紫鋒技術下無線傳感器網絡的定位

楊秋菊 宿州職業技術學院計算機信息系

引言

在高速發展的當下，WSN（無線傳感器網絡）被廣泛的應用到社會的各個領域中，例如公安、環境檢測、醫學醫療、農業科技發展等等方面，這種技術已經走入人們的生活得到人們的普遍關注了。針對無線傳感器網絡而言，技術要求硬件設備高功率、低能耗以及低成本的特性，針對這些性質紫峰技術恰巧符合。紫鋒無線傳感器技術對傳感器和通信進行有效的結合，在增強定位精準的同時也對數據的精準度有所提高。

1 無線傳感器網絡

1.1 網絡體系架構

傳感器特點是功耗低、價低、微小型，功能性特點是計算、感知現場和通信。這些節點和網內的節點相互之間廣播時時采取單跳或多跳方式實現的，它們對區域內的數據進行收集和檢測然后傳送給用于管理的節點,如下圖1 所示，傳感器之間通過合作的方式以及衛星可以源源不斷的將數據傳送給監控中心。匯聚（Sink_node）節點在空間大小和計算等方面遠遠超過普通節點，所以匯聚節點作為普通節點和監控中心之間的橋梁進行數據傳輸。

圖1 無線傳感器網絡體系結構圖

1.2 協議棧結構

無線傳感器網絡中的協議棧是由8 個部分組成的，這8 各部分分別是：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、應用層、電源管理平臺、移動管理平臺以及任務管理平臺，其中三個平臺的作用是為了使節點在高效率下協同工作。它們的模型如圖2 所示

圖2 協議棧結構

2 紫鋒技術

紫鋒技術常成為ZigBee 技術，這個雙向無線通訊技術主要應用于近距離并且傳輸速率相對低的設備之間，它具有能耗小、成本低、速度不高等特點，在無線數據傳輸中是較為可靠的一種技術網絡。

2.1 無線定位技術

無線傳感器網絡定位技術主要是對未知節點的定位技術，無線定位技術由未知節點和錨節點、網關組成。在網絡中由于錨節點的位置是固定不動的，所以由錨節點將自身數據打包向通信半徑內的其他節點進行廣播，未知節點通過接收錨節點的信息及其位置數據再結合Rssi（接收信號強度）值對自身位置進行計算。

2.2 技術特點

Zigbee 技術的技術特點主要由：功耗低、成本低、數據速率低、距離近、時延短、容量大、安全性高、復雜度高等特點。

同樣處在低電量耗電情況下，使用兩節五號電池藍牙可以工作幾周，WIFI 只可以工作幾小時，但是Zigbee 卻可以工作幾個月。

成本比藍牙的1/10 還少，這是由于Zigbee 的協議是經過了大幅度的簡化實現的。

Zigbee 在工作時可以滿足低速率數據傳輸的需求，它的通訊速率再250kbps.

相鄰節點之間進行傳輸數據時，傳輸數據的有效物理范圍再10m-100m，通過路由傳輸距離將更遠。

較藍牙、WIFI 而言，Zigbee 的響應比較迅速，一般而言節點接入網絡的時間藍牙需要3-10 秒左右、WIFI 需要3 秒左右、Zigbee只需要30 毫秒左右。

zigbee 技術的網絡結構有：星狀、片狀、網狀三種，均是一個主節點會連接數個子節點，故其容量比較大。

無安全設定、ACL（訪問控制列表）、AES128（128 位高級加密標準）三級安全模式的提供使Zigbee 安全性較高。

2.3 協議構架

IEEE802.15.4標準是基礎，在其之上是三層協議，由IEEE802.15.4標準和三層協議共同組成了Zigbee協議棧。IEEE802.15.4 標準主要為網絡層和物理層服務提供管理功能，上三層包括應用層、網絡層以及他們之間的應用支持。下圖3 為Zigbee 協議棧結構圖。

圖3 Zigbee 協議棧結構

3 Zigbee 技術構建無線傳感器網絡

一組Zigbee 節點根據AdHoc（多跳自組織網）方式構建無線傳感器網絡，目的是網絡中的節點之間進行協作式的感知、廣播收集、處理信息。觀察者及其傳感器和對象為現階段傳感器工作中必要的三要素，在網絡區域中把需要感知對象的數據進行收集、處理使用無線技術發送給觀察者及其傳感器和對象；觀察者和傳感器使用無線網絡連接；傳感器網絡的主要作用就是對數據的感知、收集、處理、廣播[4]。利用ZigBee 芯片構建無線傳感器網實現傳輸數據和控制數據可以通過GSM、CDMA、以太網等形式。網絡拓撲結構可以選擇星形、混合型等結構，可以降低Zigbee 節點的功耗以及傳輸數據時發生節點碰撞的現象。中央控制中心與匯節點通過網絡相連，匯節點和傳感器節點通過Zigbee 完成數據傳輸，控制中心通過網絡獲取數據信息對現場進行控制管理匯節點在整個無線傳感器網絡中充當網關的作用，Zigbee 和單片機之間是實行異步串行口，匯節點和中央控制中心之間的數據傳輸是由MCU 控制。

4 結束語

本文主要對紫鋒技術下無線傳感器網絡定位進行了闡述，詳細介紹了無線傳感器和Zigbee 技術，提出了Zigbee 無線傳感器網絡節點架構。文中還提到了Zigbee 無線傳感器網絡在GSM、CDMA、以太網等大范圍進行數據控制和收集，希望在將來此項技術可以普及到人類的生活之中開啟人們新的生活方式。