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        基于ZigBee的自愈自組網的設計與應用

        作者: 時間:2013-05-16 來源:網絡 收藏

        摘要:技術為低功耗、低成本、低復雜度、適中數據傳榆率和且具有自組織功能的無線監控網絡的組建提供了堅實的技術基礎。為了增強無線網絡在無人值守、遠程監控等應用中的穩定性及智能化,本文在分析協議體系結構以及協議棧基礎上,研究了如何基于組建具有、自愈特性的無線網絡,通過對無人值守的通信基站的交流電壓、電流和溫濕度環境等參數的遠程實時監控的試驗,實現了網絡的與自愈功能,增強了網絡的穩定性及智能化。
        關鍵詞:ZigBee;;;

        無線傳感器網絡(WSN,Wireless Sensor Network)是由分布在有效區域內具有通訊功能的大量傳感器節點組成,通過無線方式自組織形成網絡系統,節點采集信息并通過無線網絡逐級傳送到監控中。ZigBee是一種介于IEEE 802.11無線局域網與藍牙技術之間的無線通信網絡協議,是基于IEEE 802.15.4無線標準研制開發的有關組網、應用和安全方面的通信技術。ZigBee為用戶提供了一個低成本、低功耗、低
        復雜度、適中的數據傳輸速率、高容量以及短距離通信等特性的技術平臺。依據該平臺,客戶通過創造性的研發工作,根據具體任務要求設計硬件系統和配備相應的軟件,就可以出色地完成很多任務。
        本文采用集成了ZigBee技術和增強型8051內核的SOC芯片,配合相應的軟硬件,構建了一個無線測控網絡。
        該無線測控網絡克服了目前一般無線網絡的穩定性差易崩潰的缺點,支持星型、樹型以及網狀網的拓撲結構,除具有自組織功能外,還研發成功了自愈功能,對網絡的穩定性、健壯性以及提高工作效率都有重大的意義。
        下面首先簡述ZigBee協議和協議棧,重點論述自組網的設計實現、網絡自愈功能的研發與實現和該網絡的一個實際應用例子:對無人值守通信基站的交流電壓、電流和溫濕度環境等參數的遠程實時監控。

        1 ZigBee協議體系結構
        ZigBee協議體系由稱為層的各模塊組成。每一層為其上層提供特定的服務:
        即由數據服務實體提供數據傳輸服務;管理實體提供所有的其他服務。每個服務實體通過相應的服務接入點(SAP)為其上層提供一個接口,每個服務接入點通過服務原語來完成所對應的功能。ZigBee協議體系如圖1所示。

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/153494.htm

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        主要由應用層(APL)、網絡層(NWK)、媒介訪問控制層(MAC)和物理層(PHY)組成,其中媒介訪問控制層和物理層是由IEEE 802.15.4標準定義的,ZigBee聯盟則定義了網絡層和應用層架構。物理層定義了物理無線信道和MAC子層之間的接口,提供物理層數據服務和物理層管理服務。媒介訪問控制層負責所有的物理無線信道的訪問,并產生網絡信號、同步信號;支持PAN連接和分離,提供2個對等(peer to peer)MAC之間可靠的鏈路。網絡層主要實現節點加入或離開網絡、接收或拋棄其他節點、路由查找及傳送數據等功能。應用層框架包括應用支持子層(APS)、ZigBee設備對象(ZDO)和制造商所定義的應用對象。
        基于ZigBee協議應用開發中,用戶只需實現應用層框架即可,應更多的關注應用層框架(創造性發揮也在這一層)。APS主要用于維持綁定表、在綁定設備之間傳送消息。ZDO主要定義設備在網絡中的角色(ZigBee協調器還是路由或者終端),發起和響應綁定請求,在網絡設備之間建立安全機制等。
        IEEE 802.15.4標準中定義了兩種設備類型,全功能設備(FYD)與精簡功能設備(RFD)。ZigBee協議也定義了這兩類設備,ZigBee協調器相當于IEEE 802.15.4標準中的PAN協調器,ZigBee路由器擁有IEEE 802.15.4標準中協調器的功能,ZigBee終端是網絡中最便宜的設備,擁有最少的功能。全功能設備(FFD)在ZigBee網絡中能完成拓撲結構中任何功能,而精簡功能設備(RFD)在ZigBee網絡中只能作為終端,且只能與全功能設備(FTD)通信。全功能設備(FFD)與精簡功能設備(RFD)硬件配置是可以完全相同,但在軟件的配置上不同。
        網絡拓撲結構由ZigBee協議的網絡層決定,且必須是IEEE 802.15.4標準中定義的兩種類型之一:星型網絡和對等型網絡。在星型網絡拓撲結構中,協調器建網與路由數據的功能,終端節點通過協調器進行通信。在對等網絡中,所有的節點在網絡范圍內都可以進行通信,所有的節點都參與數據傳遞。因此網絡能夠自組織以及通過多跳方式來進行通信(這也為實現自愈功能提供了必要的基礎)。


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