一种基本ieee802.15.4无线智能化传感器网络实现探讨

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1、一种基本IEEE802.15.4无线智能化传感器网络实现探讨

2、第1...摘要：介绍了IEEE802.15.4协议的特点、构件及体系结构、发展前景，分析了IEEE1451智能传感器模型，提出了一种基于IEEE802.15.4协议的无线智能传感器网络结构设计，并探讨了其实现。关键词：IEEE802.15.4IEEE1451智能传感器网络近年来，随着计算机技术、网络技术与无线通信技术的高速发展和广泛应用，人们开始将无线网络技术与传感器技术相结合，提供了无线网络化传感器的概念。它不仅可以应用于Inter接入互连，还适用于有线

3、接入方式所不能胜任的场合，以提供优质的数据传输服务。例如，在工厂巨大的设备间、低速长距离的通信要求和危险的工业环境。2000年12月IEEE成立了IEEE802.15.4工作组，致力于定义一种从廉价的固定、便携或移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线连接技术。产品的方便灵活、易于连接、实用可靠及可继续延续是市场的驱动力。一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络使用，传感器网络是802.15.4标准的主要布场对象。将传感器与802.15.4设备组合，进行数据收集、处理和分析，即可决定是否需要或何时需

4、要用户操作。满足802.15.4标准的无线发射/接收机及网络被Motorola、Philips、Eaton、Invensys和HoneyartTransducerInterfaceModule）和网络应用处理器NCAP（Netaster）,另一个则扮演从属角色（slave）。角色的分配是在微微网形成时临时确定的，主控设备通常由发起通信的设备承担，且主从角色可以互换。一个单独的主控设备和临近与之通信的所有从属设备即组成了所谓的pico，惯称微微网。在一个微微网中的所有从属设置与之同步。这些从属设备都与主控设备保持链接和

5、通信，共享一个公共传输信道，并处于某一特定的基带模式，例如活动从属设备就可以进入呼吸（sniff）或保持（hold）模式等低功率节能状态。在邻近区域可能还有一些处于待机（standby）状态的设备，它们未与主控设备连接，因而不是微微网的一部分。传感器的微微网之间也可建立连接，形成多pico结构。每个pico除了slave和master以外，各个slave节点之间也可以通信。在这里只以单个的pico为主干构建传感器测控网络。Master节点为测控网络主控节点，实现信息的汇集处理功能，slave节点为传感器节点。考虑到各

6、个传感器节点是互相独立的，信息融合只在master节点完成，所以仅实现master点对多slave点的通信，形成一个星型的拓扑结构。整个无线传感器网络功能分为三层：最下层是各种敏感单元，负责收集原始信息；中间是基于传感器智能模块的slave节点，负责对原始数据的预处理（包括滤波、补偿、数字化等）和处理后数据的发送；最上层是基于普通PC机或其他类型上位机（如嵌入式计算机）的master节点，所有传感器的信息在这里进行更高一级处理，如谱分析、模式识别、信息融合、判断决策等。在微微网内，还可以采用有线或无线中断扩大信号的覆

7、盖范围，改善网络拓扑结构，如图4所示。2.4无线传感器网络实现的软件结构分析无线智能传感器网络的最下层由IEEE802.15.4协议模块组成，包括物理层和数据链路层。IEEE802.15.4模块之上为1451控制接口协议。通过该控制接口协议，可以方便地把802.15.4模块嵌入到各种数字设备中作为一个无线收发终端。1451控制接口协议可以完成本地设备的初始化、查找终端设备、建立链接、交换数据、增加或减少网络中无线终端设备的数目。该接口协议可以是USB、RS232或是I2C接口。主机通过控制接口操作IEEE802.15

8、.4模块，通过一个事件(Event)确认命令成功与否。主机与网络中其他设备的数据交换也是通过IEEE1451控制接口进行的（其数据链路可以异步也可以同步）。智能传感器接口模块STIM（SmartTransducerInterfaceModule）位于IEEE1451接口协议层之上，并可利用该接口协议层的数据包发送STIM的命令、事件和传感器数据。把位于STIM主机上完成NCAP功能的PC主机软件功能定义为网络系统的应用层，主要是一些应用程序。应用层对其以下各协议层是透明的，只是向低一级的STIM层发送STIM定义的包

9、。而1451接口协议层包则由RS232、RS485或者USB等物理通信口发送。应用层（完成NCAP功能PC主机软件）和无线传感器终端模块（智能传感器接口模块STIM）都通过IEEE1451接口协议与最低层的IEEE802.15.4模块进行通信。由上述分析，把整个软件系统分为三部分：(1)运行在NCAP功能的PC机上的应用程序：包括面向用户的图形