Zigbee无线传感器网络平台的设计与实现董海涛，屈玉贵，赵保华时间:2008年07月23日字体:关键词:无线传感器网络协议栈协调器传感器节点低功耗摘要：分析了Zigbcc无线传感器网络的特点和关键技术，采用模块化的方法实现了Zigbee协议栈，设计了Zigbee无线传感器网络平台，并且进行了温度监测的实验。结果表明，该平台实现了Zigbee无线传感器网络的基木功能，可以更好地开发Zigbee技术。关键词：无线传感器网络平台ZigbeeCC2430协议栈无线传感器网络是集信息采集、信息传输、信息处理于一体的综合智能信息系统，具有低成本、低功耗、低数据速率、自组织网络等特点。而Zigbee技术是为低速率传感器和控制网络设计的标准无线网络协议栈，是最适合无线传感器网络的标准。Zigbee无线传感器网络是基于Zigbee技术的无线传感器网络。在许多行业有巨大的应用潜力，如环境监控、物流管理、医疗监控、交通管理和军事侦察等方面的应用X】。冃前普遍使用的无线传感器网络平台主要有Crossbow公司的Mica2/MicaZ和Microchip公司的PICDEMZ等。MicaZ虽然具有Tinyos操作系统，但是没有结合Zigbee技术；PTCDEMZ的Zigbee协议栈不丿、■中完全符合Zigbee的定义，而且功能简单。因此，设计一种Zigbee无线传感器网络平台，可以更好地开发无线传感器网络的应用和Zigbee技术。本文在分析Zigbee无线传感器网络的特点和关键技术的基础上，提出Zigbee无线传感器网络平台的设计实现方案，采用模块化的方法实现了Zigbee协议栈，并且使用该无线传感器网络平台进行了温度监测的实验。结果表明，该平台实现了Zigbee无线传感器网络的基本功能，可以更好地开发Zigbee技术。1Zigbee无线传感器网络1.1无线传感器网络一个典型的无线传感器网络至少要由无线传感器节点、网络协调器和中央控制点组成。大量传感器节点随机部署在监测区域内部或附近，能够通过自组织方式形成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路rti到网络协调器，最后到达中央控制点。在这个过程中，传感器节点既充当感知节点，又充当转发数据的路由器，用户通过中央控制点对无线传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据⑶。图1给出了一个典型的无线传感器网络的结构。mi无饮传宜稈网轉餡⑴祈am1.2Zigbee技术Zigbee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术。完整的Zigbee协议栈由物理层、介质访问控制层、网络层、安全层和应用层组成。其物理层和介质访问控制层协议为IEEE802.15.4协议标准⑷，网络层和安全层由Zigbee联盟制定，应用层的开发应根据用户自己的需要，对其进行开发利用⑴役在无线通信技术上，采用免冲突多载波信道接入(CSMA-CA)方式，有效地避免了无线电载波之间的冲突。此外，为保证传输数据的可靠性，建立了完整的应答通信协议。Zigbee设备为低功耗设备，其发射输出功率为0〜3.6dBm,通信距离为30〜70m,具有能量检测和链路质量指示能力，根据这些检测结果，设备可以自动调整发射功率，在保证通信链路质量的条件下，最低限度地消耗设备能量。在组网性能上，Zigbee可以构造为星形网络或者点对点对等网络。在每一个Zigbee组成的无线网络中，连接地址码分为16bit短地址码或者64bit长地址码，具有较人的网络容量。2Zigbee无线传感器网络平台的硬件设计2.1设计目标Zigbee无线传感器网络平台在各种应用系统中存在一些现实的约束門(1)外形尽量小。芯片的尺寸决定了整个节点的尺寸。(2)集成度尽量高。各种传感器节点通常需要程序存储器、静态存储器、A/D转换器、定时器和计数器等多种硬件资源。特别是要有足够大的ROM空间存储Zigbee协议栈。(3)功耗低而且支持休眠模式。是否具有休眠机制直接关系到节点牛:命周期的长短，所以芯片必须支持低功耗的休眠状态。(4)运行速度尽量快。系统应在最短时间内完成工作，从而快速进入休眠状态，以节省系统能源。(5)工作在免费的ISM(IndustialScientificMedical)频段,2.4GHz它是免付费、免申请的无线电频段，在该频段上，数据传输速率为250Kb/so(6)成本要尽量低。芯片在传感器节点成本中占很大的比例。2.2基于CC2430...