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无线传感器网络组网设计
作者:张佳敏
来源:《电子技术与软件工程》2016年第09期
【关键词】无线传感器网络 组网设计 ZigBee技术 协调节点 终端节点
无线传感器网络是无线通信技术和嵌入式技术飞速发展下的产物,由大量的微型传感器节点,以无线通信的方式通过自组织来形成网络。ZigBee网络支持星型网、网状网和树簇型网三种网络拓扑结构。网络协调器负责网络的建立和维护,路由器完成数据的路由功能。 1 ZigBee技术
ZigBee技术是一种低成本的双向通信技术,与其他无线通信技术相比,ZigBee技术的优点突出表现在以下几个方面:通信速率高、使用掌握该技术简单、能耗低、传输速率虽低但相对其他无线传输技术速率有较大提高、安全性能较高。
ZigBee协议栈自上而下由应用层、应用支持子层、网络层、介质访问层和物理层组成。其中,每一层都由下层来提供服务,数据传输服务由数据实体来提供,而其余服务由管理实体来提供。通过服务接入点SAP,服务实体给上层提供接口,而每个SAP都会支持一定数目的服务原语,从而完成所需要的功能。ZigBee的分层架构是在OSI七层模型的基础上根据实际应用制定的。 2 组网流程
本设计采用星型结构。中心节点是由全功能设备协调器实现的,协调器节点主要是建立网络和管理网络,同时还可以实现与终端节点的数据交换。而终端节点在该网络中是下位机,主要完成数据采集,以及向协调器发送采集到的数据。 ZigBee网络实现的大概顺序为: (1)协调器建立网络; (2)终端节点发现网络;
(3)终端节点申请加入网络,协调器响应该请求; (4)节点间开始数据通信。 其组网流程图如图1所示。
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在TI公司推出的Z-stack的协议栈里应经定义了三种网络拓扑方式的语句,只需要在头文件里调用相应的函数就能实现组网功能。 3 协调节点程序设计
网络协调器是网络中的首要设备,负责启动整个网络。在一个ZigBee网络中,仅仅可以存在一个网络协调器,但允许有多个路由器和终端设备存在。网络协调器的软件设计主要包括协调器新建网络、向上位机传输数据及接收传感器节点发送数据。 4 终端节点程序设计
ZigBee传感器节点一般只能收发数据,它主要接收并处理传感器采集的数据,并发送数据到网络协调器或路由节点。它的软件设计主要包含传感器采集部分和网络通信部分,即数据的收和发,该部分设计与网络协调器部分基本类似。传感器节点不能维持网络的结构,因此当采集数据不被需要时,可以睡眠或者也可以唤醒。使传感器节点初始化是先为参数设置初始值,然后启动发现网络再选取适当的网络与其相连接。 5 总结
本文通过分析大量参考文献,对无线传感器网络技术及ZigBee技术等相关知识进行了深入的学习和理解,在全面探讨系统各个影响因素的基础上,分析研究了ZigBee网络的拓扑结构、通信方式、ZigBee协议栈,并采用CC2530无线射频芯片完成了节点之间的相互通信,完成系统的开发与调试,能够达到设计的要求和预期效果。 参考文献
[1]李道亮.农业物联网导论[M].北京:科学出版社,2012.
[2]周雅琴,谭定忠.无线传感器网络应用及研究现状[J].传感器世界,2009,5:35-40. [3]欧杰峰.基于IEEE802.15.4的无线传感器网络的研究与实现[D].杭州:浙江大学,2006. [4]石权.基于无线传感器网络的温湿度采集系统的设计[D].吉林大学,2008(04).
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无线传感器网络组网设计
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