国产精品成人网站,精品人妻互换一区二区三区,大肉大捧一进一出视频免费的试看,婷婷激情综合网

　　摘要：通過對新型、開放的無線互聯(lián)技術(shù)Zigbee技術(shù)的分析；結(jié)合傳感器技術(shù)、Zigbee、IEEE1451.2技術(shù)、路由協(xié)議，構(gòu)建了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。分析討論了基于“燃?xì)獗頂?shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)”的無線傳感器結(jié)構(gòu)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)。
　　
　　隨著MEMS技術(shù)和無線通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事、生產(chǎn)、生活、醫(yī)療、科研中有了更廣泛的應(yīng)用范圍。就其功能而言，可以把它分成智能傳感器部分和無線通訊部分。智能傳感器部分可根據(jù)具體情況由不同的硬件組成，同時IEEE組織提出了IEEE1451.2的智能傳感器接口協(xié)議。無線通訊部分實(shí)現(xiàn)的方法，不外乎利用已有的IEEE802.11D、IEEE802.15.1（藍(lán)牙）、IEEE802.15.4（Zigbee）等無線通訊技術(shù)；其中IEEE802.11D相對于其它2個標(biāo)準(zhǔn)來說，主要用于海量數(shù)據(jù)、高帶寬傳輸，但不太適合傳感器數(shù)據(jù)的傳輸。Zigbee和藍(lán)牙相比zui大的不同在于：1）極低的功耗，使用壽命和整個傳感器一樣長，無需更換電池；2）靈活的組網(wǎng)方式，可直接組成各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问剑?）傳感器器件不和網(wǎng)絡(luò)通信時，處于休眠狀態(tài)，通信前須將其喚醒。所以Zigbee是一種低成本、低功耗、低復(fù)雜度的無線技術(shù)，Zigbee技術(shù)相對于藍(lán)牙更適合構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
　　
　　1、Zigbee技術(shù)及其優(yōu)勢
　　
　　1.1Zigbee技術(shù)概述
　　
　　ZigbeeProtocoIStack體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要有5層體系組成。由Zigbee聯(lián)盟與IEEE802.15.4的任務(wù)小組來共同擔(dān)任標(biāo)準(zhǔn)的制定。其中物理層、MAC層標(biāo)準(zhǔn)主要由IEEE802.15.4的任務(wù)小組完成。
　　
　　而數(shù)據(jù)鏈路接層，以及傳輸過程中的網(wǎng)絡(luò)層、還有與用戶的接口是由Zigbee聯(lián)盟主導(dǎo)。　　　　
　　Zigbee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時支持地理定位功能。Zigbee的PHY層中接取方式是采用直接序列擴(kuò)展頻率技術(shù)（DirectSeguenceSpreadSpectrum），它存在如下優(yōu)點(diǎn)：1）擴(kuò)頻信號具有好的隱蔽性。擴(kuò)頻信號的頻譜被擴(kuò)散到很寬的頻帶內(nèi)，相對而言，其功率譜密度也隨之降低（可明顯低于環(huán)境噪聲和干擾電平），難以檢測，因而擴(kuò)頻信號具有隱蔽性。2）擴(kuò)頻信號具有保密性。擴(kuò)頻信號受特定偽隨機(jī)序列控制，接受者如不能按此偽隨機(jī)序列的規(guī)律進(jìn)行解擴(kuò)，就不能恢復(fù)消耗中傳送的信息，因而擴(kuò)頻信號具有保密性。3）擴(kuò)頻信號具有很強(qiáng)的抗干擾性。4）提高系統(tǒng)容量。
　　
　　在擴(kuò)頻系統(tǒng)中，由于使用多個偽隨機(jī)序列作為不同用戶的地址碼，這樣可以共用一個頻段來實(shí)現(xiàn)碼分多址，這樣可以共用一個頻段來實(shí)現(xiàn)碼分多址通訊。同時IEEE802.l5.4協(xié)議中定義了2種器件：全功能器件（FFD）和簡化功能器件（RFD）。對全功能器件，要求它支持所有的49個基本參數(shù)，僅為藍(lán)牙的1/3.而對簡化功能器件，在zui小配置時只要求它支持3S個基本參數(shù)。一個全功能器件可以與簡化功能器件和其他全功能器件通訊，有3種工作方式，即用作網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、協(xié)調(diào)器或器件。而簡化功能器件只能與全功能器件通話，僅用于非常簡單的應(yīng)用。IEEES02.15.4協(xié)議提供了3種數(shù)據(jù)傳輸方式：直接數(shù)據(jù)傳輸、間接數(shù)據(jù)傳輸、有保證時隙（GTS）數(shù)據(jù)傳輸。
　　
　　1.2Zigbee技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)
　　
　　1）省電。由于工作周期很短、收發(fā)信息功耗較低、并且采用了休眠模式，Zigbee技術(shù)可以確保2節(jié)五號電池支持長達(dá)6個月到2年左右的使用時間，當(dāng)然不同的應(yīng)用功耗是不同的。
　　
　　2）可靠。采用了碰撞避免機(jī)制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。MAC層采用了*確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。
　　
　　3）成本低。模塊的初始成本估計在6美元左右，很快就能降到1.5美元到2.5美元之間，且Zigbee協(xié)議是免費(fèi)的。
　　
　　4）時延短。針對時延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化，通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短。設(shè)備搜索時延典型值為30ms，休眠激活時延典型值是15ms，活動設(shè)備信道接入時延為15ms.
　　
　　5）網(wǎng)絡(luò)容量大。一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以容納zui多254個從設(shè)備和一個主設(shè)備，一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在zui多100個ZigBee網(wǎng)絡(luò)。
　　
　　6）安全。ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用AES-12S，同時各個應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。
　　
　　由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)本身要求節(jié)點(diǎn)密集、節(jié)能、方便路由等技術(shù)特點(diǎn)，可以看出應(yīng)用ZigBee技術(shù)作無線傳感器節(jié)點(diǎn)的無線通訊是可能的。
　　
　　2、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)
　　
　　2.1無線傳感器的構(gòu)建
　　
　　通過上述的描述，利用ZigBee技術(shù)和IEEE1451.2協(xié)議來構(gòu)建的無線傳感器，其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示：　　　　
　　STIM部分包括傳感器、放大濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換；TII部分主要由控制單元組成；NCAP負(fù)責(zé)通訊。“燃?xì)獗頂?shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)”項目中實(shí)現(xiàn)了無線燃?xì)獗韨鞲衅鞯脑O(shè)計（如圖3所示）：STIM選用“CG-L-J2.5/4D型號”的燃?xì)獗恚籘II選用ATMEL公司的S0C51，S位CPU;NCAP選用赫立訊公司IP·Link1000-B無線模塊。在此方案中，燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)為已經(jīng)處理好的數(shù)據(jù)。由于燃?xì)獗頂?shù)據(jù)為一個月抄一次，所以在設(shè)計的過程中不用沒有考慮數(shù)據(jù)的實(shí)時性問題。IP·Link1000-B模塊為赫立訊公司為ZigBee技術(shù)而開發(fā)的一款無線通訊模塊，其主要特點(diǎn)如下：支持多達(dá)40個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的鏈接方式；300MHZ到1000MHZ的無線收發(fā)器；率發(fā)射、高靈敏度接受；多達(dá)76.Skbit/s的無線數(shù)據(jù)速率；IEEES02.15.4標(biāo)準(zhǔn)兼容產(chǎn)品；內(nèi)置高性能微處理器；具有2個UART接口；10bit、23K采樣率ADC接口；微功耗待機(jī)模式，這樣為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中降低功率損耗提供了一種靈活的電源管理方案。　　　　
　　存儲芯片選用有64KBytes的存儲空間的ATEML公司24C512EEPROM芯片；按一戶需要SBYTES的信息量計算，可以存儲S000多個用戶的海量信息，對一個小區(qū)*夠用。
　　
　　所有芯片選用3.3V的低壓芯片，可以降低設(shè)備的能源消耗。
　　
　　在無線傳輸中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表示是一個關(guān)鍵的部分，它往往可以決定設(shè)備的主要使用性能；在這里把它設(shè)計成以下結(jié)構(gòu)：
　　
　　數(shù)據(jù)頭：3Bytes固定為：“AAAAAA”。
　　
　　命令字：1Byte具體的命令。
　　
　?。?1-發(fā)送數(shù)據(jù)；02-接受數(shù)據(jù)；03-進(jìn)入休眠；04-喚醒休眠）數(shù)據(jù)長度：1Byte為后面“數(shù)據(jù)”長度的字節(jié)數(shù)。　　
　　數(shù)據(jù)：0~20Bytes為具體的有效數(shù)據(jù)。
　　
　　CRC校檢：2Bytes是從命令字到數(shù)據(jù)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行校檢。
　　
　　在完整接受到以上格式的數(shù)據(jù)后，通過CRC校檢來完成對數(shù)據(jù)是否正確進(jìn)行判讀，這在無線通訊中是十分必要的。
　　　　
　　IEEE802.15.4提供了3種有效的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（樹型、孔型、星型）和3種器件工作模式（協(xié)調(diào)器、全功能模式、簡化功能模式），如圖5所示。簡化功能模式只能作為終端無線傳感器節(jié)點(diǎn)，全功能模式既可以作為終端傳感器節(jié)點(diǎn)，也可以作為路由節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器只能作為路由節(jié)點(diǎn)。　　　　
　　這樣無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以大致組成3種基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。1）基于星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它具有天然的分布式處理能力，星型中的路由節(jié)點(diǎn)就是分布式處理中心，即它具有路由功能，也有一定的數(shù)據(jù)處理和融合的能力，每個終端無線傳感器節(jié)點(diǎn)都把數(shù)據(jù)傳給其所在拓?fù)涞穆酚晒?jié)點(diǎn)，在路由節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)簡單、有效的融合，然后對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)?？紤]到路由節(jié)點(diǎn)的功能和通訊的頻率相對終端傳感器節(jié)點(diǎn)較多，一般其功耗也較大，所以其電源容量也較終端傳感器節(jié)點(diǎn)電源的容量大，可考慮為大容量電池或太陽能電源。2）基于孔狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連成一張網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)非常健壯，伸縮性好，在個別鏈路和傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)生失效時，不會引起網(wǎng)絡(luò)分立。可以同時通過多條路由通道傳輸數(shù)據(jù)，傳輸可靠性非常高。3）基于樹型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)下傳感器節(jié)點(diǎn)被串聯(lián)在一條或多條鏈上，鏈尾與終端傳感器節(jié)點(diǎn)相連。這種方案在中間節(jié)點(diǎn)失效的情況下，會使其某些終端節(jié)點(diǎn)失去連接。
　　
　　“燃?xì)獗頂?shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)”項目中采用的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要因為其結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)方便，不需要大量的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，降低了成本。每個終端無線傳感器節(jié)點(diǎn)為每家的氣表（平時無線通訊模塊為掉電方式，通過路由節(jié)點(diǎn)來激活），手持式接受機(jī)為移動的路由節(jié)點(diǎn)。
　　
　　整個網(wǎng)絡(luò)的建立是隨機(jī)的、臨時的；當(dāng)手持接收機(jī)在小區(qū)里移動時，通過發(fā)出激活命令來激活所有能激活的節(jié)點(diǎn)，來臨時的建立一個星型的網(wǎng)絡(luò)；其網(wǎng)絡(luò)建立及數(shù)據(jù)流的傳輸過程如以下流程：
　　
　　1）路由節(jié)點(diǎn)發(fā)出激活命令；2）終端無線傳感器節(jié)點(diǎn)被激活；3）在每個終端無線傳感器節(jié)點(diǎn)分別延長不同隨機(jī)數(shù)倍的固定時間段后，節(jié)點(diǎn)通知路由節(jié)點(diǎn)自己被激活；4）路由節(jié)點(diǎn)建立激活終端無線傳感器節(jié)點(diǎn)表；5）路由節(jié)點(diǎn)通過此表對激活節(jié)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)名通訊，直到表中的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)全部下載完成；6）重復(fù)1）~5），直到小區(qū)中所有終端節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)下載完成。
　　
　　這樣當(dāng)一個移動接收機(jī)在小區(qū)里移動時，可以通過動態(tài)地組網(wǎng)把小區(qū)里用戶燃?xì)庑畔⑾螺d到接收機(jī)中，再將接受機(jī)中的數(shù)據(jù)拿到處理中心去集中處理。通過以上步驟建立的通訊，在小區(qū)實(shí)際無線抄表中得到了很好的應(yīng)用。
　　
　　3、結(jié)束語
　　
　　“燃?xì)獗頂?shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)”項目情況中，對采集數(shù)據(jù)的實(shí)時性要求不高，數(shù)據(jù)也沒做任何的處理，只是簡單的存儲、轉(zhuǎn)發(fā)。而實(shí)際在軍事應(yīng)用中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的情況就復(fù)雜的多。例如，空投一批無線傳感器到敵方陣地，希望組成一個網(wǎng)絡(luò)定期或不定期的發(fā)送數(shù)據(jù)時就必須考慮以下問題［5-6］：1）在終端傳感器數(shù)目確定的情況下，怎樣確定路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)來保證網(wǎng)絡(luò)必要的服務(wù)質(zhì)量；以及在明確路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)目后，如何考慮終端傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)目來提高網(wǎng)絡(luò)的利用率；2）網(wǎng)絡(luò)的路由如何確定才能使得網(wǎng)絡(luò)通訊*和電源管理*；3）網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如何選擇；4）數(shù)據(jù)的融合策略是什么；5）終端傳感器節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)的同步問題；6）網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的定位等等。這些問題都值得在下一步工作中做進(jìn)一步的研究。
　　
　　在“燃?xì)獗頂?shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)”中，應(yīng)用Zigbee技術(shù)來構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并利用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成無線網(wǎng)絡(luò)，很好的實(shí)現(xiàn)了設(shè)計目標(biāo)，為構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上提出了一個好的解決方法。國外已經(jīng)有了這方面的應(yīng)用?？梢灶A(yù)見隨著微電子技術(shù)、Zigbee技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電源技術(shù)的發(fā)展，傳感器與Zigbee技術(shù)的融合將進(jìn)一步緊密。