第1章1課上修改版2.23

1、第1章 走進(jìn)ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng) 7-81.1 短距離無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò) 近年來(lái)，短距離無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，應(yīng)用步伐不斷加快，正在日益走向成熟。短距離無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)主要分為2類(lèi)：無(wú)線局域網(wǎng)和無(wú)線個(gè)域網(wǎng)。l 無(wú)線局域網(wǎng)（WLANS WireLess Local Area Networks）無(wú)線局域網(wǎng)是有線局域網(wǎng)（LANS Wired Local Area Networks）的擴(kuò)展與延伸。l 無(wú)線個(gè)域網(wǎng)（WPAN WireLess Personal Area Network）無(wú)線個(gè)域網(wǎng)是為了在個(gè)人操作空間（Personal Operating Space），也就是POS范圍內(nèi)提供一種高效、節(jié)能的無(wú)

2、線通信方法，POS一般是指用戶附近10米左右的球形區(qū)域。WPAN為近距離范圍內(nèi)的設(shè)備建立無(wú)線連接，把幾米范圍內(nèi)的多個(gè)設(shè)備通過(guò)無(wú)線方式連接在一起，使它們可以互相通信甚至接入LAN（有線局域網(wǎng)）或Internet（因特網(wǎng)）。為了解決短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題， IEEE成立了一些工作組，負(fù)責(zé)短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)制定工作，分別制定了與短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的通信協(xié)議。常見(jiàn)的有以下4種：1.高速WiMedia 屬于WPAN范疇，通訊協(xié)議為IEEE802.15.32.高速WiFi 屬于WLAN范疇，通訊協(xié)議為IEEE802.113.中速藍(lán)牙 屬于WPAN范疇，通訊協(xié)議為 IEEE802.15.14.低速ZigBee

3、 屬于WPAN范疇，通訊協(xié)議基于 IEEE802.15.4這些網(wǎng)絡(luò)在傳輸速率，傳輸距離和適用領(lǐng)域等方面都存在一定的差異，如圖1-1所示。它們所對(duì)應(yīng)的通信協(xié)議和典型應(yīng)用領(lǐng)域如表1-1所示。 圖1-1 常見(jiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議對(duì)比表1-1 短距離無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)比較名稱(chēng)通信協(xié)議數(shù)據(jù)速率傳輸距離典型應(yīng)用領(lǐng)域WiMediaIEEE802.15.3101000 Mbps100m多媒體應(yīng)用WiFiIEEE802.11111Mbps高速30100m無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入藍(lán)牙IEEE802.15.113Mbps中等速率210m無(wú)線手持設(shè)備無(wú)線鼠標(biāo)ZigBeeIEEE802.15.420250kbps1001000m無(wú)線傳感器網(wǎng)

4、絡(luò)1 WiMediaWiMedia 是基于IEEE802.15.3系列標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，屬高速寬頻范疇，主要針對(duì)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)在多媒體方面的應(yīng)用，追求更高的的傳輸速率與服務(wù)品質(zhì)，用于電視機(jī)和數(shù)碼相機(jī)等需要高數(shù)據(jù)傳輸速率的場(chǎng)合，其最初版本規(guī)定的數(shù)據(jù)速率為55Mb/s，使用基于IEEE802.11但不兼容的物理層，版本升級(jí)到IEEE802.15.3a，即使用超寬帶的物理層，數(shù)據(jù)傳輸速率可高達(dá)480 Mb/s。2 WiFiWiFi英文全稱(chēng)是WireLess FideLity，是“無(wú)線保真”的縮寫(xiě)，實(shí)際上是一個(gè)基于IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的品牌，目的是改善基于IEEE802.1

5、1標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品之間的互通性，由WiFi聯(lián)盟（WiFi Allaince）所持有，實(shí)質(zhì)上是一種商業(yè)認(rèn)證。目前國(guó)內(nèi)習(xí)慣用WiFi來(lái)指代IEEE802.11協(xié)議的產(chǎn)品，WiFi就變成了WLAN的等同詞，是指利用無(wú)線通信技術(shù)在一定的局部范圍內(nèi)建立的網(wǎng)絡(luò)，屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信相結(jié)合的產(chǎn)物。WLAN以無(wú)線多址信道為傳輸媒介，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)LAN（Local Area Network）的功能，使得用戶擺脫線纜的束縛，可隨時(shí)隨地移動(dòng)接入互聯(lián)網(wǎng)。WLAN的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.11，與有線LAN相比，WLAN讓網(wǎng)絡(luò)使用更加自由和便捷。WLAN讓用戶徹底拜托了線纜和端口位置的束縛，不再為四處尋找有線

6、端口和網(wǎng)線苦惱，接入網(wǎng)絡(luò)變得輕松，同時(shí)WLAN具有便于攜帶易于移動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是在辦公大樓，機(jī)場(chǎng)候機(jī)廳還是酒店，用戶都可以隨時(shí)隨地自由接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行辦公和娛樂(lè)。WLAN的另一特點(diǎn)是建設(shè)施工周期短，維護(hù)成本低。其最大優(yōu)勢(shì)是不用像有線局域網(wǎng)那樣的布線施工，一般只需要安放一個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn)AP（Access Point），設(shè)備就可建立覆蓋整個(gè)建筑或地區(qū)的局域網(wǎng)絡(luò)。WiFi（WLAN）的系統(tǒng)組成如圖1-2所示。站點(diǎn)是具有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口的計(jì)算設(shè)備，例如上網(wǎng)本和手機(jī)等。接入點(diǎn)是無(wú)線網(wǎng)和有線網(wǎng)的接口。圖1-2 WiFi（WLAN）的系統(tǒng)組成WiFi IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)有多種版本，從IEEE802.11、

7、802.11a到802.11g，目前用的較多的是IEEE802.11b。WiFi IEEE802.11b工作于2.4GHz ISM（Industrial，Scientific and Medical）頻段，此頻段為非授權(quán)頻段，是許多設(shè)備（無(wú)線電話、藍(lán)牙設(shè)備、ZigBee設(shè)備微波爐等）都可使用的頻段。WiFi的接入點(diǎn)AP發(fā)射功率，室外型最大為500mw，室內(nèi)型最大為100mw，單AP室內(nèi)覆蓋半徑為3050m，室外覆蓋半徑為50100m。WiFi（IEEE802.11b）工作于2.4GHz，頻段最高傳輸速率為111Mbps。WiFi（IEEE802.11g）也工作于2.4GHz，與802.11b兼

8、容，但最高速率可達(dá)54Mbps。3 藍(lán)牙 藍(lán)牙的英文全稱(chēng)為bluetooth，也工作于2.4GHz頻段。藍(lán)牙技術(shù)最早由愛(ài)立信公司在1994年開(kāi)始研發(fā)，其目的是通過(guò)一種短距離無(wú)線連接替代現(xiàn)有的有線連接，研究一種能使手機(jī)與其附件（如耳機(jī)）之間相互通信的無(wú)線模塊，之后諾基亞與IBM也加入進(jìn)來(lái)共同推出了藍(lán)牙技術(shù)。 作為有線電纜的替代技術(shù)，它具有較低成本，中等傳輸速率的特點(diǎn)，可使內(nèi)部嵌有藍(lán)牙芯片的計(jì)算機(jī)，手機(jī)和多種便攜式通信終端互連起來(lái)，為其提供語(yǔ)音和數(shù)字接入服務(wù)。藍(lán)牙技術(shù)工作頻段僅為2.4GHz全球開(kāi)放ISM頻段，使用調(diào)頻擴(kuò)頻方式，數(shù)據(jù)傳輸帶寬可達(dá)1Mbps。異步非對(duì)稱(chēng)連接最高數(shù)據(jù)速率為723.2Kb

9、ps，能夠在10米半徑范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線數(shù)據(jù)和聲音傳輸，加大信號(hào)輸出功率和提高接受靈敏度，通信距離可達(dá)幾十米。藍(lán)牙技術(shù)被歸入了IEEE802.1，規(guī)定了包括PHY、MAC、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層協(xié)議，為對(duì)語(yǔ)音和特定網(wǎng)絡(luò)提供支持，需要協(xié)議棧提供250KB系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，從而增加了系統(tǒng)的成本和集成復(fù)雜性。藍(lán)牙對(duì)每個(gè)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)最多只能配置7個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此也制約了其在大型傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。目前，新的藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)也在加強(qiáng)速率和距離方面的研究，進(jìn)行完善和提高。4 ZigBee（1）ZigBee技術(shù)概述ZigBeeIEEE802.15.4是一種新興的短距離、低速率、低成本、低功耗和低復(fù)雜度的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。ZigB

10、ee技術(shù)是建立在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)之上，由ZigBee聯(lián)盟對(duì)其進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，并由ZigBee聯(lián)盟（目前成員已超過(guò)200個(gè)公司）和IEEE802.15.4任務(wù)組（針對(duì)低速率無(wú)線個(gè)域網(wǎng)-Low-Rate Wirless Personal Area Network LR-WPAN的任務(wù)組）合作，共同制定的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，該協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)被命名為ZigBee。（2） ZigBee的主要特點(diǎn) 1）工作頻段ZigBee使用的頻段僅有三個(gè)，分別是 -2.4GHz的ISM頻段 有16個(gè)傳輸速率為250Kbps的信道 -歐洲的868MHz頻段 有1個(gè)傳輸速率為20Kbps的信道 -美國(guó)的915MHz頻段 有1

11、0個(gè)傳輸效率為40Kbps的信道中國(guó)使用2.4GHz的ISM頻段是免申請(qǐng)和免付費(fèi)的頻段，使用的是11號(hào)26號(hào)共16個(gè)頻道，各信道的數(shù)據(jù)傳輸速率均為250Kbps。2） 低功耗在低功耗模式下2節(jié)5號(hào)電池可使用624個(gè)月。3） 低成本ZigBee數(shù)據(jù)傳輸率低，協(xié)議簡(jiǎn)單，大大降低了成本。4） 網(wǎng)絡(luò)容量大網(wǎng)絡(luò)最大可容納65536個(gè)設(shè)備。5） 時(shí)運(yùn)短典型搜索設(shè)備時(shí)運(yùn)為30ms，休眠激活時(shí)運(yùn)為15ms。6） 網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)，通信可靠7） 數(shù)據(jù)安全ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，可采用AES-128加密算法，靈活確定安全屬性。1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)WSN1. 基本概念無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wi

12、reLess Sensor Network WSN）是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科、知識(shí)高度集成的研究領(lǐng)域，它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)等多種技術(shù)，能夠通過(guò)各種微型傳感器節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)如下功能：1、 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)各個(gè)被檢測(cè)對(duì)象的信息2、 將收集到的信息，進(jìn)行初步處理3、 將初步處理后的信息，通過(guò)隨機(jī)自組織網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)（匯聚節(jié)點(diǎn)）4、 通過(guò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，對(duì)信息進(jìn)行再處理5、 再處理后的信息傳送到管理節(jié)點(diǎn)（用戶終端） 以完成指定范圍內(nèi)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤，可以視為是一種全新的信息獲取平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)物理世界，計(jì)算機(jī)世界和人類(lèi)

13、社會(huì)這三元世界的連通。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有可到處布放的特點(diǎn)及集體分析的能力，與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相對(duì)集中不同，故也可被視為一種全新的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還具有眾多類(lèi)型的傳感器節(jié)點(diǎn)，可用來(lái)探測(cè)包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強(qiáng)度、壓力、土壤成分、移動(dòng)物體大小、速度和方向等周邊環(huán)境多種多樣的參數(shù)，所以應(yīng)用前景非常廣闊。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)由大量廉價(jià)的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)由:-傳感單元-處理單元-無(wú)線通信單元-能量供應(yīng)單元 四部分組成。如圖1-3 所示： 綜上所述，一個(gè)普遍被接受的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)被定義為：大規(guī)模、無(wú)線、自組織、多跳、無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施支持的網(wǎng)絡(luò)，其中節(jié)點(diǎn)是同

14、構(gòu)的，成本較低，體積較小，大部分節(jié)點(diǎn)不移動(dòng)，可被隨意的安放在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，要求網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功耗低，有盡可能長(zhǎng)的工作時(shí)間。2、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一個(gè)典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1-4 所示，包括傳感器節(jié)點(diǎn)（Sensor node）、匯聚節(jié)點(diǎn)（Sink node），互聯(lián)網(wǎng)和管理節(jié)點(diǎn)等。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)飛機(jī)布撒、人工布置等方式大量布放在被監(jiān)測(cè)對(duì)象的內(nèi)部或附近。這些節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織方式構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作的方式感知、采集和簡(jiǎn)單處理覆蓋區(qū)域內(nèi)指定的信息，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)任意地點(diǎn)信息在任意時(shí)間的采集處理和分析。這種以自組織形式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)多跳中繼方式將數(shù)據(jù)傳到匯聚節(jié)點(diǎn)，最后借助有線或無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)

15、與Internet送到管理節(jié)點(diǎn)。 圖1-4 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)通常是一個(gè)微型的嵌入式系統(tǒng)，具有感知物理數(shù)據(jù)和簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理能力，一般通過(guò)能量有限的電池供電，要求低功耗。從網(wǎng)絡(luò)的功能上看，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)既具備傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的終端功能，也具備路由器功能，除了進(jìn)行本節(jié)點(diǎn)信息收集和簡(jiǎn)單處理之外，還具有對(duì)其他節(jié)點(diǎn)送來(lái)的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的能力。匯聚節(jié)點(diǎn)是傳感器網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其處理能力、存儲(chǔ)能力和通信能力，比傳感器節(jié)點(diǎn)強(qiáng)，一般沒(méi)有感知能力，但有可靠穩(wěn)定的電源為其供電，功耗問(wèn)題處于次要地位。匯聚節(jié)點(diǎn)一般通過(guò)無(wú)線方式連接傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)有線或具有可靠通信質(zhì)量的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)與Internet 等外部網(wǎng)

16、絡(luò)通信，可以實(shí)現(xiàn)兩種通信協(xié)議棧之間的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，把收集到的傳感數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外部網(wǎng)絡(luò)中。管理節(jié)點(diǎn)一般即為普通的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，充當(dāng)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的角色，通過(guò)與傳感器匯聚節(jié)點(diǎn)的信息傳遞來(lái)監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)。3、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)通常把一個(gè)采用分層結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)各層及其協(xié)議的集合稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)對(duì)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)及其構(gòu)件所應(yīng)完成的功能進(jìn)行了精確的定義，而不涉及用什么方法去完成的問(wèn)題。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)也采用分層結(jié)構(gòu)，根據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特性設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是二維的，即橫向通信協(xié)議層與縱向的傳感器網(wǎng)絡(luò)管理平面。如圖1-5 所示。通信協(xié)議層包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層，與互聯(lián)

17、網(wǎng)的五層相對(duì)應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)管理平面包括能耗管理平面、移動(dòng)管理平面和任務(wù)管理平面。這些管理平面使得傳感器節(jié)點(diǎn)能夠按照節(jié)能高效的方式配合工作，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，支持多任務(wù)和資源共享。圖1-5 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（1）物理層物理層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制、發(fā)送與接收，主要包括工作頻段、調(diào)制方式、信道編碼、定時(shí)和同步等，物理層的設(shè)計(jì)直接影響到電路的復(fù)雜度和能耗等問(wèn)題，設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)低成本、低功耗和小體積，簡(jiǎn)單但健壯的傳感器節(jié)點(diǎn)。（2）數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的多路復(fù)用，數(shù)據(jù)幀控制，媒體介入和差錯(cuò)控制，以保證無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間的正確連接。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道具有自由空間特性，環(huán)境噪聲、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)和多點(diǎn)沖突

18、等現(xiàn)象在所難免，而能耗問(wèn)題又是傳感器網(wǎng)絡(luò)中的核心問(wèn)題，因此該層最主要的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)適合于傳感器網(wǎng)絡(luò)的媒體訪問(wèn)控制方法（MAC）。媒體訪問(wèn)控制方法是否合理與高效，直接決定了傳感器節(jié)點(diǎn)間信息傳輸是否順暢和有效。合理與高效的媒體訪問(wèn)控制方法，將有效地減少傳感器節(jié)點(diǎn)收發(fā)控制性數(shù)據(jù)的數(shù)量，從而減少它們的收發(fā)次數(shù)與時(shí)間，進(jìn)而減少能量耗損。（3）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)路由發(fā)現(xiàn)、路由維護(hù)和路由選擇，使得傳感器節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行有效的相互通信。路由算法執(zhí)行效率的高低，也直接決定了傳感器節(jié)點(diǎn)收發(fā)控制性數(shù)據(jù)與有效的采集上報(bào)數(shù)據(jù)的比率，控制性數(shù)據(jù)越少，消耗的能量越少，控制性數(shù)據(jù)越多，消耗的能量越多，從而影響了在電池供電的情況下

19、整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)工作時(shí)間。（4）傳輸層傳輸層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的傳輸控制，將傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸給外部網(wǎng)絡(luò)。目前還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸層協(xié)議，如傳感器網(wǎng)絡(luò)需要通過(guò)現(xiàn)有的Internet網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星與外界通信。必需將傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的尋址碼，變換為外界的以IP地址為基礎(chǔ)的尋址，即必須進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。（5）應(yīng)用層應(yīng)用層包括一系列基于監(jiān)測(cè)任務(wù)的應(yīng)用層軟件。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用支撐服務(wù)，包括時(shí)間同步與定位，其中時(shí)間同步服務(wù)為節(jié)點(diǎn)同步本地時(shí)鐘，避免節(jié)點(diǎn)晶振頻率偏差和溫度改變而造成不同步。節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)則是依靠有限的位置已知節(jié)點(diǎn)（信標(biāo)節(jié)點(diǎn)），通過(guò)測(cè)量未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送參數(shù)，確定未知節(jié)點(diǎn)的

20、位置，在系統(tǒng)中建立起一定的位置關(guān)系。傳感器中三個(gè)管理平面的功能滲透到各層之中，其功能簡(jiǎn)述如下：A:能耗管理平面處理傳感器網(wǎng)絡(luò)能源使用有關(guān)問(wèn)題，在各個(gè)協(xié)議層都需要考慮節(jié)約能源，在網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)鏈路層和物理層都有所體現(xiàn)。B:移動(dòng)管理層面監(jiān)測(cè)并注冊(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，維護(hù)到匯聚節(jié)點(diǎn)的路由使得傳感器節(jié)點(diǎn)能夠動(dòng)態(tài)跟蹤其鄰居的位置。主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層。C:任務(wù)管理平面負(fù)責(zé)對(duì)多任務(wù)的執(zhí)行進(jìn)行調(diào)度。主要體現(xiàn)在傳輸層和應(yīng)用層，如一個(gè)剛剛收到的數(shù)據(jù)會(huì)觸發(fā)一系列事件，在應(yīng)用層對(duì)產(chǎn)生的事件作出響應(yīng)，執(zhí)行相應(yīng)的操作。4 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（1） 星型網(wǎng)基本的星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個(gè)單跳（single-hop）系統(tǒng)

21、，如圖1-6所示。網(wǎng)絡(luò)中所有的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)都與中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行雙向通信。網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)基本相同。中心節(jié)點(diǎn)可以是一臺(tái)PC或網(wǎng)關(guān)。除了向各節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)和命令外，中心節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)關(guān)）還與因特網(wǎng)等外部網(wǎng)絡(luò)通信。在各種無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中，星型網(wǎng)整體功耗最低。圖1-6 星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（2） 網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是多跳系統(tǒng)，如圖1-7。其中所有的無(wú)線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)都相同，而且可相互通信并與中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和相互傳輸命令，這種多跳系統(tǒng)比星型網(wǎng)的傳輸距離遠(yuǎn)得多，但功耗也更大，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)必須一直處于供電狀態(tài)，“監(jiān)聽(tīng)”與它相關(guān)路徑上的信息，只要節(jié)點(diǎn)彼此之間在對(duì)方的無(wú)線輻射范圍內(nèi)，任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間都能直接通信。圖1-7 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓

22、撲結(jié)構(gòu)（3） 混合網(wǎng)混合網(wǎng)力求兼具星型網(wǎng)的簡(jiǎn)潔和低功耗以及網(wǎng)狀網(wǎng)的傳輸距離遠(yuǎn)和自愈性好等有點(diǎn)。在混合網(wǎng)中，路由器（一種能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)）組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而無(wú)線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)則在它們周?chē)市菭罘植?，與網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)相比，在混合網(wǎng)中路由器延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)的通信距離，星狀分布可減少整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功耗，因此，大部分需遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)大多選用混合網(wǎng)。圖1- 8 混合網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)5. 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是一種新型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，由大量傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)自組織構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、量化、處理與傳輸，它是信息技術(shù)中的一個(gè)新領(lǐng)域。在軍事、工業(yè)、交通和民用領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景。作

23、為一種新型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它有以下一些特點(diǎn)，具有某些優(yōu)勢(shì)，也面臨若干挑戰(zhàn)：（1） 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大，傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量多為得到可靠精確的信息，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)區(qū)域之內(nèi)，一般布放大量傳感器節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)密集、數(shù)量巨大，可能達(dá)到幾百，幾千甚至更多，對(duì)通過(guò)不同空間視角獲得的大量信息進(jìn)行分布式處理，能夠提高監(jiān)測(cè)的精確度，大量冗余節(jié)點(diǎn)的存在，使得系統(tǒng)具有很強(qiáng)的容錯(cuò)性能和可靠性能。此外，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可能分布在廣泛的地理區(qū)域，而且位置還可能隨時(shí)變化，導(dǎo)致拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變，網(wǎng)絡(luò)一旦形成，人很少干預(yù)其運(yùn)行。因此，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的硬件應(yīng)具有相當(dāng)高的強(qiáng)壯性和容錯(cuò)性，相應(yīng)的通信協(xié)議應(yīng)具有可重構(gòu)和自適應(yīng)性。（2） 自組織網(wǎng)絡(luò)在

24、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)的地位都是平等的，一般沒(méi)有預(yù)先制定的中心，各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)分布式算法來(lái)相互協(xié)調(diào)，可以在無(wú)人工干預(yù)，無(wú)任何其他預(yù)置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的情況下，節(jié)點(diǎn)自動(dòng)組織成網(wǎng)絡(luò)。正是由于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有中心，所以網(wǎng)絡(luò)不會(huì)因?yàn)閱蝹€(gè)節(jié)點(diǎn)的損壞而損毀，使得網(wǎng)絡(luò)具有較好的魯捧性和抗毀性（魯棒是Robus的音譯，魯捧性是指數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?。?） 多跳路由無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)通信距離有限，一般在幾十到幾百米范圍內(nèi)，高功率節(jié)點(diǎn)也只能達(dá)到1千米左右。節(jié)點(diǎn)也只能與它的無(wú)線通信輻射范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)通信，如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，則需要通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。固定網(wǎng)絡(luò)的多跳路由采用網(wǎng)關(guān)或路由器來(lái)實(shí)現(xiàn)

25、，而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中多跳路由機(jī)制是由普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)完成的，沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)備，這樣在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)既可以是信息的發(fā)起者，又可以是信息的轉(zhuǎn)發(fā)者。（4）網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性能無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器、感知對(duì)象和觀察者這三個(gè)要素都可能具有一定的移動(dòng)性，一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能會(huì)因?yàn)殡姵啬芰亢谋M或其他故障，退出網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能由于工作需要而加入到網(wǎng)絡(luò)之中；網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)處在不斷變化的環(huán)境中，加上無(wú)線信道的不穩(wěn)定，都會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，傳感器、感知對(duì)象和觀察者三者之間的路徑也隨之變化。這樣網(wǎng)絡(luò)就必須具有可重構(gòu)性和自調(diào)整的能力。（5） 以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)任務(wù)型網(wǎng)絡(luò)，傳感器網(wǎng)絡(luò)中

26、節(jié)點(diǎn)采用編號(hào)來(lái)識(shí)別，節(jié)點(diǎn)編號(hào)是否全網(wǎng)唯一取決于網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。由于傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)布放，構(gòu)成傳感器與節(jié)點(diǎn)編號(hào)之間的關(guān)系是動(dòng)態(tài)的，表現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)編號(hào)與節(jié)點(diǎn)位置和節(jié)點(diǎn)功能之間沒(méi)有必然聯(lián)系。用戶在傳感器網(wǎng)絡(luò)中查詢某個(gè)信息或事件時(shí)，直接將所關(guān)心的事件或信息以廣播方式通告給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)，而不是通告給某個(gè)確定編號(hào)的節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)在獲得指定事件的信息后再匯報(bào)給用戶，這種以數(shù)據(jù)本身（事件或信息）作為查詢和檢索的思想更接近于自然語(yǔ)言交流的習(xí)慣，所以通常說(shuō)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。例如，在用于目標(biāo)跟蹤的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，跟蹤目標(biāo)可能出現(xiàn)在任何地方，對(duì)目標(biāo)感興趣的用戶只關(guān)心目標(biāo)出現(xiàn)的位置和時(shí)間，并不關(guān)心幾個(gè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)

27、到了目標(biāo)，事實(shí)上，在目標(biāo)移動(dòng)的過(guò)程中必然是由不同的節(jié)點(diǎn)提供目標(biāo)的地址信息。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中并非所有的尋址方式都是以數(shù)據(jù)為中心，而是根據(jù)應(yīng)用條件而采用不同的方式的。由于以數(shù)據(jù)為中心的特點(diǎn)，要求在傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)把數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合起來(lái)，從邏輯概念和軟、硬件技術(shù)兩方面實(shí)現(xiàn)一個(gè)高性能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，方便用戶使用。（6）靈活、多樣的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)傳感器用來(lái)感知客觀物理世界，獲取物理世界的信息?？陀^世界的物理量多種多樣，不同的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用關(guān)心不同的物理量，因此對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用系統(tǒng)也有各種各樣的需求，各有側(cè)重。不同的應(yīng)用背景對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求不同，其硬件平臺(tái)、軟件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議必然會(huì)有

28、很大差異，所以傳感器網(wǎng)絡(luò)不能像因特網(wǎng)一樣，有統(tǒng)一的通信協(xié)議平臺(tái)。對(duì)于不同的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，雖然存在著一些共性問(wèn)題，但不同應(yīng)用領(lǐng)域的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有不同的屬性和要求，各有側(cè)重，因此在設(shè)計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)，只有更側(cè)重于使系統(tǒng)貼近應(yīng)用，才能做出高效節(jié)能的應(yīng)用系統(tǒng)。例如在環(huán)境監(jiān)測(cè)中需要的是低速、靜止的網(wǎng)絡(luò)，在軍事領(lǐng)域需要移動(dòng)的實(shí)時(shí)性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)，而在智能交通中還需要將射頻識(shí)別RFID技術(shù)與無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合起來(lái)使用。這樣實(shí)現(xiàn)方案就不能千篇一律，而應(yīng)適應(yīng)不同應(yīng)用需求制定不同的實(shí)現(xiàn)方案。（7）與既有網(wǎng)絡(luò)融合實(shí)現(xiàn)應(yīng)用創(chuàng)新無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的融合會(huì)帶來(lái)新的應(yīng)用。例如無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)的融合，

29、一方面使無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)得以借助這兩種傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳遞信息，擴(kuò)大信息傳送距離；另一方面這兩種網(wǎng)絡(luò)可以利用傳感信息實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的創(chuàng)新。例如物聯(lián)網(wǎng)就可視為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互連網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合而產(chǎn)生的新型網(wǎng)絡(luò)。6.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題 傳感器節(jié)點(diǎn)在實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，存在以下一些現(xiàn)實(shí)的限制條件：（1）電源能量有限無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)體積微小，通常攜帶能量十分有限的小型電池，由于傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目眾多，成本要求低，分布區(qū)域廣而且放置的地點(diǎn)環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)常更換電池是不現(xiàn)實(shí)的，如何高效使用能源減少損耗是無(wú)線傳感網(wǎng)面臨的首要問(wèn)題。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)消耗能量的單元包括傳感器單元，處理單元和無(wú)線通信單元。隨著集成電路工

30、藝的進(jìn)步，處理器單元和傳感器單元的功耗都變得很小，絕大部分能量消耗在無(wú)線通信單元上。無(wú)線通信單元存在發(fā)送、接收、空閑和睡眠四種狀態(tài)，它在空閑狀態(tài)一直監(jiān)聽(tīng)無(wú)線信道的使用情況，如何讓網(wǎng)絡(luò)通信高效節(jié)能，減少不必要的轉(zhuǎn)發(fā)和接收，不需要通信時(shí)盡快轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)是傳感器網(wǎng)絡(luò)解決能量消耗的主要措施之一。 （2）計(jì)算和存儲(chǔ)能力有限傳感器節(jié)點(diǎn)是一種微型嵌入式設(shè)備，要求它價(jià)格低、功耗少。這些條件必然要求其內(nèi)嵌的處理器能力比較弱，存儲(chǔ)容量比較小，因此如何利用有限的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，完成多項(xiàng)任務(wù)；諸如數(shù)據(jù)的采集與轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)的處理，發(fā)送的接收等，也是無(wú)線傳感器技術(shù)需要關(guān)注的問(wèn)題之一。事實(shí)上，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，目前已開(kāi)

31、發(fā)出很多超低功耗和功能足夠強(qiáng)的處理器，一般傳感器節(jié)點(diǎn)還配上了Flash存儲(chǔ)器，使此問(wèn)題不再突出。 （3）通信功能有限無(wú)線通信的通信距離和能量消耗息息相關(guān)，研究結(jié)果得出，能耗與距離的三次方成正比，隨著通信距離的增加，能耗得急劇增加，一般認(rèn)為傳感器節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通信半徑在100m以內(nèi)比較合適。為了延長(zhǎng)通信距離，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用“多跳”來(lái)實(shí)現(xiàn)低功耗下的數(shù)據(jù)傳輸。另外無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸功率很低，只有幾百kbqs，由于節(jié)點(diǎn)供電能量的變化，受高山、建筑物、障礙物等地形地貌以及風(fēng)雪雷電等自然環(huán)境的影響，無(wú)線通信性能可能經(jīng)常變化，甚至出現(xiàn)通信中斷。在這樣運(yùn)行環(huán)境和節(jié)點(diǎn)通信能力有限的情況下，設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的通信機(jī)

32、制以滿足傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信需求也是需要關(guān)注的問(wèn)題之一。好在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳送的數(shù)據(jù)大部分是在節(jié)點(diǎn)中處理的數(shù)據(jù)，一般流量較小，可以部分緩解這方面的壓力。 （4）主要SOC（片上系統(tǒng)）芯片靠進(jìn)口，價(jià)格偏高由于我國(guó)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究開(kāi)發(fā)起步較晚，芯片的制造能力薄弱，目前主要部件芯片靠進(jìn)口，經(jīng)過(guò)多重倒手，層層加稅導(dǎo)致價(jià)格偏高。期望國(guó)內(nèi)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的片上系統(tǒng)（System On Chip）SOC盡快量產(chǎn)，使無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)做到真正的低價(jià)格，解除阻礙無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)推廣的瓶頸，使我國(guó)人民享受無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)科研的成果。7. 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的歷史與發(fā)展趨勢(shì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)起步于美國(guó)軍方投巨資（幾千萬(wàn)美元）與大

33、學(xué)合作進(jìn)行的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā)研究，之后美國(guó)國(guó)家自然基金委員會(huì)也開(kāi)設(shè)了大量與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的項(xiàng)目。美國(guó)大部分著名院校幾乎都有從事無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究機(jī)構(gòu)，如加州大學(xué)洛杉磯分校、康奈爾大學(xué)、麻省理工學(xué)院和加州大學(xué)伯克利分校等，都取得了不錯(cuò)的科研成果。一些傳感器產(chǎn)業(yè)為研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)搭起了硬件平臺(tái)，開(kāi)發(fā)平臺(tái)為研究工作提供了極大的方便條件。加拿大、英國(guó)、德國(guó)、芬蘭、日本、韓國(guó)等國(guó)的研究機(jī)構(gòu)都先后開(kāi)展了無(wú)線傳感器的研究。我國(guó)雖起步較晚，進(jìn)展也很快，中國(guó)科學(xué)院牽頭組織有關(guān)單位進(jìn)行無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究工作也取得了一些成果。教育部批準(zhǔn)130余大專(zhuān)院校成立了物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)。美國(guó)的TI公司和英國(guó)的Jenni

34、c公司都推出了兼容ZigBee協(xié)議的片上系統(tǒng)芯片SOC（2430/2530）和JN5139/JN5148/JN-5168，為用戶提供了良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境，在我國(guó)廣泛應(yīng)用。隨著無(wú)線通信技術(shù)、微電子技術(shù)與嵌入式技術(shù)的日益成熟，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性逐漸提高，應(yīng)用領(lǐng)域也日漸廣泛，如工業(yè)監(jiān)控、機(jī)械制造、礦井安全監(jiān)測(cè)、智能交通、居室和室外環(huán)境監(jiān)測(cè)、個(gè)人健康狀況監(jiān)測(cè)、，智能化家居和農(nóng)業(yè)用生物環(huán)境保護(hù)等要求高可靠的領(lǐng)域也開(kāi)始引入無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用可以涉及人類(lèi)日常生活和社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的所有領(lǐng)域，有著十分廣闊的應(yīng)用前景?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著人們對(duì)信息獲取的需求不斷增加，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將無(wú)處不在，完全融入我們

35、的生活。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用可以涉及人類(lèi)日常生活和社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的所有領(lǐng)域。但因無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)才開(kāi)始發(fā)展，它的技術(shù)、應(yīng)用都不夠成熟，還有不少問(wèn)題需要攻關(guān)并在應(yīng)用中積累經(jīng)驗(yàn)。作為物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)也將伴隨物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用而快速發(fā)展。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)做為當(dāng)今信息領(lǐng)域的新成員，涉及許多學(xué)科的交叉，許多技術(shù)的融合，還有不少問(wèn)題有待研究。有些產(chǎn)品有待較長(zhǎng)時(shí)間觀察和在運(yùn)行中檢驗(yàn)，下面簡(jiǎn)要介紹有關(guān)問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)。 （1）通用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中提出的各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都是基于某種特定應(yīng)用而提出的，這無(wú)疑是在當(dāng)今技術(shù)條件下的首選方案，但給無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通用化設(shè)計(jì)和使用帶來(lái)了不便

36、，如何設(shè)計(jì)功能可裁剪，自主靈活，可重構(gòu)和適應(yīng)于不同應(yīng)用需求的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，將隨著軟、硬件的技術(shù)進(jìn)步而逐步改觀將是軟、硬件技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的方向。（2）跨層設(shè)計(jì)無(wú)線傳感網(wǎng)有著分層的體系結(jié)構(gòu)，各層的設(shè)計(jì)相互獨(dú)立且具有一定的局限性，各層的優(yōu)化設(shè)計(jì)并不能保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)最優(yōu)。據(jù)此問(wèn)題，提出了跨層設(shè)計(jì)的概念。跨層設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)邏輯上并不相鄰的協(xié)議層之間的設(shè)計(jì)互動(dòng)與性能平衡。對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，能量管理機(jī)制、低功耗設(shè)計(jì)等在各層設(shè)計(jì)中都有所體現(xiàn)，但要使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能效果達(dá)到最優(yōu)，還應(yīng)采用跨層設(shè)計(jì)的思想。（3）要求系統(tǒng)節(jié)能策略與微型大容量能源池由于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)可能應(yīng)用于特殊場(chǎng)合，電源不可更換，因

37、此功耗問(wèn)題顯得至關(guān)重要。雖然現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外在節(jié)點(diǎn)的低功耗問(wèn)題上的研究已取得了很大的進(jìn)步，但仍難滿足特殊應(yīng)用的要求。電源方面，華為公司在2015年10月宣布對(duì)曼徹斯特大學(xué)國(guó)家石墨烯研究院所負(fù)責(zé)的研究項(xiàng)目注入資金，該項(xiàng)目主要研究石墨烯在信息和通信技術(shù)行業(yè)中的潛在使用價(jià)值，如石墨烯電池。由我國(guó)自主生產(chǎn)的量子電池也即將走進(jìn)人們的生活，其重量只有鋰離子電池的1/10，體積只有鋰離子電池的1/30，成本只有鋰離子電池的一半?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著電池工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，微型大容量電池會(huì)出現(xiàn)，而再加上無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)軟、硬件的進(jìn)步，更好更節(jié)能的系統(tǒng)也會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)。（4）節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)配置節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)配置是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要內(nèi)容

38、之一。如何將大容量的節(jié)點(diǎn)按照一定的規(guī)劃組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，而當(dāng)某些節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能夠迅速的找到這些節(jié)點(diǎn)，并且執(zhí)行某些補(bǔ)救措施保證網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行，是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要內(nèi)容。（5）與其他網(wǎng)絡(luò)的融合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與既有網(wǎng)絡(luò)的融合將帶來(lái)新的應(yīng)用。例如，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)不同的網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)的融合，一方面時(shí)無(wú)限使無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)得以借助著這兩種傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)延長(zhǎng)傳輸距離，將采集到的信息傳送帶給遠(yuǎn)端管理部門(mén)和用戶，另一方面，這兩種網(wǎng)絡(luò)可以利用傳感信息實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的創(chuàng)新。（6） 節(jié)點(diǎn)的小型化、微型化與低成本英國(guó)Jennic公司的最新一代ZigBee模塊JN5168比前代JN5139、JN5148體積更小，成本

39、更低，集成度更高。伯克利大學(xué)研制的塵埃傳感器節(jié)點(diǎn)，把傳感器的大小降低到了1立方毫米，使這些傳感器顆?？梢詰腋≡诳罩小９?jié)點(diǎn)的小型化、微型化以及成本的降低，將推動(dòng)無(wú)線傳感網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，加速物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)。8 無(wú)線傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量低成本、低功耗的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，具有由分布式處理帶來(lái)的監(jiān)測(cè)精度高，容錯(cuò)性強(qiáng)，覆蓋區(qū)域大，監(jiān)測(cè)內(nèi)容廣，可遠(yuǎn)程監(jiān)控等一系列優(yōu)點(diǎn)。這使得它在軍事，工業(yè)，環(huán)境監(jiān)測(cè)，智能農(nóng)業(yè)，智能交通，醫(yī)療健康，緊急事件，家庭，空間探索等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。（1） 軍事應(yīng)用和許多技術(shù)一樣，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最早也是面向軍事應(yīng)用的。在戰(zhàn)場(chǎng)上，指揮員可借助布放的無(wú)線傳感器網(wǎng)

40、絡(luò)，將采集的信息匯總到指揮所的信息部隊(duì)，武器裝備，軍用物資供應(yīng)，了解戰(zhàn)場(chǎng)情況，并做出完備的戰(zhàn)區(qū)態(tài)勢(shì)圖。實(shí)時(shí)了解武器裝備，軍用物資供應(yīng)等戰(zhàn)場(chǎng)情況，并生成完備的戰(zhàn)區(qū)態(tài)勢(shì)圖。在戰(zhàn)爭(zhēng)中，對(duì)沖突區(qū)與軍事要地的監(jiān)視也是至關(guān)重要的，通過(guò)放置的傳感器網(wǎng)絡(luò)，以更隱蔽的方式近距離觀察敵方的布防；也可以直接將傳感器節(jié)點(diǎn)撒向敵方陣地，在敵方還未來(lái)得及反應(yīng)時(shí)迅速收集利于休戰(zhàn)的信息；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)也可以為火控和制導(dǎo)系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的目標(biāo)定位信息。目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)已成為美國(guó)網(wǎng)絡(luò)中心作戰(zhàn)體導(dǎo)體系中面向武器裝備的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是其ISRT的重要組成部分，該系統(tǒng)是集命令，控制，通信計(jì)算（commmand，control，comunic

41、ation，computing），智能（intelligence）監(jiān)視（surveillance），偵查（Reconnaissance）和定位（Targeting）與于一體的戰(zhàn)場(chǎng)指揮系統(tǒng)，受到很多國(guó)家的重視。美國(guó)科學(xué)應(yīng)用國(guó)際公司采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了一個(gè)電子防御系統(tǒng)，為美國(guó)個(gè)人、軍方提供軍事防御和情報(bào)信息。（2） 工業(yè)應(yīng)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)中應(yīng)用廣泛，例如工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線等領(lǐng)域。英特爾在該其公司的工廠內(nèi)建立了一個(gè)由40臺(tái)機(jī)器及其上的210個(gè)傳感器組成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，它可以大幅度地減低降低檢查設(shè)備的成本，同時(shí)由于可以提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，因此可縮短待機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。在

42、油田中，也廣泛安裝了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。抽油機(jī)是油田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的主要地面設(shè)備，分布面積和油井間距都很大，采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)油井的溫度，壓力，載荷，可以實(shí)時(shí)了解油井工況變化，便于采取相應(yīng)措施，提高管理水平。油井間的地形簡(jiǎn)單空曠，特別適合部署無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。（3） 智能農(nóng)業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在及時(shí)獲得農(nóng)田或農(nóng)業(yè)大棚等農(nóng)民種莊稼所需的各種信息。將各種帶有可需傳感器的節(jié)點(diǎn)布放在農(nóng)田或農(nóng)業(yè)大棚之中，構(gòu)成無(wú)線傳感器監(jiān)測(cè)武器網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)各種傳感器采集信息，以幫助農(nóng)民及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)溫濕度及土壤條件進(jìn)行科學(xué)地調(diào)控。另外糧庫(kù)的管理也可以借助無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)糧庫(kù)內(nèi)的溫濕度及光照條件，實(shí)現(xiàn)糧庫(kù)

43、管理的自動(dòng)化，智能化。（4） 環(huán)境監(jiān)控人們對(duì)于環(huán)境的關(guān)注與日俱增，環(huán)境監(jiān)測(cè)涉及許多方面，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面范圍甚廣，與人們生活有關(guān)的涉及空氣質(zhì)量，溫濕度，和人們居住環(huán)境等。與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的由有土壤質(zhì)量，農(nóng)田溫濕度，大棚溫濕度與光照度，家畜生長(zhǎng)環(huán)境，農(nóng)作物灌溉等諸多方面。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面大有用武之地，是環(huán)境監(jiān)測(cè)走向智能化不可缺失的工具。（5） 建筑物質(zhì)量監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以用于對(duì)建筑物的狀態(tài)和質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，建筑物狀態(tài)監(jiān)測(cè)（Structure Health Monitoring SHM）主要用于監(jiān)測(cè)建筑物長(zhǎng)期使用出現(xiàn)的老化而導(dǎo)致的一些安全隱患。目前在國(guó)內(nèi)外很多大型橋梁上都布

44、放了大量的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接節(jié)點(diǎn)，橋梁上任何部位出現(xiàn)了問(wèn)題都可以查出，及時(shí)向提供維護(hù)人員提供有關(guān)信息。（6） 智能交通在交通領(lǐng)域無(wú)線傳感網(wǎng)也可以發(fā)揮作用，例如車(chē)輛運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)，當(dāng)前位置，運(yùn)行速度與交通擁堵情況，交通的自動(dòng)報(bào)站電子站牌與信息查詢等。（7） 醫(yī)療護(hù)理無(wú)線傳感網(wǎng)在醫(yī)療研究，護(hù)理等領(lǐng)域也可以大顯身手，在醫(yī)療系統(tǒng)和健康護(hù)理方面的應(yīng)用包括監(jiān)測(cè)人體的各種生理數(shù)據(jù)，跟蹤和監(jiān)控醫(yī)院內(nèi)醫(yī)生和患者的行為，醫(yī)院的藥物管理等。（8） 緊急狀態(tài)在發(fā)生了地震，水災(zāi)，強(qiáng)熱帶風(fēng)暴或遭受其他災(zāi)害打擊后，固定的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施（有線通信網(wǎng)絡(luò)，蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)或基站等網(wǎng)絡(luò)設(shè)施）可能被全部摧毀或無(wú)法正常工作，這時(shí)就可以通過(guò)

45、部署不依賴(lài)任何固定網(wǎng)絡(luò)設(shè)施并能快速布放的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)幫助搶險(xiǎn)救災(zāi)，從而達(dá)到減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的目的。（9） 家庭應(yīng)用現(xiàn)代化居住使家庭生活的封閉性越來(lái)越強(qiáng)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在家庭中有著廣闊的應(yīng)用空間，。通過(guò)分布在各個(gè)房間的傳感器，獲得每個(gè)房間的溫濕度，可以實(shí)現(xiàn)智能的控制平衡居室的溫濕度。還可以通過(guò)在家電，家具及門(mén)窗上安裝相應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)，利用這些節(jié)點(diǎn)來(lái)構(gòu)建一個(gè)智能家具居系統(tǒng)，例如當(dāng)燃?xì)馓綔y(cè)器探測(cè)到燃?xì)庑孤稌r(shí)或演武煙霧探測(cè)器探測(cè)到煙霧濃度過(guò)高時(shí)會(huì)同時(shí)向主控器和窗戶驅(qū)動(dòng)器發(fā)出信號(hào)，自動(dòng)開(kāi)窗通風(fēng)放氣，主控器報(bào)警循環(huán)撥打預(yù)先設(shè)置的電話號(hào)碼，燃?xì)馓綔y(cè)器還會(huì)放出通風(fēng)裝置進(jìn)行通風(fēng)。當(dāng)小孩靠近窗戶欲爬窗時(shí)

46、，當(dāng)進(jìn)行風(fēng)雨天氣時(shí)，窗戶將自動(dòng)關(guān)上。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在家庭中的應(yīng)用，能給人們的家居生活帶來(lái)革命性的變革。隨著傳感器網(wǎng)絡(luò)的深入研究，傳感器網(wǎng)絡(luò)將逐步深入到人類(lèi)生活的方方面面，從大型廠礦到居室，到處都會(huì)有無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是微電子技術(shù)和的進(jìn)步，微型，智能，高效，廉價(jià)和的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)將必然必將走進(jìn)人們的生產(chǎn)和生活領(lǐng)域，使人們感受到一個(gè)無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)世界。1.3 ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)1、 概述為了滿足小型、低成本設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無(wú)線聯(lián)網(wǎng)的要求，IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)在2000 年成立了IEEE 802.15.4 工作組）致力于定義一種低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速

47、率的近程無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。這個(gè)工作組主要負(fù)責(zé)制定物理層和MAC 層協(xié)議，其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)。高層應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的制定則由成立于2001 年8 月的ZigBee聯(lián)盟（ZigBee Alliance)負(fù)責(zé)。ZigBee 一詞源自蜜蜂群在發(fā)現(xiàn)花粉位置時(shí)，通過(guò)跳ZigZag 形舞蹈來(lái)告知同伴，達(dá)到交換信息的目的，借此稱(chēng)呼一種專(zhuān)注于低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速率的近程無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。正式的IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)在2003 年發(fā)布，ZigBee 聯(lián)盟在IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，于2005 年6 月公布了第一份ZigBee 規(guī)范。ZigBee和IEEE 802.15.4標(biāo)

48、準(zhǔn)都適合于低速率的近程數(shù)據(jù)傳輸，工作在20 250 kbps 的較低速率，與其他無(wú)線技術(shù)比較，適合傳輸距離相對(duì)較近的應(yīng)用，因此ZigBee無(wú)線技術(shù)非常適合組建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。2、技術(shù)優(yōu)勢(shì)ZigBee 是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)，其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備，特別適合組建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。（1） 低功耗在工作模式下，由于ZigBee傳輸速率比較低，傳輸數(shù)據(jù)量小，因此信號(hào)的收/發(fā)時(shí)間短，而非工作模式下，ZigBee節(jié)點(diǎn)可以處于休眠。除此以外，設(shè)備的搜索、休眠激活和信道接入時(shí)延都很短，使得ZigBee節(jié)點(diǎn)非常省電。

49、2 節(jié)5 號(hào)干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作624 個(gè)月，甚至更長(zhǎng)，這是ZigBee 的突出優(yōu)勢(shì)。（2） 低成本通過(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議（不到藍(lán)牙的1/10），降低了對(duì)通信控制器的要求，按預(yù)測(cè)分析，以8051的8位微控制器測(cè)算，全功能的主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼，精減功能的子節(jié)點(diǎn)少至4KB 代碼。因此可以采用8位單片機(jī)和規(guī)模很小的存儲(chǔ)器，大大降低了器件成本。（3）低速率ZigBee工作20250 kbps的較低速率，分別提供250 kbps（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。（4）近距離傳輸范圍一般介于10100m之間，在

50、增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到13 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)。（5）短時(shí)延ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30 ms。相比較，藍(lán)牙需要310s、WiFi需要3s。（6）高容量ZigBee可采用星狀、樹(shù)狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254 個(gè)子節(jié)點(diǎn)，即每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可支持255個(gè)設(shè)備；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65000 個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。（7）高安全ZigBee 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（ACL）

51、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(chēng)密碼，以靈活確定其安全屬性。（8）免許可無(wú)線通信頻段采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療（ISM）頻段，2.4 GHz（全球）、915 MHz（美國(guó)）和868 MHz（歐洲）。（9）自組網(wǎng)與動(dòng)態(tài)路由在ZigBee網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，通常傳感器節(jié)點(diǎn)被放置在沒(méi)有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的地方，只要在通信距離之內(nèi)，傳感器節(jié)點(diǎn)可放在任何地點(diǎn)，靠ZigBee 的自組網(wǎng)能力，自動(dòng)組成各種傳感器網(wǎng)絡(luò)。所謂動(dòng)態(tài)路由是指網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂讲⒉皇穷A(yù)先設(shè)定的，而是傳輸數(shù)據(jù)前，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時(shí)可利用的所有路徑進(jìn)行搜索，分析它們的位置關(guān)系以及遠(yuǎn)近，然后選擇其中的一條路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。Zig

52、Bee就是采用這種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)使其在一些方面顯示出極大的優(yōu)勢(shì)，出發(fā)點(diǎn)是希望能發(fā)展一種易布建的低成本無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，而其低耗電性可使產(chǎn)品的電池能維持6個(gè)月到數(shù)年的時(shí)間。通常來(lái)說(shuō)，若是符合如下條件之一的應(yīng)用，就可以考慮采用 ZigBee技術(shù)做無(wú)線傳輸：l 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很小，要求設(shè)備成本很低；l 設(shè)備體積很小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊；l 沒(méi)有充足的電力支持，只能使用一次性電池；l 頻繁地更換電池或者反復(fù)地充電無(wú)法做到或者很困難；l 需要較大范圍的通信覆蓋，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備非常多，但僅僅用于監(jiān)測(cè)或控制。具體的應(yīng)用領(lǐng)域如下：（1） 家庭和建筑物的自動(dòng)化控制照明，空調(diào)，窗

53、簾等設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，以使其更加節(jié)能，并為用戶提供方便；煙塵，有毒氣體探測(cè)器等遠(yuǎn)距監(jiān)測(cè)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)異常事件的發(fā)生，以提高安全性；（2） 消費(fèi)性電子設(shè)備：電視，DVD等電氣設(shè)備的無(wú)線電遙控；（3） PC機(jī)外設(shè)：無(wú)線電鍵盤(pán)，無(wú)線鼠標(biāo)等；（4） 工業(yè)控制利用傳感器ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸，數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，分析和處理變得更加容易；（5） 醫(yī)療設(shè)備控制和醫(yī)療保??；醫(yī)療傳感器，病人的緊急呼叫按鈕，病人狀態(tài)和監(jiān)測(cè)等；（6） 農(nóng)業(yè)方面：農(nóng)田耕作，環(huán)境監(jiān)測(cè)、水利水文監(jiān)測(cè)的無(wú)線通信；（7） 交通方面：智能電子站牌，自動(dòng)報(bào)站，車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視；（8） 軍事方面：戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視，下達(dá)命令，控制軍事設(shè)備等；3.ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

54、ZigBee可以構(gòu)建一個(gè)由多達(dá)上網(wǎng)萬(wàn)個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間均可實(shí)現(xiàn)相互間通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間距離可以達(dá)到上百束米，而且ZigBee網(wǎng)絡(luò)還可以與現(xiàn)有的其他各種網(wǎng)絡(luò)連接。（1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)ZigBee支持和了解靜態(tài)和動(dòng)態(tài)子自組織無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型樹(shù)形網(wǎng)狀（Mesh）其中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性，在自組網(wǎng)和選擇網(wǎng)絡(luò)路徑時(shí)更加靈活，非常適合大型傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求。（1）星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫切途W(wǎng)有一個(gè)功能較大的主器件，即全功能設(shè)備FFD（Fwll FuncTional Device）作為網(wǎng)絡(luò)中心負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)全網(wǎng)的工作，故又稱(chēng)協(xié)調(diào)器（Coordinator

55、）。簡(jiǎn)化功能設(shè)備RFD（Reduced FuncTional）分布在其無(wú)線通信覆蓋范圍內(nèi)，RFD的功能是發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，與通信系統(tǒng)的通信終端類(lèi)似，故稱(chēng)終端設(shè)備（End Device）。這種網(wǎng)絡(luò)屬于主從結(jié)構(gòu)，如圖1-9所示，它的控制與同步都比較簡(jiǎn)單，適用于節(jié)電點(diǎn)設(shè)備比較少的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸只有一條路由路徑。圖1-9 星型網(wǎng)（2）樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?shù)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，除包括一個(gè)協(xié)調(diào)器和眾多終端設(shè)備之外，又添加了一些全功能設(shè)備，以增加網(wǎng)絡(luò)的通信距離，這些全功能設(shè)備除具有終端設(shè)備的發(fā)送接收數(shù)據(jù)的功能之外哈還具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的功能，故稱(chēng)路由器（Router）。在樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器連接一些路由器或終端設(shè)備，這

56、樣就形成了一個(gè)多各個(gè)層級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，如圖1-10所示這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)路由器的接力，延長(zhǎng)了通信距離，缺點(diǎn)也是數(shù)據(jù)傳輸只有一條路徑。圖1- 10 樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)（4） 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求更復(fù)雜和更嚴(yán)格的情況，網(wǎng)絡(luò)中的全功能設(shè)備FFD作為路由器，它們之間可以直接地通信，這種路由機(jī)制使得信息的通信變得更加靈活和有效率，一旦一條路由路徑出了問(wèn)題，信息可以自動(dòng)地沿著其他的路由路徑進(jìn)行傳輸，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淙鐖D1-11所示。 圖1-11 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（2）網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)地址在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有2種地址模式，分別用于不同場(chǎng)合。1）IEEE MAC地址 這是一種64位的地址，這個(gè)地址由IEEE組織進(jìn)行分配，用于唯一的標(biāo)識(shí)設(shè)備，全球沒(méi)有任何兩個(gè)設(shè)備具有相同的MAC地址。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，有時(shí)也叫MAC地址為擴(kuò)展地址。一下以下章節(jié)還要較詳細(xì)介紹。2）16位短地址：16位地址用于在本地網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)識(shí)設(shè)備，所以不同網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備有可能具有相同的短地址。發(fā)、當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候?qū)⒂伤母腹?jié)點(diǎn)給它分配短地址。一下以下章節(jié)還要作較詳細(xì)介紹。4 ZigBee協(xié)議棧ZigBee協(xié)議是建立在IEEE802.15.4協(xié)議定義的物理層和MAC層基礎(chǔ)之上的，分為 應(yīng)用層 應(yīng)用支持