無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)與新技術(shù)應(yīng)用研究

摘 要：無線網(wǎng)絡(luò)以其自身所具備的諸多優(yōu)點(diǎn)在多個領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用。基于此點(diǎn)，本文首先概括性介紹了無線網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上對無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計中新技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行論述。

【關(guān)鍵詞】無線網(wǎng)路 通信系統(tǒng) ZigBee技術(shù)

1 無線網(wǎng)絡(luò)概述

無線網(wǎng)絡(luò)簡稱WN，它是以無線通信技術(shù)為核心構(gòu)建起來的一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其與有線網(wǎng)絡(luò)最大的區(qū)別在于傳輸介質(zhì)的不同，在無線網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)線被無線電技術(shù)所取代，由此使得組網(wǎng)的靈活性大幅度提升。大體上可將無線網(wǎng)絡(luò)分為以下三類，即無線個人網(wǎng)（WPAN）、無線局域網(wǎng)（WRAN）和無線城域網(wǎng)，無論是哪一類無線網(wǎng)絡(luò)，其特點(diǎn)都大致相同，具體體現(xiàn)在如下幾個方面：

1.1 良好的隱蔽性

無線網(wǎng)絡(luò)采用的是低功率、寬頻帶發(fā)射，它的射頻功率僅為60mW，在這一前提下，網(wǎng)絡(luò)信號會湮沒在噪聲基帶當(dāng)中，從而使其具備了偽噪音的特性，由于網(wǎng)絡(luò)的功率頻譜密度較低，使之很難被偵測到，由此進(jìn)一步增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)信號的隱蔽性，正是因?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)所具有的這一特點(diǎn)，使其在金融機(jī)構(gòu)、政府部門的通訊中獲得了廣泛應(yīng)用。

1.2 極強(qiáng)的抗干擾能力

無線網(wǎng)橋在發(fā)送端上，能夠?qū)⑿盘柲芰糠植加?M帶寬進(jìn)行發(fā)射，接收端可以將這些分布的信號能量集中到一起，由于信號的干擾源及噪音與偽碼之間不存在任何關(guān)聯(lián)性，所以在整個信號傳輸過程中，噪音不會被集中起來，這樣即使在惡劣天氣及電子干擾等環(huán)境下，無線網(wǎng)絡(luò)也能保證可靠的通信。此外，因無線網(wǎng)絡(luò)采用了在擴(kuò)頻及解擴(kuò)頻的過程中實(shí)現(xiàn)帶寬上的積累與處理的方式，從而實(shí)現(xiàn)了對多徑干擾的有效抑制，當(dāng)無線天線的增益達(dá)到20-30dB時，可以進(jìn)一步增強(qiáng)無線網(wǎng)絡(luò)抗多徑干擾的能力。

1.3 頻率利用率高

無線網(wǎng)絡(luò)采用了CDMA（碼分多址）的方式，在一定的擴(kuò)頻帶寬內(nèi)，用戶能夠在不受干擾的情況下，同時完成信號的發(fā)送與接收，由此使得多地址通信變?yōu)榭赡?。CDMA作為無線通信領(lǐng)域中的代表性技術(shù)之一，它的頻率利用率約為頻分多址的6-12倍左右。

1.4 經(jīng)濟(jì)性

無線網(wǎng)絡(luò)的相對距離越長，前期構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的投資就越省，其經(jīng)濟(jì)性就越高。同時，無線網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)不但簡易而且快速，特別是在一些地形比較復(fù)雜或是建筑比較密集的區(qū)域，其優(yōu)越性更為突出。

2 無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計中新技術(shù)的應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)的總體架構(gòu)

本文所提出的無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)由以下幾個部分組成：ZigBee終端節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)和上位PC機(jī)等。其中ZigBee能夠與各種儀器儀表和電氣設(shè)備進(jìn)行連接，以串口讀寫的方式獲取相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，然后經(jīng)由ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)上傳給網(wǎng)關(guān)；在該系統(tǒng)中，網(wǎng)關(guān)是控制器，其除了能夠?qū)φ麄€ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)之外，還能與以太網(wǎng)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，由此實(shí)現(xiàn)了上位PC機(jī)與底層設(shè)備之間的通信；上位PC機(jī)的主要作用是對系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)配置與監(jiān)控，支持多種形式，如臺式計算機(jī)、筆記本電腦、安卓系統(tǒng)手持終端等等。

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.2.1 無線節(jié)點(diǎn)設(shè)計

本系統(tǒng)中，無線節(jié)點(diǎn)硬件由以下幾個部分組成：CPU、時鐘電路、復(fù)位電路、電源電路、射頻天線以及數(shù)據(jù)采集模塊等。為了便于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，在對無線節(jié)點(diǎn)硬件進(jìn)行設(shè)計時，采用了板載天線，并預(yù)留出了外置的電線接口。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比選后，決定采用CC2530作為ZigBee的核心芯片，CC2530自帶可編程閃存，其整體運(yùn)行功耗較低，具有RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，8kb的隨機(jī)存取存儲器（RAM），增強(qiáng)型8051CPU。

2.2.2 無線網(wǎng)關(guān)設(shè)計

無線網(wǎng)關(guān)的核心控制器采用的是三星ARM11處理器S3C6410，為了便于網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計與維護(hù)，采用了模塊化的設(shè)計思路，將整個網(wǎng)關(guān)硬件分為核心板和底層板兩部分。其中核心板為tiny6410；底板上有1個隔離型的以太網(wǎng)接口、1個USB接口和1個Wi-Fi擴(kuò)展接口。

在本系統(tǒng)的硬件設(shè)計中，核心控制器選用了S3C6410，網(wǎng)關(guān)采用了ARM處理器，與其它8或16位的單片機(jī)相比，其處理速度更快、處理效率更高。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用的是IAR編譯器，其能夠?qū)Χ喾N語言進(jìn)行開發(fā)，IAR可以完全兼容標(biāo)準(zhǔn)的C語言，且具有高效的PROMable代碼，支持基于8051內(nèi)核的處理器，操作簡單。

2.3.1 無線網(wǎng)關(guān)的軟件開發(fā)

在本系統(tǒng)中，無線網(wǎng)關(guān)的軟件由以下兩個部分組成，一部分為TCP/IP配置，另一部分是以ZigBee作為協(xié)調(diào)器的部分，其應(yīng)用了Z-STACK協(xié)議棧，相關(guān)應(yīng)用程序的開發(fā)是基于OSAL系統(tǒng)完成的。

（1）TCP/IP。這部分的開發(fā)主要是對無線網(wǎng)關(guān)進(jìn)行以太網(wǎng)和Wi-Fi參數(shù)的配置，前者可配置的選項(xiàng)有子網(wǎng)掩碼、IP、網(wǎng)關(guān)、MAC地址等；后者可配置的選項(xiàng)有SSID、MAC地址、IP、子網(wǎng)掩碼、信號響度以及密碼等。

（2）基于Z-STACK協(xié)議棧的協(xié)調(diào)器配置。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸距離相對較近時，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量會隨之減少，此時可以采用星型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對所有入網(wǎng)的設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)地址分配，進(jìn)而構(gòu)建起網(wǎng)絡(luò)，這個過程可以由Z-STACK協(xié)議棧自行完成。當(dāng)有新設(shè)備需要入網(wǎng)時，網(wǎng)關(guān)能夠在第一時間獲悉該設(shè)備的入網(wǎng)狀態(tài)，并對DevList進(jìn)行自動更新。

2.3.2 無線節(jié)點(diǎn)的軟件開發(fā)

在本系統(tǒng)的設(shè)計中，所有無線節(jié)點(diǎn)軟件全部都是基于免費(fèi)的Z-STACK協(xié)議棧進(jìn)行開發(fā)的。當(dāng)某個無線節(jié)點(diǎn)想要加入到指定的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中時，可以通過對網(wǎng)絡(luò)PANID及信道的配置來實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)論

綜上所述，本文在簡要介紹無線網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計進(jìn)行了論述，在系統(tǒng)硬件設(shè)計中采用了CC2530和S3C6410，大幅度提升了處理速度；在系統(tǒng)軟件開發(fā)中應(yīng)用了Z-STACK協(xié)議棧，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。在未來一段時期應(yīng)當(dāng)加大對無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究力度，除對現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行逐步完善外，還應(yīng)開發(fā)一些新的技術(shù)，為無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

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作者簡介

楊東（1979-），男，陜西省安康市人。江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。研究方向?yàn)橥ㄐ排c信息技術(shù)。

作者單位

江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇省徐州市 221116