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1、无线传感器网络系统的设计与实现v1选题的背景与意义ZigBee技术是一种应用于短距离范围内，低传输数据速率下的各种电子设备之间的无线通信技术。ZigBee名字于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来通知发现的新食物源的位置、距离和方向等信息，以此作为新一代无线通讯技术的名称。长期以来,低价、低传输率、短距离、低功率的无线通讯市场一直存在着。自从Bluetooth出现以后,曾让工业控制、家用自动控制、玩具制造商等业者雀跃不已,但是Bluetooth的售价一直居高不下,严重影响了这些厂商的使
2、用意愿。如今,这些业者都参加了IEEE802.15.4小组,负责制定ZigBee的物理层和媒体介入控制层。IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率、工作在2.4GHz和868/928MHz的无线技术,用于个人区域X和对等X状X络。它是ZigBee应用层和X络层协议的基础。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线X络技术,它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。它依据802.15.4标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只
3、需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高。一般而言,随着通信距离的增大,设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。相对于现有的各种无线通信技术,ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术。同时由于ZigBee技术的低数据速率和通信范围较小的特点,也决定了ZigBee技术适合于承载数据流量较小的业务。所以ZigBee联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。ZigBee技术将有效地避免不必要的资源浪费，提高生产率，达
4、到合理协调工作的目的，可以预见ZigBee技术在以后的生产生活应用中将会产生举足轻重的作用。2研究的基本内容与拟解决的主要问题2.1IEEE802.15.4标准和ZigBee协议了解802.15.4协议架构及其技术特点IEEE802.15.4满足国际标准组织(ISO)开放系统互连(OSI)参考模式。它定义了单一的MAC层和多样的物理层(如表所示)。表IEEE802.15.4协议构架ZigbeeprofilesX络应用层数据链路层IEEE802.15.4LLC802.2LLCIEEE802.15.4MAC868/915M
5、HzPHY2.4GHzPHYIEEE802.15.4的MAC层能支持多种LLC标准,通过SSCS(Service-SpecificConvergenceSublayer,业务相关的会聚子层)协议承载IEEE802.2类型一的LLC标准,同时允许其他LLC标准直接使用IEEE802.15.4的MAC层服务。IEEE802.15.4定义了两个物理层标准,分别是2.4GHz物理层和868/915MHz物理层。它们都基于DSSS(直接序列扩频),使用相同的物理层数据包格式,区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。2
6、.4GHz波段为全球统一的无需申请的ISM频段,ZigBee有助于设备的推广和生产成本的降低。2.4GHz的物理层通过采用高阶调制技术能够提供250kbps的传输速率,有助于获得更高的吞吐量、更小的通信时延和更短的工作周期,从而更加省电。868MHz是欧洲的ISM频段,915MHz是美国的ISM频段,这两个频段的引入避免了2.4GHz附近各种无线通信设备的相互干扰。868MHz的传输速率为20kb/s,916MHz是40kb/s。这两个频段上无线信号传播损耗较小,因此可以降低对接收机灵敏度的要求,获得较远的有效通信距离
7、,从而可以用较少的设备覆盖给定的区域。2.2ZigBee技术ZigBee技术是最近发展起来的一种近距离无线通信技术，它功耗低、成本低、易应用，以2.4GHz为主要频段，采用直接序列扩频(DSSS)技术。基于ZigBee技术的无线X络作为现存的最适合于搭建无线传感器X络的新兴技术.目前已经越来越多的受到人们的关注。ZigBee协议套件由高层应用规范、应用会聚层、X络层、数据链路层和物理层组成：a)物理层：遵循IEEE802.15.4协议，是协议的最底层，承担着与外界直接作用的任务，控制RF收发器工作，采用扩频通信，信号传
8、输距离为室内50m，室外150m。b)MAC层：遵循IEEE802.15.4协议，负责设备间无线数据链路的建立、维护和结束，确认模式的数据传送和接收，可选时隙，实现低延迟传输，支持各种X络拓扑结构，X络中每个设备为16位地址寻址。c)X络层：建立新的X络，处理节点的进入和离开X络，根据X络类型设置节点的协议堆栈，使X络协调器对节点
