基于Zig Bee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科技技術(shù)迅猛發(fā)展，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)作為一種新型的信息獲取技術(shù)，在很多領(lǐng)域都具有相當(dāng)大的作用，比如災(zāi)難預(yù)警與救援、工業(yè)設(shè)備控制與管理、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等多個(gè)領(lǐng)域。本文就多方面對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】Zig Bee 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò) 定位系統(tǒng)

一、 前言

Zig Bee是一種基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的短距離無(wú)線通信的新技術(shù)，它具有低速率和低消耗的技術(shù)特點(diǎn)。因此，Zig Bee技術(shù)主要適用于數(shù)據(jù)分析量較小以及設(shè)備較為分散的工業(yè)控制和儀表自動(dòng)化等方面。

二 、Zig Bee無(wú)線通信技術(shù)概述

Zig Bee作為一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，由于其網(wǎng)絡(luò)可以快捷的為用戶提供無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能，因此在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域具有非常強(qiáng)的可應(yīng)用性。其應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：家庭和樓宇網(wǎng)絡(luò)工業(yè)農(nóng)業(yè)的控制、公共場(chǎng)所監(jiān)控、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、自動(dòng)抄表。Zig Bee聯(lián)盟旨在建立一種具有超大容量的傳感網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)組建方便快捷，允許所有同類(lèi)電子設(shè)備可以隨時(shí)加入和退出網(wǎng)絡(luò)，具有良好的可擴(kuò)展性和可移動(dòng)性。

三 、基于Zig Bee技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

筆者在研究了Zig Bee技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、物理層協(xié)議規(guī)范、MAC層協(xié)議規(guī)范和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的基礎(chǔ)上，提出了基于兩種主流集成芯片模塊的Zig Bee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件系統(tǒng)構(gòu)架，主要包括前端傳感采集模塊、數(shù)字處理模塊、Zig Bee無(wú)線收發(fā)模塊和電源模塊。

四、Zig bee技術(shù)特點(diǎn)

相對(duì)其它無(wú)線通信技術(shù)，Zig Bee技術(shù)有著鮮明的特點(diǎn)：

低功耗。這是Zig Bee技術(shù)最為顯著的一個(gè)特點(diǎn)，由于它采用了休眠-喚醒機(jī)制，大大減少能量消耗，兩節(jié)5號(hào)電池可支持一個(gè)節(jié)點(diǎn)6-24個(gè)小時(shí)。

低成本。Zig Bee作為WSN的一種重要技術(shù)，成本低是它的一大優(yōu)勢(shì)，每個(gè) Zig Bee芯片的成本最低能達(dá)到十幾元人民幣，并且Zig Bee免協(xié)議專利費(fèi)，這為Zig Bee技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究和發(fā)展奠定了很好的基礎(chǔ)。

傳輸速率低。Zig bee工作在20～250 kb ps的較低傳輸速率，分別提供250 kb ps（2.4GHz）、40kbps （915 MHz）和20kbps（868 MHz） 的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。

短距離。傳輸范圍一般介于10～100 m 之間，在增大射頻功率后，可達(dá)到1～3 km。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離，如果通過(guò)路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力，傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。

Zig Bee可采用星型、樹(shù)型和Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若千個(gè)子節(jié)點(diǎn)，一個(gè)主節(jié)點(diǎn)最多可以管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)，同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65536個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。

高安全。Zig bee 提供了三級(jí)安全模式，包括無(wú)安全設(shè)定、使用接入控制清單防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES 128） 的對(duì)稱密碼，以靈活確定其安全屬性。免執(zhí)照頻段。

五、Zig Bee技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)

Zig Bee協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)，物理層和MAC層采用IEEE802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)層、加密層和應(yīng)用層由Zig Bee聯(lián)盟制定。

物理層：Zig Bee PHY提供了兩種類(lèi)型的服務(wù)，即通過(guò)物理層管理實(shí)體接口對(duì)PHY層數(shù)據(jù)和PHY層管理提供服務(wù)。

MAC層。Zig Bee MAC層也提供了兩種類(lèi)型的服務(wù)：通過(guò)MAC層管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)向MAC層數(shù)據(jù)和MAC層管理提供服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)層。Zig Bee網(wǎng)絡(luò)層的具體功能是：設(shè)備連接和斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)時(shí)所采用的機(jī)制；在幀信息傳輸過(guò)程中所采用的安全性機(jī)制；設(shè)備之間的路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)和轉(zhuǎn)交；對(duì)一跳（one-hop）鄰居設(shè)備的發(fā)現(xiàn)和相關(guān)結(jié)點(diǎn)信息的存儲(chǔ)。

應(yīng)用層。Zig Bee應(yīng)用層包括應(yīng)用支持子層（Application Support Sub-Layer，APS），應(yīng)用框架（Application Framework，AF）和Zig Bee設(shè)備對(duì)象（Zig Bee Device Object，ZDO）。

六、 兩種功能設(shè)備

Zig Bee網(wǎng)絡(luò)含全功能設(shè)備FFD（Full Function Device）和精簡(jiǎn)功能設(shè)備RFD（Reduced Function Device）兩種功能類(lèi)型的設(shè)備。

全功能設(shè)備（FFD）：可以擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，形成網(wǎng)絡(luò)，讓其它的FFD或是精簡(jiǎn)功能裝置（RFD）連結(jié)，F(xiàn)FD具備控制器的功能，可提供信息雙向傳輸。它附帶由標(biāo)準(zhǔn)指定的全部802.15.4功能和所有特征，更多的存儲(chǔ)器、計(jì)算能力可使其在空閑時(shí)起網(wǎng)絡(luò)路由器作用，也能用作終端設(shè)備。

七、 三種節(jié)點(diǎn)類(lèi)型

Zig Bee網(wǎng)絡(luò)含三種類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)：協(xié)調(diào)器ZC（Zig Bee Coordinator）、路由器ZR（Zig Bee Router）和終端設(shè)備ZE（Zig Bee End Device），其中協(xié)調(diào)器和路由器均為全功能設(shè)備（FFD），而終端設(shè)備選用精簡(jiǎn)功能設(shè)備（RFD）。

協(xié)調(diào)器ZC：一個(gè)Zig Bee網(wǎng)絡(luò)PAN（Personal Area Network）有且僅有一個(gè)協(xié)調(diào)器，該設(shè)備負(fù)責(zé)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，配置網(wǎng)絡(luò)成員地址，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)節(jié)點(diǎn)的綁定關(guān)系表等，需要最多的存儲(chǔ)空間、計(jì)算能力和電能。

路由器ZR：主要實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)及路由消息的功能，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，即作為網(wǎng)絡(luò)中的潛在父節(jié)點(diǎn)，允許更多的設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，路由節(jié)點(diǎn)只有在樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中存在。

終端設(shè)備ZE：不具備成為父節(jié)點(diǎn)或路由器的能力，一般作為網(wǎng)絡(luò)的邊緣設(shè)備，負(fù)責(zé)與實(shí)際的監(jiān)控對(duì)象相連，這種設(shè)備只與自己的父節(jié)點(diǎn)主動(dòng)通訊，具體的信息路由則全部交由其父節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)中具有路由功能的協(xié)調(diào)器和路由器完成。

八、 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上分析，我們可以得出Zig Bee對(duì)我們的生活和企業(yè)的生產(chǎn)帶來(lái)的作用，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷完善，在不久的時(shí)間內(nèi)，Zig Bee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)一定能越發(fā)先進(jìn)，帶給我們更好的好處并且推動(dòng)著社會(huì)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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