引言

　　無線傳感器網絡作為一種新興技術，已經成為國內外研究的熱點，其在軍事、環(huán)境、健康、家庭、商業(yè)、空間探索和救災等領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景[1]。國內外很多單位都開展了相關領域的研究，但大部分工作仍處在無線網絡協(xié)議性能仿真和硬件節(jié)點小規(guī)模實驗設計階段。無線傳感器網絡并不需要較高的傳輸帶寬，但卻要求極低的功率消耗，以使無線傳感器網絡中的設備可工作更長的時間，同時低成本也是無線傳感器普及應用的一大要求。ZigBee/IEEE 802.15.4標準把低功耗、低成本作為主要目標，為無線傳感器網絡提供了互連互通的平臺，目前基于該技術的無線傳感器網絡的研究和開發(fā)得到越來越多的關注。本文就是基于ZigBee技術，設計了通用無線傳感器網絡硬件平臺，以期待能夠產業(yè)化，為我國的無線傳感器事業(yè)做出更大的貢獻。

　　基于ZigBee的無線傳感網絡的主要優(yōu)勢

　　ZigBee一詞源自蜜蜂群在發(fā)現(xiàn)花粉位置時，通過跳Z字形舞蹈來告知同伴，達到交換信息的目的?？梢哉f是一種小動物通過簡捷的方式實現(xiàn)“無線”的溝通，人們借此稱呼一種專注于低功耗、低成本、低復雜度、低速率的近程無線網絡通信技術，亦包含寓意。ZigBee技術并不是完全獨有、全新的標準。它的物理層、MAC層和鏈路層采用了IEEE 802.15.4標準，但在此基礎上進行了完善和擴展。其網絡層、應用會聚層和高層應用規(guī)范由ZigBee聯(lián)盟進行了制定。ZigBee的特點突出，尤其在低功耗、低成本上，主要有以下幾個方面[2]。

　　① 低功耗。在低耗電待機模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作6～24個月，甚至更長。這是ZigBee的突出優(yōu)勢。相比較，藍牙只能工作數周、WiFi只可工作數小時。

　?、?低成本。通過大幅簡化協(xié)議(不到藍牙的1/10)，降低了對通信控制器的要求，按預測分析，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節(jié)點需要32 KB代碼，子功能節(jié)點少至4 KB代碼，而且ZigBee免協(xié)議專利費。

　　③ 低速率。ZigBee工作在20～250 kbps的較低速率，分別提供250 kbps(2.4 GHz)、40 kbps(915 MHz)和20 kbps(868 MHz)的原始數據吞吐率，滿足低速率傳輸數據的應用需求。

　　④ 近距離。傳輸范圍一般介于10～100 m之間，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到1～3 km。這指的是相鄰節(jié)點間的距離。如果通過路由和節(jié)點間通信的接力，傳輸距離將可以更遠。

　?、?短時延。ZigBee的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態(tài)只需15 ms，節(jié)點連接進入網絡只需30 ms，進一步節(jié)省了電能。相比較，藍牙需要3～10 s、WiFi需要3 s。

　?、?高容量。ZigBee可采用星狀、片狀和網狀網絡結構，由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點，最多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點；同時主節(jié)點還可由上一層網絡節(jié)點管理，最多可組成65 000個節(jié)點的大網。

　?、?協(xié)議簡單、安全性高。ZigBee協(xié)議棧長度平均只有藍牙的1/4，這種簡化對低成本、可交互性和可維護性非常重要。ZigBee技術提供了數據完整性檢查和鑒權功能，提供了三級安全模式，可靈活確定其安全屬性，網絡安全能夠得到有效的保障。

　　⑧ 免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴頻在工業(yè)科學醫(yī)療(ISM)頻段―2.4 GHz(全球)、915 MHz(美國)和868 MHz(歐洲)。

　　由上述ZigBee的主要技術特點，可以看出：基于IEEE802.15.4標準，可在數千個微小的傳感器之間實現(xiàn)相互協(xié)調通信。另外，采用接力的方式通過無線電波將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器，可使得通信效率非常高。與現(xiàn)有的各種無線通信技術相比，ZigBee技術的低功耗、低速率最適合應用于無線傳感器網絡。