基于Zigbee无线传感器网络设计与实现

刘裕舸

摘要：在科技发展的推动下，基于Zigbee的无线传感器网络技术得到了广泛应用，所以，本文在对Zigbee技术和无线网络技术进行深入分析的基础上，对Zigbee无线传感器网络系统的理论设计与技术实现进行阐述。由于采用Zigbee技术所设计的无线传感器网络具有容量大、投入成本低、稳定性高以及功耗低的特点，所以在应用中得到了非常广泛的使用，特别是在各种新技术的发展，将更好地为无线传感器网络建设服务。

关键词：Zigbee 无线传感器网络 软件设计

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）12-0047-01

1 引言

现在，基于无线传感器网络技术的应用得到了广大发展，逐渐成为工业生产、军事作战以及科学研究等诸多领域中的新型技术，也取得了令人瞩目的研究成果。对于无线传感器网络，可以将其理解为将各种功能不同的微型传感器进行科学合理布设，使得其覆盖的区域能够实现信息和数据的检测与采集，这样，经过预先设计和规划的传感器就可以根据环境的变化和具体情况执行各种命令，完成数据收集和检测的功能。

2 ZigBee技术概述

作为一种能够实现双向通信的无线技术，Zigbee具有功耗小、作用距离短、复杂度较低和稳定性较高的特点。现在，人们普遍将Zigbee技术应用于各种工业化系统的远程控制，以及自动化的信息和数据采集等领域。对于Zigbee技术，其在不同的工作频段上，传输速率并不相同，所以，根据频段的不同，基于Zigbee技术的无线传感器其作用距离在10米到75米的范围内，实际应用中可以根据需要适当的调整。

概括起来，基于Zigbee的无线传感器通讯技术具有多种优点，比如稳定性和安全性较高，网络的信息容量也比较大，需要投入的成本较小等。在无线传感器网路的设计与实现中，通常为了能够使系统具有更高的稳定性，人们设计了碰撞避免策略，还构建了专用的通讯通道来保证网络中数据传输的稳定，这样，就可以有效防止数据传输过程中所出现的各种冲突，提高数据传输正确率。在具体的数据通讯过程中，Zigbee网路中的时延较短，只需要15ms的时间就可以从休眠状态转换为激活状态。对于网络中的设备功耗，由于Zigbee网络中的传输速率相对较低，所以，利用市面上的5号电池就可以为设备提高长达半年到两年的持续供电，有效避免频繁更换电池给网络运行造成的问题。

3 ZigBee技术中的硬件及网络

在现有的Zigbee技术标准体系中，可以根据各种识别的功能和作用，将其划分成不同过得类型，分别是Zigbee协调器、Zigbee路由器以及Zigbee终端设备等。通常，Zigbee系统中的协调器与路由器主要通过全能型的设备完成配置，而其终端设备则主要通过一些精简型的设备来配置。在这几种设备中，Zigbee协调器主要负责网络的构建与维护，所以，一个不完整的无线传感器网络中通常只有一个协调器；相应的，Zigbee路由器则主要作为中继节点的角色来使用，可以完成数据传输路径的优化与转发过程；对于Zigbee终端设备，其功能则比较单一，主要作用就是完成数据的发展与接收。在下面的图1中，给出了Zigbee网络中，一个硬件节点的结构。

其实，在具体的应用环境中，还需要根据实际需要，对Zigbee网络中的设备进行灵活部署，所采用的部署方式和结构也就多种多样。比如，如果采用星型网络的部署方式，则网络中的所有设备都能够与网络协调器设备进行数据通讯，所以，在此类网络结构中，需要确保网络协调器的电力供应不能中断，经常需要采用持续的电源，而系统中的其他设备则可以采用电池供电的方式满足电力需求。如果采用点对点的网络结构，则只需要网络中的相邻设备之间能够正常通信和接收无线信号即可，所以，在系统内部的任何两个设备之间，都可以进行数据的传输与通讯。

4 基于ZigBee的无线传感器网络

在对Zigbee无线传感器网络进行设计的过程中，需要对其中所采用的各种硬件和软件进行综合考虑。其中，硬件主要作用是为软件的存在提供运用平台，而系统则需要通过软件来控制硬件的运行。

对于处理器的选择，可以根据具体的应用环境来确定，比如RISC处理器、ARM处理器等。针对应用规模较小的情况，可以采用LPCZ系列微处理器，主要是由于这种微处理器的功耗和尺寸都比较小。此外，为了能够确保LPCZ微处理器完成通讯网关与协议转换等多种信息处理功能，需要利用UART和SPI与SSP来构建整个系统的通讯接口。

在规划的硬件基础上，需要对Zigbee无线传感器网络的软件系统进行配置和设计。通常，Zigbee无线传感器网络中的软件主要包括嵌入式系统、Zigbee协议栈以及其他的应用程序等。其中，通过高效的嵌入式操作系统，可以对整个网络进行管理，实现调用、队列管理和中断处理的高效执行。程序的具体设计过程可以包括多个模块，比如协议栈、调度和公共模块等。其中，协议栈模块可以实现与Zigbee协议的结构匹配，而调度模块的作用则主要是为不同的任务调用提供匹配的协议分析模块。

5 结语

本文中，重点对基于Zigbee技术的无线传感器网络进行针对性分析与研究，其主要目的是设计一种技术先进，且部署经济、成本可控的无线传感器网络系统。

参考文献

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