ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡的研究與應用

朱振立,李軍廷

（河北省公安消防總隊，050000）

0 引言

當今的電子信息技術正在飛速的發(fā)展，對于無線信息技術則提出了更高的要求，同時對于其信息的發(fā)展也帶來了新的挑戰(zhàn)。無線傳感器網(wǎng)絡其主要是一種分布在監(jiān)測區(qū)域內的微型傳感器節(jié)點，其主要是以一種無線通信的方式來形成一個自主網(wǎng)絡，然后再對相應采集的信息進行處理，并且將所處理的信息放在一個協(xié)調器上，通過感知的參數(shù)來發(fā)給觀測者。無線傳感器在網(wǎng)絡領域的應用上存在著很大的潛在價值，給人類的生產(chǎn)和發(fā)展帶來了深遠的影響，對其進行合理的使用，可以給人類帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。因此本文就ZigBee 無線傳感器進行研究，從其主要的概念、技術的安全性以及無線網(wǎng)絡的構建進行研究，以此來實現(xiàn)對無線網(wǎng)絡的認識與應用。

1 ZigBee 技術基本信息探究

ZigBee 技術其實是一種應用軟件、安全和組網(wǎng)的技術標準，其開發(fā)主要是基于IEEE 的批準，然后根據(jù)特定（802.15.4）的無線標準進行研發(fā)。對ZigBee 技術進行研究的聯(lián)盟進行了相應的API 和網(wǎng)絡協(xié)議的規(guī)范，使得通過相應的安全協(xié)議可以直接連到基本的節(jié)點之中，或者是成為路由器的協(xié)調器，這些協(xié)調器之間形成一個網(wǎng)絡，而對于路由器傳輸數(shù)目沒有明確的限制，但是形成ZigBee 的完整協(xié)議通常分為應用會聚層、應用規(guī)范、網(wǎng)絡層、物理層以及數(shù)據(jù)鏈路層。ZigBee技術其具有獨特的優(yōu)勢，不僅可以實現(xiàn)無線通信的低功耗、低成本以及低速率，而且其信息傳輸?shù)谋憬菪允沟么隧椉夹g被廣泛使用。ZigBee 技術其適用于小范圍內的無線通信領域控制，其在樓宇的自動化、家居控制以及工業(yè)的自動化上都有廣泛的應。

2 ZigBee 技術優(yōu)勢詳細分析

2.1 ZigBee 低速率優(yōu)勢概述

由于ZigBee 存在著不同的工作頻段，因此在這些不同的工作頻段的傳輸上其速度也會不同，在868MHz 頻段的傳輸上有1 個速率為20kbps 的信道，而在915MHz 的頻段傳輸上其存在著10 個速率為40kbps 的信道，而在2.4GHz 的頻段上其存在著16 個速率為250kbps 的信道。所以ZigBee 技術的數(shù)據(jù)傳輸其由于頻段的不同速度也不盡相同，而且其能量的消耗以及傳遞效率來也會與其傳輸?shù)乃俣炔煌l(fā)生變化。

2.2 ZigBee 信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡凸膬?yōu)勢概述

由于在數(shù)據(jù)在ZigBee 技術下進行傳輸，其速率很低而且傳輸量也很小，而且其信號的收發(fā)時間短，但是在非工作的模式下ZigBee 的節(jié)點進入休眠模式。整個ZigBee 信息在休眠激活、搜索、信道接入上其時間很短，因此其節(jié)電很明顯。

2.3 ZigBee 信息數(shù)據(jù)傳輸安全可靠優(yōu)勢探究

ZigBee 的協(xié)議棧通過媒介質接入到控制層，其接入的算法則是根據(jù)載波的偵聽和沖突的檢測實現(xiàn)，ZigBee 進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候為避免在傳輸?shù)臅r候數(shù)據(jù)信息出現(xiàn)沖突和競爭而在固定寬帶通信業(yè)務中預留出專用的時隙。通過控制層來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸模式的確認，那么則要求在進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，要根據(jù)所發(fā)出的數(shù)據(jù)包進行等待和確認，以此來建立其有效的傳輸模式，從而實現(xiàn)ZigBee 數(shù)據(jù)傳輸。

3 ZigBee 的協(xié)議棧相關研究

ZigBee 的協(xié)議棧中其主要是通過層的量化來對整個標準進行簡化，而每個層負責完成所規(guī)定的任務還要向上層提供相應的服務，通過建立起相應的協(xié)議棧來為邏輯鏈路提供服務，而構成ZigBee 的協(xié)議棧主要是由媒體接入控制層、物理層、網(wǎng)絡安全、應用框架構成層，下面就ZigBee 的協(xié)議棧規(guī)范進行概述。

3.1 媒體接入控制層規(guī)范ZigBee 協(xié)議棧

ZigBee 中的媒介接入層主要是應用標準的802.15.4 進行MAC 層的協(xié)議規(guī)范，而MAC 則是對所有的物理層的信道進行接入從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理。根據(jù)接入的服務不同來提供不同的MAC 服務，其主要的工作原理則是通過接入公共部分的分子層來提供數(shù)據(jù)服務，從而實現(xiàn)接入點的服務管理。MAC 的數(shù)據(jù)服務主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸服務，通過提供一個接口來為上層協(xié)議和物理層數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送、清理MAC 事務序列表等數(shù)據(jù)服務。

3.2 物理層規(guī)范ZigBee 協(xié)議棧研究

在ZigBee 協(xié)議棧的物理層主要是對信號的調制方式、工作頻率以及傳輸速率進行控制，而且還為上層和物理層提供服務。由于ZigBee 技術在不同的地區(qū)和國家之間的工作頻率的范圍不盡相同，其整個協(xié)議的規(guī)范主要以IEEE 為基礎的標準來實現(xiàn)，從而實現(xiàn)了不同頻率范圍的調制方式出現(xiàn)不同，因此其數(shù)據(jù)的傳輸也不盡相同。

3.3 網(wǎng)絡安全層規(guī)范ZigBee 協(xié)議棧研究

由于網(wǎng)絡安全一直是網(wǎng)絡研究的重點，而ZigBee 的協(xié)議安全控制整個MAC 層的安全性，確保整個MAC 層的響應幀、命令幀和信標幀的安全性，單條的數(shù)據(jù)報文的安全性是由MAC 進行安全的直接控制，而多條報文則是依據(jù)網(wǎng)絡層來控制其安全性。ZigBee 無線傳感器中的MAC 層被一種高級的加密算法所控制，其主要是實現(xiàn)MAC 的安全性、真實性和一致性。

4 ZigBee 技術應用的相關探究

ZigBee 技術在應用的時候，根據(jù)其具有的優(yōu)勢以及特點來進行應用研究。由于ZigBee 技術主要是運用到對于數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高的短距離傳輸，通常情況下比較適合家用的小型電子設備之間的無線數(shù)據(jù)傳輸，ZigBee 技術在進行數(shù)據(jù)傳輸類型研究上其具有典型的周期性，通常ZigBee 技術主要可以運用到工業(yè)領域、精細農(nóng)業(yè)、醫(yī)學領域等，而且在其他的領域也具有很大的發(fā)展前景。在工業(yè)領域的應用其主要是利用ZigBee 與傳感器構成的網(wǎng)絡形成分布式的數(shù)據(jù)采集，使得對于傳輸數(shù)據(jù)的分析和處理更加簡潔，因此此項功能能夠成為決策輔助系統(tǒng)的重要組成部分。

由于當前的無線傳感器在網(wǎng)絡領域的應用上存在著很大的潛在價值，積極的推動著人類的生產(chǎn)和發(fā)展并且還產(chǎn)生了深遠的影響，因此對其進行合理的使用，可以給人類發(fā)展帶來巨大的社會和經(jīng)濟效益，當前所使用的ZigBee 技術具有其獨特的優(yōu)勢，其信息數(shù)據(jù)的處理上所具有的特點使得在當前的通信發(fā)展上具有重要的意義，因此本文就相關的ZigBee 技術進行探討，以此來對ZigBee 在無線傳感器網(wǎng)絡上的應用與研究進行探究，希望相關研究可以帶給從事無線傳感器網(wǎng)絡研究同仁以借鑒。

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