无线网络通信系统与新技术应用研究

摘 要：无线网络以其自身所具备的诸多优点在多个领域中获得了广泛应用。基于此点，本文首先概括性介绍了无线网络，在此基础上对无线网络通信系统设计中新技术的应用进行论述。

【关键词】无线网路 通信系统 ZigBee技术

1 无线网络概述

无线网络简称WN，它是以无线通信技术为核心构建起来的一种网络结构，其与有线网络最大的区别在于传输介质的不同，在无线网络中，网线被无线电技术所取代，由此使得组网的灵活性大幅度提升。大体上可将无线网络分为以下三类，即无线个人网（WPAN）、无线局域网（WRAN）和无线城域网，无论是哪一类无线网络，其特点都大致相同，具体体现在如下几个方面：

1.1 良好的隐蔽性

无线网络采用的是低功率、宽频带发射，它的射频功率仅为60mW，在这一前提下，网络信号会湮没在噪声基带当中，从而使其具备了伪噪音的特性，由于网络的功率频谱密度较低，使之很难被侦测到，由此进一步增强了网络信号的隐蔽性，正是因为无线网络所具有的这一特点，使其在金融机构、政府部门的通讯中获得了广泛应用。

1.2 极强的抗干扰能力

无线网桥在发送端上，能够将信号能量分布于6M带宽进行发射，接收端可以将这些分布的信号能量集中到一起，由于信号的干扰源及噪音与伪码之间不存在任何关联性，所以在整个信号传输过程中，噪音不会被集中起来，这样即使在恶劣天气及电子干扰等环境下，无线网络也能保证可靠的通信。此外，因无线网络采用了在扩频及解扩频的过程中实现带宽上的积累与处理的方式，从而实现了对多径干扰的有效抑制，当无线天线的增益达到20-30dB时，可以进一步增强无线网络抗多径干扰的能力。

1.3 频率利用率高

无线网络采用了CDMA（码分多址）的方式，在一定的扩频带宽内，用户能够在不受干扰的情况下，同时完成信号的发送与接收，由此使得多地址通信变为可能。CDMA作为无线通信领域中的代表性技术之一，它的频率利用率约为频分多址的6-12倍左右。

1.4 经济性

无线网络的相对距离越长，前期构建网络的投资就越省，其经济性就越高。同时，无线网络的布设不但简易而且快速，特别是在一些地形比较复杂或是建筑比较密集的区域，其优越性更为突出。

2 无线网络通信系统设计中新技术的应用

2.1 系统的总体架构

本文所提出的无线网络通信系统由以下几个部分组成：ZigBee终端节点、网关和上位PC机等。其中ZigBee能够与各种仪器仪表和电气设备进行连接，以串口读写的方式获取相关设备的数据信息，然后经由ZigBee无线网络将这些数据上传给网关；在该系统中，网关是控制器，其除了能够对整个ZigBee网络进行维护之外，还能与以太网进行协议转换，由此实现了上位PC机与底层设备之间的通信；上位PC机的主要作用是对系统进行相关配置与监控，支持多种形式，如台式计算机、笔记本电脑、安卓系统手持终端等等。

2.2 系统硬件设计

2.2.1 无线节点设计

本系统中，无线节点硬件由以下几个部分组成：CPU、时钟电路、复位电路、电源电路、射频天线以及数据采集模块等。为了便于系统实现，在对无线节点硬件进行设计时，采用了板载天线，并预留出了外置的电线接口。通过技术经济性比选后，决定采用CC2530作为ZigBee的核心芯片，CC2530自带可编程闪存，其整体运行功耗较低，具有RF收发器的优良性能，8kb的随机存取存储器（RAM），增强型8051CPU。

2.2.2 无线网关设计

无线网关的核心控制器采用的是三星ARM11处理器S3C6410，为了便于网关硬件设计与维护，采用了模块化的设计思路，将整个网关硬件分为核心板和底层板两部分。其中核心板为tiny6410；底板上有1个隔离型的以太网接口、1个USB接口和1个Wi-Fi扩展接口。

在本系统的硬件设计中，核心控制器选用了S3C6410，网关采用了ARM处理器，与其它8或16位的单片机相比，其处理速度更快、处理效率更高。

2.3 系统软件设计

本系统的软件设计采用的是IAR编译器，其能够对多种语言进行开发，IAR可以完全兼容标准的C语言，且具有高效的PROMable代码，支持基于8051内核的处理器，操作简单。

2.3.1 无线网关的软件开发

在本系统中，无线网关的软件由以下两个部分组成，一部分为TCP/IP配置，另一部分是以ZigBee作为协调器的部分，其应用了Z-STACK协议栈，相关应用程序的开发是基于OSAL系统完成的。

（1）TCP/IP。这部分的开发主要是对无线网关进行以太网和Wi-Fi参数的配置，前者可配置的选项有子网掩码、IP、网关、MAC地址等；后者可配置的选项有SSID、MAC地址、IP、子网掩码、信号响度以及密码等。

（2）基于Z-STACK协议栈的协调器配置。当网络传输距离相对较近时，网络节点的数量会随之减少，此时可以采用星型的网络拓扑结构，并对所有入网的设备进行网络地址分配，进而构建起网络，这个过程可以由Z-STACK协议栈自行完成。当有新设备需要入网时，网关能够在第一时间获悉该设备的入网状态，并对DevList进行自动更新。

2.3.2 无线节点的软件开发

在本系统的设计中，所有无线节点软件全部都是基于免费的Z-STACK协议栈进行开发的。当某个无线节点想要加入到指定的网络当中时，可以通过对网络PANID及信道的配置来实现。

3 结论

综上所述，本文在简要介绍无线网络特点的基础上，对无线网络通信系统的硬件和软件设计进行了论述，在系统硬件设计中采用了CC2530和S3C6410，大幅度提升了处理速度；在系统软件开发中应用了Z-STACK协议栈，增强了网络通信的可靠性。在未来一段时期应当加大对无线网络通信系统相关技术的研究力度，除对现有的技术进行逐步完善外，还应开发一些新的技术，为无线网络通信系统设计提供强有力的技术支撑。

参考文献

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[2]刘睿.无线网络通信技术的研究与应用探析[J]中国科技博览，2013.

[3]鞠昊，郭荣海.肖创创无线通信中网络编码技术应用研究[J].无线通信技，2012（04）.

作者简介

杨东（1979-），男，陕西省安康市人。江苏建筑职业技术学院讲师。研究方向为通信与信息技术。

作者单位

江苏建筑职业技术学院 江苏省徐州市 221116