基于zigbee技术的智能无线传感器平台设计

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1、基于ZigBee技术的智能无线传感器平台设计王天宝郑郁正成都信息工程学院通信工程系DesignoftheintelligentwirelesssensorplatformbasedonZigBeeTechnologyWangtianbaoZhengyuzhengDepartmentofCommunicationEngineeringChengduuniversityofinformationTechnologyAbstract:Inthispaper,amodularintelligentwirelesssensorplatformbasedonZigBeestandardisdevelope

2、dforresearchandevaluating.Bypropersimplifyingtothehardwareandsoftwareoftheplatform,arealproductofZigBee–readywirelesssensorcanbedesignedeasilyandquickly.Keywords:ZigBee、intelligentwirelesssensor、IEEE802.15.4摘要：本文在介绍ZigBee标准的基础上设计了一方便研究和评估的支持该标准的模块化的智能无线传感器平台。通过对该平台的软硬件进行适当简化后便能非常容易地设计出实用化的支持ZigBee技术

3、的无线传感器。关键字：ZigBee、智能无线传感器、IEEE802.15.41．ZigBee技术[1]简介1．1ZigBee2004年12月14日，ZigBee联盟批准了1.0版的ZigBee规范。该规范是世界上第一个专门为无线传感器和控制系统设计的低数据率、低功耗、低成本的技术标准。同其它的个人域网络（PAN）技术如蓝牙相比，它最初的设计目标就是简单廉价，典型的ZigBee节点的软件大约只是蓝牙的10%，而最简单的节点只有2%。现在一个ZigBee节点无线通信部分的成本大约只有6美元，而且还会继续下降到1.5美元。事实上从1998年开始，人们在将WiFi和蓝牙应用到许多应用时，特别是在设计一

4、个使用数字电台的自组织的adhoc网络时，就发现他们并不适合而是需要一个新的无线标准。正是这种需求推动了ZigBee联盟的诞生。ZigBee的基础是IEEE802.15.4标准，而ZigBee是这种技术的商业名称，它来源于被称之为ZigBee原理的蜜蜂之间的通信技术。ZigBee技术的应用领域包括家庭自动化、监控、消费电子、个人健康、工业控制和个人电脑及其周边设备等领域。1．2协议栈[1]由于ZigBee技术的设计目标是简单廉价，所以其协议栈必须是8位的单片机都能够实现的，其全功能协议栈的代码小于32k，简单节点的协议栈只有不到6k的代码长度。其协议栈如下图1示。ZigBee使用IEEE802

5、.15.4标准作为其物理层和数据链路层标准。下面将在1.3中详细介绍，这里只介绍网络层和应用层。物理（PHY）层（IEEE802.15.4）媒体访问控制（MAC）层（IEEE802.15.4）网络（NWK）层应用（APL）层应用支持（APS）子层Zigbee设备对象（ZDO）安全服务图1ZigBee协议栈网络层的作用包括：建立一个新的网络、加入和离开一个已经存在的网络、配置一个新设备、寻址、同步、安全和路由。ZigBee的路由算法可以理解为是一个表驱动最优化的层次结构的路由算法。该算法允许协议栈实现者和应用开发者在单位成本、电池消耗和复杂度等方面达到平衡以满足特定应用在成本性能方面的需求。网络

6、层基于IEEE802.15.4MAC，支持扩展覆盖区域，另外的群集也能加入进来，同时也支持网络的合并和分裂。ZigBee的应用层由应用层支持子层（APS）、ZigBee设备对象（ZDO）和厂家定义的应用对象构成。应用层支持子层负责维护绑定表和在绑定设备之间转发消息。绑定表主要用来根据设备的服务和需求进行设备间的匹配。应用支持子层的另外一个功能是发现，即发现哪个设备正在其自有空间工作。ZDO的功能包括确定网络中设备的作用（例如，是终端设备还是协作者）、发起和响应绑定请求，在网络设备之间建立安全关系。厂家定义的应用对象根据ZigBee的应用描述来实现特定的实际应用对象。1．1IEEE802.15.

7、4[2]1.3.1物理层物理层提供两类服务，即物理层数据服务和物理层管理服务。物理层数据服务通过无线信道收发物理层协议数据单元（PPDU）。物理层可以使用3个免费的频段，即2.4GHz、915MHz和868MHz。在2.4GHz频段，从2.4GHz到2.4835GHz之间，总共有16个不同的信道可供使用，最大数据速率可达250kbps；在915MHz频段，从902MHz到928MHz之间，总共有1