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正文摘录:

2006年第21期总第236常分布在人迹罕至或者环境恶劣的地方，不可能附带体积较大的供电模块或者频繁更换电池，并且节点的功率、计算能力和数据存储能力都有限，这种情况下ZigBee就有了用武之地。可以说ZigBec!的出现将把无线传感网络带入了一个全新的领域。基于ZigBee协议的ZigBee无线传感器网络主要包括：信息处理中心、协调节点和传感节点(图3)，其中主要是网络中协调节点及传感节点的设计。网络采用星型拓扑结构，网络中有少量的协调节点，每个协调节点的周围又有若干个传感节点，一个协调节点以及他周围的传感节点组成微微网。协调节点是功能强大的全功能设备(FFD)，传感节点则是精简功能设备(RF’D)。传感节点只能与协调节点通信，不能与其他传感节点通信。图3ZigBee无线传感网络的体系结构4.2网络节点设计节点是组成无线传感器网络的基本单位，是构成无线传感器网络的基础平台。节点采集信息、融合并传送数据，节点中的电源模块负责节点的驱动。节点的设计在不同应用中各不相同，但其基本原则是采用尽量灵敏的传感器.尽量低功耗的器件、尽量节省的信号处理和尽量持久使用的电源。节点中的传感、数据处理、通信及电源各模块技术的进步对节点技术的发展都有着深刻的影响。4.2.1传感节点的设计ZigBee无线传感网络的传感节点的主要功能是检测环境并控制传感单元采集周围的环境数据，然后发送给上一级的协调节点，由于其不需要进行复杂的数据处理，因此配置不需要太高，内存也不需要太大。在传感节点的设计中主要考虑功耗、数据安全以及数据发送的碰撞问题。在降低功耗方面，传感节点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。在安全方面，基于ZigBee技术，采用了密钥长度为128b的加密算法，对所传输的数据信息进行加密处理，保证了非法侵入，维护网络数据安全。在减少数据发送的碰撞方面，采用睡眠唤醒机制。在外界环境不发生变化的时候，传感节点处于睡眠状态，在环境发生变化时，通过检测电路检测到变化，触发传感节点中MCU的I／()中断激活节点，通过传感单元采集外部环境数据，送给协调节点做进一步的处理。在一个时间段上90％以上的节点处于睡眠状态，这样既降低了功耗，又减少了传感节点发送数据给协调节点时发生碰撞的概率。传感节点的硬件结构由数据采集、数据处理、数据传输及电源4部分组成(图4)。数据采集部分主要负责信息的采集并将温度、湿度等物理信号转变为数字信号，包括温度、湿度等传感器件和A／D转换；数据处理部分完成对采集到的信号进行所需的处理，采用了微控制器MC9S08GT60，8位的MCU，内带64k的FLASH和4k的RAM；数据传输部分负责发送数据，即通信的物理实现，采用射频收发芯片MCl3193；电源为其他3个部分提供能量。图4传感节点的硬件结构4.2.2协调节点的设计ZigBee无线传感网络中的协调节点接收传感节点发送的环境数据，并将其进行融合处理，然后传递给信息处理中心，并且接收信息处理中心的控制信令发送给传感节点，实现信息处理中心对传感节点的间接、实时地监控和数据采集。协调节点由数据传输数据处理和两部分组成，数据传输部分同样采用射频收发芯片Mcl3193，由于协调节点对McU的处理能力和存储能力都比终端节点要求高，数据处理部分采用了Freescale的16位的McUMC9S12DT256B，内带256k的FLASt{，12k的RAM以及4k的E2PROM。5结语ZigBe~!无线传感器网络的实现基于低速率、低功耗的的ZigBee技术和无线传感技术，具有很大的应用价值。ZigBee无线传感器网络核心器件使用Freesca|e公司的射频收发芯片MCl3193和MC：9S08(jT系列的MC[J。由于终端节点在环境没变化时处于睡眠状态，因此网络的功耗较低，采用电池供电的节点可以保持正常工作。网络时延很短，只有15～30ms，因此节点传输数据发生碰撞的概率非常小，网络的吞吐量较高；采用A’ES一128加密算法，保证了网络的安全性。参考文献[1]cullarD，EstrillD，strvasl.avaM.()verview旬fSensorNet—WOI’k[J].computer，2004，37(8)：41—49.(下转第10页)7