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无线传感器网络路由协议的研究
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一种低成本无线传感器网络节点的设计[图]
一种低成本无线传感器网络节点的设计[图]
　　摘要：基于PIC低功耗单片机与MEMS加速度传感器，设计了一种低成本的无线传感器网络节点。该设计采用性价比较高的PIC16系列单片机，软件模拟PT2262遥控编码器，配合I2C接口加速度传感器、微型高频发射器件，实现了通用MCU无线传感器的节点方案，省去了昂贵的专用RF芯片，降低了系统成本。节点整体采用3.3V单节锂电池供电。实验结果表明，该方案具有可靠、灵活、低功耗、低成本的特点，可广泛应用于低速实时测量、监控防盗等场合。
　　目前有多种可供选择的无线组网方案，如ZigBee，其具有功耗低、传输速率高、体积小、协议成熟、节点能够协同工作等特点。但ZigBee由于采用国外技术，其芯片价格高，限制了它的普及应用。PT2262/PT2272系列编解码芯片是一种采用CMOS工艺、低功耗、低价位芯片，在遥控门、防盗、玩具等产品中大量使用，但其在数据传输、安全性等方面有所不足。本文利用PIC16LF876单片机模仿PT2262编码方式，并进行了改进，配合433MHz高频发射电路，实现了数据的无线传输组网。传感器选用具有数字I2C接口的双轴加速度传感器MX6202，可以无线采集加速度、倾斜角数值，具有接口简单、体积小、价格低的优点。无线节点部分均选用低电压器件，实现了单节锂电池供电。特别适合网点数量庞大、对成本敏感(如家居、防盗、物联网等)场合的应用。
　　1 无线传感器系统设计方案
　　无线传感器系统包括传感器节点与网关两部分。传感器节点负责实地数据采集，网关负责接收各节点数据，汇总处理后经GSM/GPRS网络通知用户。本文重点介绍传感器节点，给出了软硬件实现方法。无线传感器系统组成如图1所示。其中无线传感器节点中的虚线框为扩展部分，F05V与J05U为微型433M发射接收模块；无线网关部分负责汇总节点信息与外界通信，采用EM310模块，GSM/GPRS传输。
&&&& 图1 低成本无线传感器网络设计框图
　　传感器网络采用星形连接方式，由各无线节点与网关组成。在大部分场合下(如防盗、环境监测等)可以采用单向通信方式，即节点发射、网关接收，这样，图1中的虚线部中的节点的超外差接收电路、网关的RF发射电路即可以省去。当需要实时采集、强调同步性时，加上虚线框内部分，由网关集中控制各节点动作，通过发采集或变更工作模式指令，控制各节点，采用双向通信方案。本文介绍的为单向通信方案。
　　传感器节点是系统的重要部分，负责现场采集工作，其工作稳定与否对整个系统具有至关重要的作用。而当节点数量较多时，它的成本占系统的绝大部分。有许多节点需要独立在室外工作并由电池供电，对能耗有较高的要求。为此，本设计通过PIC单片机模拟PT2262芯片编码，对433MHz高频电路完成键控调制(ASK)，省去了无线收发芯片，实现了通用MCU+传感器的节点方案，大大降低了系统成本。采用的PIC超低功耗MCU，具有与MSP430相似的节能特性，选用低电压RF模块F05V，实现了系统的3.3V供电。
　　2 无线传感器节点设计
　　2.1 节点硬件电路设计
　　无线传感器节点是本文的重点部分，需要满足低成本、低功耗、小体积、适合电池供电等要求。无线节点方案比较如表1所示。
　　表1 无线节点方案比较
　　(1)本节点设计时所用器件及其性能：选用的PIC16LF876单片机，其性价比较高、外设丰富、工作稳定，具有针对电池供电的低功耗系列；最高速率为4MIPS，工作电压为2~5.5V，22 个I/O 口，片上集成有WDT、CCP、PWM、A/D等外设，14KB Flash，368bit RAM、256bit EEPROM，具有休眠省电模式。PIC16系列单片机不同型号之间大部分可兼容，可以根据需要，选用价格更低的PIC16F72或采用纳瓦(nW)及超低功耗技术的PIC16F723，程序稍作改动，器件即可封装兼容。
　　(2)加速度传感器选用数字I2C接口的双轴加速度传感器MXC6202，其具有&2g的测量范围，可以测量重力加速度，小体积、低功耗、接口简单，工作电压范围为2.7~3.6V，有休眠模式，在保证低价格、小体积的同时，可以满足防盗、人体姿态测量等应用的需求。
　　(3)RF电路采用F05V微型发射模块，具有2.1~3.5V的低电压、低功耗(10mA，连发)及1~10kb/s的传输速率，可以满足监控等场合数据采集的需要。小体积、低价位，只有正电源、地、数据输入、天线(天线按照手册由导线绕制而成)输出4个接口，可以像一个三极管一样使用它。
　　(4)网关配套的接收电路是J05U超外差接收模块，具有与F05V类似的特点。使用PT2262/PT2272编解码方案，开阔地接收距离在300m左右。
　　(5)无线节点采用的是电池供电的方式，因此，电池的好坏对整个系统的工作持久性有重要影响。本设计采用的是非充电性18650高容量锂电池，电压为3.7V，容量在1700mah以上，具有涓流放电、电压恒定等特点。经肖特基二极管降压后得到约3.3V电压为系统供电。节点的硬件原理图如图2所示。
&&&& 图2 无线传感器网络节点原理图
　　图2中右上角是PT2262的管脚图可以看出，PIC16F876单片机保留了PT2262的8bit地址脚，4bit数据脚。这样做是为了增加系统灵活性，将节点模块从一个网络转移到另一个网络，只需变更三态编码开关A0~A7，就可将其设置成与欲转入网络网关的地址(6561种)。4bit数据口D1~D4采用2bit拨码开关，为传感器编号，这相当于节点在网络内的ID(16种)。
　　图2中右下角为加速度传感器MXC6202 、I2C接口。X、Y轴加速度值各为12精度。可以看到该传感器接口简单，没有地址编码脚，因地址在出厂前已确定，一路I2C总线只能有一片MXC6202 。PIC16单片机集成了一路I2C接口，但为了以后扩展多路加速度传感器，采用软件模拟的办法，用RC4 、RC5 、RC6 、RC7 4个I/O口模拟了两路I2C接口电路。此外，I2C接口类传感器还带有温湿度传感器STH1X、双轴磁场传感器MMC212X等，只要稍微更改程序，就可以扩展到本系统上。
　　2.2 节点软件设计
　　单片机主要有两个任务：模拟PT2262波形对高频电路进行ASK调制，模拟I2C总线读写MXC6202 。要想让软件模拟一个硬件电路，必须掌握硬件电路的工作原理：PT2262是红外遥控编码器，PT2272是其接收解码器，两者常常配对使用。发射端PT2262共有12个地址端，发射的每一组数据都由12bit脉冲组成，顺序是从A0~A11，每个地址端有三种接法。常见的是用其中8bit(A0 ~A7)作为地址编码，其余4bit(D1 ~D3)作为数据编码，外加1bit同步码，每组至少发送4次。接收端PT2272舍弃第一组，当连续得到两组与本身地址一样的信号时，则解码。参考文献[1-2]分别介绍了单片机模仿PT2262的编码方法和PT2272的解码方法。由于需要传输X、Y两个轴各12bit加速度值，因此，每帧36bit数据，帧间加1bit同步码，传输4次。单片机编码方案如图3所示。必须注意的是，由于高频发射具有随机性，在不发射时表现为白噪声，因此解码时应舍弃第一帧数据，从第二帧开始解码。
&&&& 图3 单片机编码方案
　　传输的数据位格式分为：高电平(11) 、低电平(00) 、高阻态(01)三种，0 、1由高低电平的占空比决定。软件中设200&s、600&s两个延时函数。单片机调用这两个延时函数，在RA1管脚上输出相应的高低电平就能够模拟出这三种状态数值，从而完成单位数据的ASK调制。
　　单片机在发射前首先读入预先设定的A0~A7 8bit三态地址，D1~D4 4bit节点网内ID，再加上加速度传感器X、Y轴的各12bit加速度值，共36bit数据，按图3的格式依次发送出去，就可以进行数据传输了。每帧数据传输4次，每帧之间由大约10ms的帧间码隔开，帧间码由一个200&s高电平与10ms的低电平组成，发送一次数据的时间约为200ms，这样1s内最多可传送5次数据，在大多数场合是可以满足要求的。为了节省能耗，可以根据需要选择发射速率，在不发射时，应使单片机、F05V、加速度传感器处于休眠状态。处于休眠状态的PIC单片机可以使用看门狗等方式唤醒。用超外差接收模块J05U接收，可以在300m的开阔地传输数据。当需要较高的数据传输速率时，应缩短宽窄脉冲时间长度。但需要注意的是，当脉冲宽度减少时，发射功率也同时减少。因距离与速度是矛盾的关系，当发射功率超过20Hz时，建议使用专用RF芯片。
　　MXC6202在使用中作为从器件，PIC单片机只要按照标准I2C时序控制MXC6202即可。参考文献[3]介绍了利用单片机的普通I/O口模拟I2C总线的方法。MXC6202的地址在出厂时已经确定了，共8种，在一路I2C总线上只能挂一个加速度传感器。当需要两个MXC6202测三轴加速度时，需要占两路独立的总线。为此，根据标准I2C时序，模拟了两路I2C总线，以两路循环采集。MXC6202示例驱动程序如下：
　　IICStart( )；//器件初始化，每次从休眠模式唤醒重新初始化
&&&& IICSendByte(0x20)；//写器件地址，MEMS传感器地址出厂时已固定
&&&& IICSendByte(0x00)；//器件内部寄存器地址，只有一个可写寄存器0x00
&&&& IICSendByte(0xf0)；//最低位写0，睡眠模式唤醒；写1，进入睡眠模式
&&&& Delay_75ms()；//睡眠唤醒时，需要75ms的延时//下面是依次接收：X高、X低、Y高、Y低4位数值
&&&& IICStart( )；
&&&& IICSendByte(0x20)；//写MEMS传感器
&&&& IICSendByte(0x01)；
&&&& IICStart( )；
&&&& IICSendByte(0x21)；//读MEMS传感器
&&&& for(ii=0；ii&3；ii++)
&&&&&&&&& s[ii]=IICReceiveByte()；
&&&&&&&&& IICAck(0)；
&&&& s[3]=IICReceiveByte()；
&&&& IICAck(1)；//最后一位不应答
&&&& IICStop( )；
　　测斜度时，采用查表与计算相结合的方法(器件手册中给出了参考方法)。单片机模拟的波形如图4所示。图4(a)是单片机RA1口模拟PT2262发出的一串数列。图4(b)是从MXC6202器件中读出的一帧数据，为便于观察，将两组波形重叠在一起，高的为总线数据线信号，低的为总线时钟信号。
&&&& 图4 单片机模拟的波形
　　3 无线网关设计
　　无线网关由主控单片机、GSM模块和超外差接收模块J05U等组成，负责传感器网络的管理与控制，接收节点传来的数据并在必要时通过网络等方式告知用户。网关选用PIC18F6621单片机，GSM模块选用的是EM310模块。网关主要部分原理图如图5所示。
&&&& 图5 网关主要部分原理图
　　PIC18F6621单片机有：两个串口，使用串口2与EM310通信，串口1用于外部接口，如作为GPRS DTU、连接上位机、串口摄像头等；传送速率最高为10MIPS；4KB RAM、64KB Flash；内部集成有AD、WDT等外设。
　　EM310的1~6管脚与SIM卡电路连接。PIC18F6621有55个IO口，空余的I/O口可以接1602液晶进行显示。DS12C887时钟芯片作为整个无线网络的时基。需要注意的是，EM310在接通网络的瞬间会产生一个接近2A的峰值电流，因此电源部分需有冗余，因此推荐使用开关电源。
　　网关的功能主要有三个：对接收到的节点数据进行解码、判断是哪个节点传来的信号及是否需要报警、控制EM310向设定手机发送短信及拨打电话等。
　　解码是编码的逆过程，关键是将发射节点编码的600&s 、200&s宽窄脉冲正确识别。当单片机侦听到开始码(即连接J05U模块的DATA引脚RD0产生第一个上升沿)时，开始分析数据，舍弃第一帧数据，对第二帧、第三帧、第四帧进行解码。利用PIC单片机内部定时器0计时，当有电平高低变化时，记录下TMR0数值，并清零，重新开始计数。这样可以把每一个高低电平宽度记录下来；然后比较解码，180&s~250&s之间为窄脉冲，550&s~650&s之间为宽脉冲；并将数据帧中的前8个数据与EEPROM中预存的地址码进行比对，当有两次相同时即表明正确解码，将节点ID 4bit数值，X、Y轴各12bit数据储存起来并进行处理。
　　EM310是一款兼容型GSM/GPRS通信模块，硬件兼容MC55，广泛用于数据采集、远程测试等；内嵌TCP/IP协议，具有低价位、使用方便的特点。选用该模块是为了方便系统GPRS功能扩展(如加接串口摄像头实现现场摄像、传输视频等功能)。EM310进行信号传输时(尤其是进行GPRS传输时)，会产生一个2A左右的尖峰电流，因此网关供电需要采用2A以上的电源(如开关电源等)。EM310的所有命令、数据传输均通过串口，支持最高波特率为115200b/s，数据包包长可以达到2KB，可以传输图像数据，便于系统以后扩展图像监控功能。
　　EM310与PIC18F6621之间接口非常简单，只占用RX、TX、GND三根线，采用AT指令进行通信，除个别指令外，每条指令均以回车符作为结束标志。本设计中用到了发送短信与拨打电话功能。发送短信AT指令为：at+cmgs=\&139XXXXXXXX\&，在EM310应答后，发送短信内容，并以&0x1A& 结束短信内容。拨打电话AT指令如下：ATD139XXXXXXXX；， 其中&139XXXXXXXX& 为预先设定的用户手机号码。
　　本文提出了一种低成本的无线加速度传感器方案，采用通用单片机模仿成熟的编解码方案，降低了开发难度与风险，有明显的价格优势，适合对成本敏感、而对速度要求不高的场合，如工地器材防盗、智能家居网络等。节点选用的芯片均为低功耗芯片，采用大容量锂电池就可以使节点长期工作。I2C接口的传感器种类有很多，更换传感器就可以实现磁场强度分布检测、粮食仓库温湿度检测等，而且PIC单片机内集成有A/D，也可以与其他模拟输出的传感器结合，因此本方案有通用性。使用GPRS网关可以实现远程监控测试。
　　参考文献
　　[1] 安颖，张丽慧.PT2262遥控编码功能的软件实现[J].嵌入式与SOC，2005(5)：111.
&&&& [2] 郝迎吉，刘义刚，樊润丽.基于单片机实现遥控编码器PT2262的软件解码[J].国外电子元器件，)：36-39.
&&&& [3] 陈志辉.I2C总线在MCS51系列单片机数据采集系统中的实现[J].微计算机信息，)：67-69.
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摘要：本文提出了利用GSM网络传输基于Zigbee无线传感器汇节点数据的完整无线传感器网络设计，网络采用星型拓扑和需求时唤醒Zigbee模块的通信方式，有效降低了每个Zigbee传感器节点的功耗，减少了传感器节点向汇节点上报数据时相互碰撞的概率，并利用GSM网络传输汇节点的数据，改变了传统无线传感器网络需要依托有线公共网络进行数据传输的限制，使网络具有非常显著的优点。1. 引言&&& 无线传感器网络(wireless sensor network) [1]是一个热点的研究领域，它在环境监测、军事、医疗健康、家庭智能监控和其他商业领域[2]有着广泛的应用前景。无线传感器网络具有传感器节点密度高，网络拓扑变化频繁，以及节点的功率、计算能力和数据存储能力有限等特点。&&& GSM（Globe System of Mobile）网络是覆盖范围广，性能较为完善的无线网络，GSM通信网本身具有较强的数据纠错能力[3]，数据传输率较高可达9.6kbit/s能够保证数据传输的可靠性和实时性，本文提出的网络实现采用SIEMENS TC35模块作为GSM网数据传输终端。Zigbee技术是一个具有统一技术标准的短距离无线通信技术，其PHY层和MAC层协议为IEEE802.15.4协议标准[4]。Zigbee技术具有三个工作频段，本文提出的无线传感器网络工作在2.4GHz 全球通用的ISM（Industrial，Scientific and Medical）免付费频段上，划分为16个信道，在该频段上，数据传输速率为250kb/s。用Zigbee技术组成的无线传感器网络结构简单、体积小、成本低；采用GSM网络进行数据传输的TC35模块体积小、功耗低，适合作为无线传感器网络的数据节点，Zigbee技术、GSM网络数据传输与传感器技术相结合组成新兴的无线传感器网络，必将有广泛的应用前景。在本文第二节将详细介绍实现基于Zigbee的无线传感器设计，在第三节我们重点介绍用TC35模块实现的数据传输，其网络的性能和工程中需要注意的问题将利用第四节进行简单总结。2.基于Zigbee无线传感器网络&&& 到目前为止，Zigbee技术在国外已经在家庭网络、控制网络、手机移动终端等领域有了一定的应用，但是现有Zigbee技术构成的网络每个接入点所能接纳的传感器的节点数远远低于协议所标称的255个，为了达到传感器网络密集覆盖的目的，就必须进行复杂的组网，这不仅增加了网络的复杂性，还增加了网络整体的功耗，降低了传感器节点的寿命。本方案则基于每个传感器节点和汇节点之间通信量较小的特点，提出了一种基于需求时唤醒(Wake up On-demand )的星型网络拓扑模式，需求时唤醒的基本思想就是传感器节点在监测的环境发生变化时，传感器节点能自动醒来和汇节点进行通信并上报相关信息；否则工作于睡眠状态并采用低功率监测信道，以节约传感器节点功耗并拒绝接受非法的连接访问请求，大大降低了接入汇节点时消息碰撞的概率，极大地增加了传感器网络容量。2.1 传感器网络的系统结构&&& 本文提出的无线传感器网络是基于Zigbee并采用GSM进行数据通信传感器网络，它是由大量的无线传感器节点、汇节点和GSM数据传输模块组成的分布式系统，如图1所示。基于簇(Cluster)的分层结构具有天然的分布式处理能力，簇头就是分布式处理中心即本文无线传感器网络的一个汇节点，每个簇成员（传感器节点）都把数据传给簇头，数据融合后直接传给GSM数据传输。中央控制中心通过GSM网络与多个汇节点连接，汇节点和传感器节点之间通过Zigbee技术实现无线的信息交换，带有射频收发器的无线传感器节点负责对数据的感知和处理并传送给汇节点；控制中心通过GSM网络获取采集到的相关信息，实现对现场的有效控制和管理。&2.1.1 Zigbee无线传感器节点&&& 对于一个完整的传感器节点，需要具有小尺寸、低功耗、适应性强的特点，Zigbee设备为低功耗设备，其发射输出0dbm～3.6dbm，通信距离为30米～70米，具有能量检测和链路质量指示，根据这些检测结果，设备可自动调整设备的发射功率，在保证通信链路质量的条件下，最小地消耗设备能量，本文提出的无线传感器网络其节点在睡眠状态时，功耗电流约为30uA。在传感器网络数据通信时，Zigbee建立一次连接的时间约为20ms，这样短的连接时间可以大大减少传感器节点上报给汇节点数据碰撞的概率。在网络安全方面，无线传感器网络在Zigbee技术上，采用了密钥长度为128位的加密算法，对所传输的数据信息进行加密处理。&&& 本文提出的无线传感器节点的硬件结构如图2所示，它由Zigbee模块（MC13192和MC9S08两部分所组成）、硬件检测电路和定时器组成。硬件检测电路检测传感器节点所在的环境，当环境发生变化时，触发Zigbee模块的I/O中断将信息传送给Zigbee模块，模块从睡眠状态唤醒，模块利用自身的控制芯片对信息进行处理后，再以无线的方式传送给汇节点。&2.1.2 Zigbee汇节点和GSM数据模块 &&& 分布在传感器网络中的汇节点主要用于接收传感器节点的数据上报，并将其进行融合处理，传给TC35数据模块通过GSM网络传递给中央信息控制中心。Zigbee无线传感器网络中的汇节点及其GSM数据模块其硬件模块如图3所示，它由Zigbee模块、16位微控制器MSP430、GSM数据模块TC35组成。Zigbee模块和微控制器之间的连接是通过异步串行口实现的，它们之间的通信速度为38.4kBaud，由于传感器网络中分布着多个汇节点，因此16位的微控制器要利用软件中断实现对不同ID汇节点上传数据轮询扫描，使汇节点的数据可以有序、完整地通过微控制器处理后传出。汇节点在此传感器网络中充当的是传感器节点和GSM网络之间的网关。&2.1.3 中央信息控制中心&&& 中央信息控制中心由监控模块、配置模块、数据库三个部分组成。它通过GSM网络与多个汇节点间接连接在一起，监控模块通过对通信串口的实时监控，实现对分布式汇节点上报信息的及时接收、解析、处理以及发送控制信令给不同ID的汇节点实现对传感器节点的间接、实时性的监控和数据采集。2.2 Zigbee汇节点和传感器节点之间基于需求时唤醒的工作模式&&& 为了增加Zigbee无线传感器网络的容量以及解决传感器网络中一个重要的能源供给的问题，对于Zigbee传感器网络核心之一&&Zigbee汇节点和传感器节点之间的通信。本网络采用了基于需求时唤醒的工作模式。这种模式可以大大节省传感器节点的功耗，减少信息上报的时的碰撞概率，延长网络的寿命。下面详细讨论一下Zigbee汇节点和传感器节点之间的通信过程，即它的初始化过程和信息处理过程。2.2.1 Zigbee模块初始化过程&&& Zigbee模块进行通信之前需要进行有效的初始化，Zigbee汇节点和传感器节点之间的初始化流程如图4所示，在初始化通信过程中，汇节点主动广播连接信令， 在传感器节点成功地接收和验证一个数据帧和MAC命令帧后，向汇节点返回确认帧，传感器节点的Zigbee模块被置于Sleep工作模式，接下来汇节点与传感器节点进行主从角色转换，汇节点模块处于从模式工作状态，等候响应连接请求信令；此时传感器节点中的Zigbee模块工作在主模式下，等待着有需求时唤醒发起连接请求。在初始化结束后，传感器节点Zigbee模块工作于Sleep模式，拒绝任何的连接请求。这种设计大大降低了传感器节点的功耗；并且传感器节点只是在有需求时唤醒并主动与汇节点建立连接，从而有效地控制了其他网络中Zigbee物理射频以及其他传感器节点和汇节点的非法连接请求，保证了汇节点和传感器节点间通信的安全可靠。 & 2.2.2 Zigbee模块信息处理过程&&& 信息处理过程是在传感器节点的硬件检测电路检测到其所在的环境发生变化时，由传感器节点中的Zigbee模块对信息简单处理后，主动发起连接将处理后的信息传送给汇节点，其通信流程如图5所示。由于在工程中测试结论已表明，该无线传感器网络的传感器节点99％以上的时间处于Sleep状态，只需要周期性地监其无线信道，判断是否有需要自己处理的数据消息，功耗的数学期望值可低至30&A。3.GSM数据传输的实现&&& 本文提出以GSM网络作为数据无线传输网络，是整个无线传感器网络中一个很突出的优点，采用SIEMENS公司TC35模块作为数据传输终端，可以快速、可靠地实现传感器网络中数据的传输。TC35由若干超大规模集成电路和射频器件组成，相当于一个移动台,内嵌 SIEMENS TC35 移动引擎电路模块，支持数据业务，工程中可做嵌入式应用。利用MSP430微控制器控制TC35模块完成汇节点和中央控制中心的通信。MSP430微处理器与TC35通过异步串行口相连，通过AT指令对GSM控制器进行写操作，模块支持标准AT指令，可采用SIMENS增强AT指令控制进行数据传输，在工程应用时，只需要给模块配备SIM即可,数据传输过程描述如下：发送端：AT＋FCLASS=0 ；设置模块为数据传输方式 ATD13********* ；呼叫接收端电话号码CONNECT9600/RLP ；设置波特率&& ；数据发送＋＋＋ ；退回命令状态ATH ；传输终止接收端：&&. ；等待呼叫检测ATA ；应答，设置ATS0=1为振铃后自动应答CONNECT9600/RLP ；匹配返回的波特率&& ；数据接收＋＋＋ ；返回命令行ATH ；终止传输4.网络性能改善及结论&&&& 本无线传感器网络实现基于新兴而有潜力的Zigbee技术和较完善的GSM网络的数据传输，工程实验表明有很大的应用价值，Zigbee无线传感器网络核心模块使用的是Freescale公司的射频调制解调器MC13192和一个低电压、低功耗的MCU-HCS08。工程实现的Zigbee无线传感器网络是基于需求时唤醒的，该网络结构只允许在汇节点和传感器节点之间交换数据，即传感器节点向汇节点发送数据以及汇节点发送数据给传感器节点。在汇节点和传感器节点之间没有数据信息交换时，传感器节点处于睡眠状态，汇节点和传感器节点的Zigbee模块只进行低功耗的信道扫描，因而汇节点和传感器节点组成网络拓扑，每个汇节点能够监控的传感器节点的数目大大增加，工程中连接的传感器节点数目已经达到了64个，传感器网络仍然保持着安全稳定的性能。由于每个传感器节点与汇节点之间传输的信息很少，信息碰撞的可能性很小，此拓扑结构和需求时唤醒模式确保了信息的可靠传输。工程中需要注意的要点有：
从发射状态到接收状态转换时间以及从接收状态到发射状态转换时间都应小于aTurnaroundTime值，通常该值为12个符号时期，MC1us。
为了使Zigbee传感器网络能够正常稳定地工作，要求节点都能够达到-85dBm或更高的接收灵敏度。
&Zigbee模块发射机的最小发射功率为-3dBm，在保证模块能够在正常的工作条件下，每个模块的发射功率应尽可能的小。在模块的接收输入端，为保证Zigbee的正常接收，接收端的有用信号不能太大，要求接收机的最大输入电平应大于等于-20dBm。
接收机进行能量检测，检测检测的时间通常设为7～8个符号周期。
&注意射频天线的形状对传输距离的影响，可设定为倒&F&型。&&& 网络有三个显著的改善，网络采用星型拓扑和需求时唤醒Zigbee模块的通信方式，有效降低了每个Zigbee传感器节点的功耗，减少了传感器节点向汇节点上报数据时相互碰撞的概率；利用GSM网络传输汇节点的数据，改变了传统无线传感器网络需要依托有线公共网络进行数据传输的限制；Zigbee技术较之对等实现技术（例如，蓝牙技术）构成的汇节点控制传感器节点的数目大大增加，多达255个。&&& 无线传感器网络与Zigbee技术的结合有着广泛的应用前景，本文提出的Zigbee技术和GSM网络实现的低成本、低功耗的无线传感器网络的解决方案，研究实现了若干关键技术，符合IEEE1451系列标准的要求，允许不同设备之间进行互操作。工程试验结果充分显示了技术的可行性和实现的灵活性。参考文献[1] I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam and E. Cayirci. Wireless sensor networks: a survey[2] Estrin,D. &Wireless sensor networks：application driver for low power distributed systems&. Low Power Electronics and Design, International Symposium on，2001，page:194.[3] 赵长奎.GSM数字移动通信系统[M]. 北京：国防工业出版社.2001[4] Zigbee technology and applications: Freescale Technology Forum[5] Chee-Yee Chong, Kumar,S.P. &Sensor network：evolution, opportunities, and challenges&. Proceedings of the IEEE，2003，vol.91，page:.[6] Akyildiz,I.F. Weilian Su Sankarasubramaniam,Y. &A survey on sensor networks&. Communications Magazine, IEEE，2002，vol.40，page:102-104.[7] /Freescale Document MC13192.pdf. 2004[8] Siemens Corporation: Siemens cellular engines AT command set[EB/OL][9] A. Savvides, S. Park, and M. B. Srivastava, &On Modeling Networks of Wireless Micro Sensors& , SIGMETRICS 2001, June 2001[10] 章步云.GSM数据传输技术及其在野外实时数据采集系统中的应用.通信学报.2004,vol.25 page:94-97[11] 陈丹等.无线传感器网络研究综述.计算机测量与控制.2004,vol.12(8) P701-704
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