基于ZigBee協議的無線傳感網路及應用

摘 要：隨著網絡技術的逐步成熟，無線傳感器時代的到來，從而也致使了無線傳感網絡技術成為了近幾年的一個技術熱點。在網絡設備中嵌入一個標準化的網絡協議，可以提高網絡之間的互聯，提高網絡之間的流通強化資源共享的效率。本文基于無線傳感網絡的特點，重點分析了ZigBee協議的結構特點，以及ZigBee協議的無線傳感協議的前景應用方式。

關鍵詞：ZigBee協議；無線傳感器；網絡協議

作為互聯在形式上面的擴展，其主要發展的主要技術分別是：傳感器、嵌入式自動化只能技術、RFID以及納米技術。而作為物聯網當中一項關鍵性的技術——無線傳感器網絡，對其的研究已經逐步成為了目前計算機領域當中的一個熱點，它不僅在生產生活，還是在醫學軍事方面的應用都相當的廣闊。但是隨著計算機技術的快速發展，目前各種無線傳感器網絡都是如雨后春筍板出現，這樣一來就不利于各個網絡之間的網節點互聯以及網絡之間的管理。

ZigBee協議的出現標準的規范了網絡直接的節點互聯以及網絡之間的管理，有效的解決了網絡拓展之間存在的問題。

1 無線傳感器網絡的簡介

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network， WSN）是由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網絡，以協作地感知、采集、處理和傳輸網絡覆蓋地理區域或者是區內被感知對象的信息，并最終把這些信息發送給網絡的所有者。它綜合了網絡技術的方方面面，并通過了無線網的傳感實現了無處不在的運算理念。圖1為無線傳感網絡的結構示意圖。

由于傳感器一般情況下都是嵌入到各個電子設備當中，外加監測區域環境往往比較復雜，傳感器的網絡節點非常多，導致了網絡的維護十分麻煩甚至就是不能進行維護。因此，導對于無線傳感器的設計要做到網絡容量要大，傳感器體積小，消耗低等特點，以實現自組網絡的動態性，并且還要加強無線傳感器的網絡安全，在無線信道上分布式的控制傳感器所受到的攻擊。

2 Zigbee協議概述

Zigbee協議是在無線網基礎上延伸出來的一種網絡安全協議，Zigbee是一種新興的無線網絡技術，其具有復雜程度低、距離近、功耗低、成本低、低數據速率等特點。其不僅可以適用于各種自動控制以及遠程控制當中，還可以嵌入到不同的設備中去，強大了網絡的應用。Zigbee的發射速率是10～250KB/s，延時時間在15～30ms之間，通訊的有效范圍是10～75m，工作頻率是2.4GHz、868MHz（歐洲）及915MHz（美國），單個的Zigbee可支持255個網絡節點插入。

2.1 Zigbee協議棧簡介

一個完整的Zigbee協議是從下而上依次由物理層、數據鏈路層、網絡層、應用匯聚層和應用層五個層面組成。其中應用層是面對各種不用應用型業務的最高層用戶；應用匯聚層主要的工作是將不用的應用需求反饋到Zigbee網絡層上；網絡層主要是功能層針對一些網絡問題進行MAC、拓撲、安全等等管理；數據鏈路層又分為LLC和MAC，對輸送過來的數據進行一個邏輯的分析建立，以保證數據管理的正常運行。

2.2 Zigbee的網絡拓撲結構

Zigbee技術目前支持3中通訊技術的網絡拓撲，其中包括星形（Star）、網狀（Mesh）和樹狀（Cluster Tree）。Star網絡技術是一種被常用于長期操作當中的網絡；Mesh網絡則是一種高檢測性的網絡，其可以通過無線網實現多個數據通道互聯的效果，減少故障的發生，提高數據通道的安全性能；Cluster Tree網絡是結合了Star網絡與Mesh網絡兩者的優點，所拓撲出來的一種網絡模式。

3 Zigbee技術的應用

Zigbee技術的發展應該根據當前網絡技術當中所存在問題而進行推廣，以彌補其他無線網技術的短距離、傳送數據少、傳送速率低等缺點，做到低成本、大容量、功耗低、智能化強的特點，以完善傳感器領域的空白作用。

Zigbee技術的開發是一項工作較為復雜的技術工程，其涉及到的技術不僅有網絡領域當中的傳輸、射頻等技術，還涉及到了底層軟件硬件控制等技術。在對Zigbee技術進行無線傳感器網絡開發時，主要也就考慮到網絡的節點以及相適應的功能型軟件。目前，在科研人員的努力之下在硬件上已經將Zigbee技術應用到了射頻芯片等，這些高科技含量的硬件設施降低了開發者的設計要求，只需要在其中加入一些元件就可以實現應節點的應用，在加上Zigbee相關軟件的開發利用，加速了Zigbee系統的設計，已經進一步的簡化了用戶命令接口，普通的用戶只要使用一些簡單的命令，就可以實現Zigbee的網絡控制。

Zigbee是一項新的無線網絡通訊技術，其相應的標準還待于完善，也正是如此Zigbee技術在現實生活中的應用也受到了一定的阻礙。但是不管如何在標準化來臨之前，這是一個技術發展的趨勢，象征著網線網絡時代的真正到來，只有逐步完善無線網絡的標準，才可以實現網絡無處不在的理想。目前隨著Zigbee組織的聯盟，更加加速了IT技術的發展，Zigbee技術也會將變得越來越可靠靈活。

[參考文獻]

[1]基于Zigbee協議無線傳感網絡的應用[A].軟件導刊.2010，（3）：106—108.

[2]潘偉.基于Zigbee技術的無線傳感網絡研究[A].計算機技術與發展.2011，（9）：244—246.