20xx年 Zigbee節(jié)點達到 30億個。 IPv6采用 128位地址長度，幾乎可以不受限制地提供地址。這些信道的中心頻段按如下定義 [6]（ k為信道數(shù)）： FC= MHz （ k=0） FC=906 MHz+2（ k1） MHz （ k=1， 2 10） FC=2405 MHz +5（ k11） MHz （ k=11,12 一個 IEEE ISM頻段、可用性、擁擠狀況和數(shù)據(jù)速率在 27個信道中選擇 1個工作信道。 來自 4位二進制數(shù)據(jù)符號。然后，這個連續(xù)的偽噪聲CHIP 序列被調制到載波上，即采用半正弦脈沖波形的偏移正交相移鍵控調制方式。管理服務通過 MAC層管理實體服務接入點訪問高層， MAC層數(shù)據(jù)服務使 MAC層協(xié)議數(shù)據(jù)單元的收發(fā)可以通過物理層數(shù)據(jù)服務。 ZigBee的網(wǎng)絡層主要用于 ZigBee網(wǎng)絡的組網(wǎng)接入、數(shù)據(jù)管理以及網(wǎng)絡安全 等。 ZigBee網(wǎng)絡體系 Zigbee網(wǎng)絡中存在兩種功能類型設備，三種節(jié)點類型，三種拓撲結構及兩種工作模式。全功能設備（ FFD）支持標準定義 中北大學信息商務學院本科生畢業(yè)論文 8 的所有功能和特性；而精簡功能設備（ RFD）功能簡潔，存儲器容量 要求最少。 協(xié)調器：一個 ZigBee網(wǎng)絡 PAN（ PersonalArea Network）有且僅有一個協(xié)調器，該設備負責啟動網(wǎng)絡，配置網(wǎng)絡成員地址，維護網(wǎng)絡，維護節(jié)點的綁定關等，需要最多的存儲空間和計算能力。 終端設備：只能選擇加入他人已經形成的網(wǎng)絡，可以收發(fā)信息，但不能轉發(fā)信息，不具備路由功能。 星狀網(wǎng)絡由一個 PAN協(xié)調器和多個終端設備組成，只存在 PAN協(xié)調器與終端的通訊，終端設備間的通訊都需通過 PAN協(xié)調器的轉發(fā)。 網(wǎng)狀網(wǎng)絡是樹狀網(wǎng)絡基礎上實現(xiàn)的，與樹狀網(wǎng)絡不同的是，它允許網(wǎng)絡中所有具有路由功能的節(jié)點直接互連，由路由器中的路由表實現(xiàn)消息的網(wǎng)狀路由。 中北大學信息商務學院本科生畢業(yè)論文 9 圖 22 ZigBee 網(wǎng)絡中的三種網(wǎng)絡拓撲結構 兩種工作模式 網(wǎng)絡的工作模式可以分為信標（ Beaeon）和非信標（ Nonbeaeon）兩種模式 ,信標模式實現(xiàn)了網(wǎng)絡中所有 設備的同步工作和同步休眠，以達到最大限度的功耗節(jié)省，而非信標模式則只允許 ZE進行周期性休眠， ZC和所有 ZR設備必須長期處于工作狀態(tài)。 非信標模式下， ZigBee標準采用父節(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（周期可設置）休眠。 IEEE IEEE 標準定義了最下面的兩層：物理層（ PHY）和介質接入控制子層（ MAC）： 物理層（ PHY）主要的功能： 信道的選擇 信道能量的檢測 中北大學信息商務學院本科生畢業(yè)論文 10 無線信道的收發(fā)數(shù)據(jù) 空閑信道的評估 接受包鏈路質量的檢測 其中，信道能量的檢測主要測量目標信道中接收信號的功率強度，實際上所測得的是有效信號功率和噪聲信號功率 之和。空閑信道評估判斷的是當前是否處于空閑狀態(tài)，以此來決定是否發(fā)送當前數(shù)據(jù)幀。 物理層 (PHY)數(shù)據(jù)包的格式 物理層的幀（ PPDU）的格式如下表所示， Zigbee物理層數(shù)據(jù)包由同步包頭、物理層包頭和物理層凈荷三部分組成。物理層包頭指示凈荷部分的長度，凈荷部分含有 MAC層數(shù)據(jù)包，最大長度是 127字節(jié)。 表 22 物理層數(shù)據(jù)包格式 [1] 4 字節(jié) 1 字節(jié) 1 字節(jié) 變量 前同步碼 幀定界符 幀長度（ 7 位） 預留位（ 1 位） PSDU 中北大學信息商務學院本科生畢業(yè)論文 11 同步包頭 物理層包頭 物理層凈荷 介質接入控制子層 MAC IEEE 802 系列標準把數(shù)據(jù)鏈路層分成邏輯鏈路控制子層 LLC和介質接入 控制子層 MAC兩個子層。 LLC子層的主要功能是進行數(shù)據(jù)包的分段和重組，以及確保數(shù)據(jù)包安順序傳輸。MAC層含數(shù)據(jù)幀、命令幀、信標幀、應答幀，幀格式及不同類型幀的格式特點如下： 表 23 MAC 幀格式 [1] 字節(jié)： 2 1 0/2 0/2/8 0/2 0/2/8 長度可變 2 幀控制域（ FCF） 幀序列碼 接收端設備網(wǎng)絡號 接收端設備地址 發(fā)送端設備網(wǎng)絡號 發(fā)送端設備地址 幀載荷 FCS 地址域 偵頭 MAC 負荷 幀尾 通用的 MAC幀（ MPDU）格式如表 23所示，包括幀頭（ MHR）、 MAC幀載荷域及幀尾三部分組成。 MAC幀載荷域即為 MAC層的有效數(shù)據(jù)單元。 表 24 幀控制域（ FCF）的格式 [1] Bits：0~2 3 4 5 6 7~9 10~11 12~13 14~15 中北大學信息商務學院本科生畢業(yè)論文 12 幀類型 安全使能 幀待決 請求確認 PAN 保留 目的地址 保留 源地址 注： 幀類型：信標幀、數(shù)據(jù)幀、 ACK幀、命令幀；