基于ZigBee的无线传感器网络协议研究与实现

金色传说

4 a$ G# D& `4 G6 D摘要:首先对ZigBee技术规范进行了概述，然后深刻剖析了基于ZigBee的无线传感器网络的体系结
, k# a) `2 n, q  t2 D构，以微芯公司开发的ZigBee 协议栈为例对网络的具体实现细节进行了研究,最后设计了一种基于
ZigBee协议的嵌人式智能家居系统,实验表明此系统能够实现远程用户以浏览Web页面的方式对家庭
8 F+ B. ]' C# W: X内部子节点进行监测和控制，并具有较好的稳定性、强大的可扩展性以及较高的实用性。
' c+ W; X3 g" x$ L4 D- Y3 [  a关键词: ZigBee 协议;无线传感器网络;网状网络;智能家居:低功耗
一、引言
; V0 m" U/ w( A$ z$ Z无线传感器网络综合了微电子技术、嵌入式信息处理技术,传感器技术，现代网络及无线通信技术等先
进技术，以自组多跳的无线网络方式实时监测各种环境或对象的信息，并可进行处理或控制，应用前景十分
广阔。现有传统的无线技术通常非常耗电，且占用过多的计算和通信资源，大大增加了成本。而像工业控制, .
* U. D. x3 o- {7 t" ~, Q消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化、智能家居和医用设备控制等很多无线应用领域不需要很高的带
宽,只要求低延迟、低功耗，为了满足这种要求，2002 年8月,英国Invensys、日本三菱、美国摩托罗拉及
荷兰飞利浦半导体几家公司成立了ZigBee 联盟，并于12月正式公布了无线通讯技术ZigBee的1.0 标准。
! B6 c( @6 g/ H) QZigBee是为低速率控制网络设计的标准无线网络协议，具有低复杂度、低成本、低功耗、低速率、高安全
性等诸多优点。
二、ZigBee技术规范
; |' t$ J& n$ P+ A5 D( D4 V1、ZigBee协议
$ p; `! N0 \: C% C/ W2 a5 YZigBee标准是基于IEE802.15.4标准的，ZigBee 协议栈分为两部分，IEE802.15.4 处理低级MAC层
2 h( x$ C6 N! r和物理层协议，而ZigBee联盟对其网络层和API进行标准化，ZigBee 节省的大部分能量归功于专为低功率
  I: W- ^9 H6 a  @0 P+ F! D( w设计的IEEE802.15.4 协议，图1为ZigBee协议栈架构，各层之间通过服务接入点(SAP)来实现层与层之
间的数据通信与协议栈管理，层与层之间有两个服务接入点，一个提供数据传输服务，另一个实现管理。
. f- ~8 U, e) u' p. K* K& o$ fZigBee设备在工作时，各种不同的任务在不同的层次上执行，通过层的服务完成所要执行的任务。每一层
的服务主要完成两种功能:根据它的下层服务要求为，上层提供相应的服务;另一种是根据上层的服务要求对
它的下层提供相应的服务，各项服务通过服务原语来实现。.
2、协议各层功能
物理层完成收发数据、激活和休眠射频收发器、信道能量检测、空闲信道评估、数据链路质量指示的功
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无线传感器网络综合了微电子技术、嵌入式信息处理技术,传感器技术，现代网络及无线通信技术等先 进技术，以自组多跳的无线网络方式实时监测各种环境或对象的信息，并可进行处理或控制，应用前景十分 广阔。