ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)

霍偉明

（廣東美的制冷設(shè)備有限公司 528311）

ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)

霍偉明

（廣東美的制冷設(shè)備有限公司 528311）

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種新型網(wǎng)絡(luò)形式，是社會適應(yīng)信息時(shí)代發(fā)展要求的技術(shù)，能夠幫助人們更快地收集和獲取信息。其中ZigBee技術(shù)以其自身距離短、功耗低等優(yōu)勢，成為無線組網(wǎng)的首選技術(shù)。在該項(xiàng)技術(shù)基礎(chǔ)之上建立的無線組網(wǎng)，不僅具有較為廣泛的覆蓋面，且具有非常廣闊的應(yīng)用前景，值得我們給予更多關(guān)注。本文將ZigBee技術(shù)概念及特點(diǎn)入手，分析該項(xiàng)技術(shù)組網(wǎng)中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)，以期為相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供參考和借鑒。

ZigBee技術(shù)；無線組網(wǎng)；研究與實(shí)現(xiàn)

1 ZigBee技術(shù)概述

所謂ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)，主要是指一種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)容量較大、體積較小且結(jié)構(gòu)簡單的無線通信技術(shù)。它具有布局簡單、網(wǎng)絡(luò)自愈能力強(qiáng)等優(yōu)勢，在系統(tǒng)運(yùn)行中，并不會因?yàn)槠渲心骋还?jié)點(diǎn)的損壞而影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能[1]。正因如此，該項(xiàng)技術(shù)成為組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)技術(shù)之一。

ZigBee技術(shù)的應(yīng)用具有省電、安全性較高，且具有較短的延時(shí)性等特點(diǎn)。其中普通電池能夠供應(yīng)節(jié)點(diǎn)使用壽命達(dá)到6～24h，而安全性主要是技術(shù)在研發(fā)之初，為了避免競爭與冒險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)，在節(jié)點(diǎn)只設(shè)置了自動組網(wǎng)，以此來保證信息的可靠傳輸。20世紀(jì)以來，ZigBee技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用成為一項(xiàng)重要革命，具有非常廣闊的發(fā)展前景。現(xiàn)階段，已經(jīng)被應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步和完善，各類無線傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品勢必會成為人們生活的一部分。因此ZigBee技術(shù)在其中的應(yīng)用范圍越來越廣，我們只有掌握其組網(wǎng)的本質(zhì)與內(nèi)涵，才能夠更好地利用技術(shù)改變我們的生活。

2 ZigBee技術(shù)在無線組網(wǎng)中的研究與實(shí)現(xiàn)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

本文將應(yīng)用兩塊ZigBee無線傳感器節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。由于網(wǎng)絡(luò)具有分布廣、動態(tài)特點(diǎn)，可以遍布于多個(gè)被檢測區(qū)域當(dāng)中。具體來說：①電路設(shè)計(jì)。與其他設(shè)計(jì)具有相似之處，微處理器模塊作為核心，發(fā)揮承上啟下的作用。本文采用的是由Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)，該產(chǎn)品具有低功耗、高性能等特點(diǎn)。②電源模塊，主要選取TI公司生產(chǎn)的低壓差線性穩(wěn)壓器，為硬件運(yùn)行提供電力支持，由于該設(shè)備對噪聲信號較為敏感，因此電池憑借輸出噪聲低、靜態(tài)電流小等特點(diǎn)成為硬件設(shè)計(jì)的一部分[2]。③無線通信模塊。本設(shè)計(jì)選擇了CC2430芯片，以此來適應(yīng)ZigBee技術(shù)要求，由于該芯片系統(tǒng)無論是性能方面、還是靈敏度方面都具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，在實(shí)踐中的應(yīng)用，能夠降低設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)成本，且能夠提高通信有效性。④傳感器模塊設(shè)計(jì)。傳感器模塊主要是收集溫度數(shù)據(jù)信息。應(yīng)用溫度傳感器能夠監(jiān)測到溫度動態(tài)變化情況，本設(shè)計(jì)采取美國DALLS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的傳感器。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

相比較來說軟件是整個(gè)組網(wǎng)中最為核心的部分，其設(shè)計(jì)效果好壞直接決定了系統(tǒng)網(wǎng)狀日后的使用性能。建立在ZigBee技術(shù)基礎(chǔ)之上的網(wǎng)絡(luò)主要由網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層構(gòu)成，其中物理層在系統(tǒng)中主要承擔(dān)對微處理器的功能配置，以此來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)信息等。MAC層與上一層相連，滿足不同設(shè)備的數(shù)據(jù)幀傳輸。為了確保整個(gè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，對網(wǎng)絡(luò)的算法進(jìn)行優(yōu)化處理，具體來說：本設(shè)計(jì)采取一種混合路由算法，將兩種不同算法整合到一起，進(jìn)行優(yōu)勢結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對信息的直接發(fā)送。ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端加入到網(wǎng)絡(luò)之后，便可以進(jìn)行溫度采集處理，前提基礎(chǔ)是需要利用串口助手，在相關(guān)設(shè)備上傳輸數(shù)據(jù)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)功能分析

按照上述程序完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，整個(gè)組網(wǎng)具有以下功能，采集節(jié)點(diǎn)后能夠自動建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)傳感器節(jié)點(diǎn)作為路由器，需要發(fā)現(xiàn)采集節(jié)點(diǎn)，并申請加入之后，與采集節(jié)點(diǎn)建立相應(yīng)的綁定關(guān)系，為后續(xù)運(yùn)行奠定做好準(zhǔn)備。同時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)能夠定期向采集的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息傳輸和交流。

2.4 實(shí)驗(yàn)測試

為了了解和掌握組網(wǎng)設(shè)計(jì)是否具有實(shí)效性，本文將對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行溫度測試。采集節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器，而傳感器是網(wǎng)絡(luò)的終端，二者具有相似之處，均為FFD設(shè)備，因此傳感節(jié)點(diǎn)同時(shí)兼具路由器功能。在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，采集節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，能夠反映附近環(huán)境的溫度值，自動搜尋網(wǎng)絡(luò)，更快地連接到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。因此本設(shè)計(jì)在一天內(nèi)，對同一測試點(diǎn)收集了四次溫度值，測試結(jié)果證明本設(shè)計(jì)具有可行性。其中節(jié)點(diǎn)1主要測試室內(nèi)溫度，而節(jié)點(diǎn)主要測試室外溫度，對比結(jié)果如表1。

表1 不同時(shí)間測試溫度值

經(jīng)過測試后發(fā)現(xiàn)，利用ZigBee技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)具有科學(xué)、合理性，無論是設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)功耗、還是路由過程方面都能夠體現(xiàn)獨(dú)特的優(yōu)勢，為人們工作和學(xué)習(xí)提供了更大的便利。不可否認(rèn)的是ZigBee組網(wǎng)技術(shù)具有一定優(yōu)勢，能夠滿足人們對組網(wǎng)的需求，但是畢竟是一項(xiàng)新型技術(shù)，在很多方面還需要進(jìn)一步完善，如拓?fù)涔δ苄枰m當(dāng)增加資金等方面的投入，對ZigBee技術(shù)存在的弊端進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，提高該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用性能。

3 結(jié)論

根據(jù)上文所述，網(wǎng)線組網(wǎng)通信作為通信領(lǐng)域與科學(xué)技術(shù)融合到一定程度的產(chǎn)物，在工業(yè)控制、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等方面占據(jù)非常重要的地位，尤其是在低功耗、低成本的ZigBee技術(shù)的支持下，為網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的構(gòu)建帶來了新的發(fā)展契機(jī)。在實(shí)踐中，結(jié)合用戶需求及網(wǎng)絡(luò)使用功能，堅(jiān)持合理性原則，從軟硬件兩個(gè)層面入手，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對組網(wǎng)的構(gòu)建。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們還應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對ZigBee技術(shù)的研究，不斷優(yōu)化和增強(qiáng)技術(shù)性能，從而促使ZigBee技術(shù)在組網(wǎng)中的積極作用得到有效發(fā)揮。

[1]文鳴鑫，王志梁，劉新鋒.基于ZigBee無線自組網(wǎng)技術(shù)的電能高級測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電力需求側(cè)管理，2011（03）：29～32+40.

[2]陳海燕，張晨.ZigBee無線語音通信組網(wǎng)技術(shù)[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（04）：68～72.

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