Zigbee無線組網(wǎng)的技術(shù)與設(shè)計

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，無線通信技術(shù)在通信領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，與傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比具有傳輸速度快、傳輸效果好、信息存儲量大等優(yōu)勢，受到了各個領(lǐng)域的高度重視。Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)是一種新型的通信技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的過程中采用了無線自組織網(wǎng)絡(luò)的概念，即使在使用的過程中出現(xiàn)故障問題，也能夠及時的進行自我修復(fù)和自我組織，不會對無線通信系統(tǒng)的功能造成影響。本文將針對Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用進行深入分析。

【關(guān)鍵詞】Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)設(shè)計

近幾年來，無線通信技術(shù)在我們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用比較廣泛，給我們的生活、學(xué)習、工作都來了很多的便利。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，各種短距離無線傳輸技術(shù)層出不窮，其中Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)受到了產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注。Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)采用了無線自組網(wǎng)絡(luò)進行設(shè)計，具有節(jié)點體積小的優(yōu)勢，在進行布置的過程中比較方便，而且其自愈能力也比較強，即使其中一個節(jié)點遭到了破壞，也不會影響到整個通信系統(tǒng)的正常運行，在各個領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。

1 Zigbee無線組網(wǎng)的配置

Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)是短距離無線傳輸技術(shù)中的一種，具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、造價成本低、功率有限、吞吐量靈活的基本特征，由Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備其通信能力都比較強，一般分為全功能設(shè)備和精簡功能設(shè)備。其中精簡功能設(shè)備只能與全功能設(shè)備進行信息通信，不能與精簡功能設(shè)備進行交流。而全功能設(shè)備與精簡功能設(shè)備和全功能設(shè)備之間都能夠進行通信。精簡功能設(shè)備能夠傳輸?shù)男畔⒘勘容^少，能夠?qū)鬏斮Y源和通信資源進行簡單的控制，相關(guān)實施方案的造價比較低廉。全功能設(shè)備能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行更加全面的控制，對于MCU的性能要求也更加的嚴格。

Zigbee無線組網(wǎng)的配置主要包括三個方面，分別是網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、網(wǎng)絡(luò)路由器和網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。其中網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和網(wǎng)絡(luò)路由器主要由全功能設(shè)備組成，而網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備由精簡功能設(shè)備構(gòu)成。根據(jù)實際應(yīng)用的需求，Zigbee無線組網(wǎng)可以分為三種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，分別是星形網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和簇狀網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

2 Zigbee無線組網(wǎng)方案的設(shè)計

Zigbee無線組網(wǎng)的構(gòu)成主要建立在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的基礎(chǔ)之上，Zigbee無線組網(wǎng)中的任何一個節(jié)點想要建立一個完整的網(wǎng)絡(luò)，都需要滿足兩個條件：

（1）節(jié)點是全功能設(shè)備節(jié)點，具有網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的基本功能。

（2）節(jié)點還沒有與其他網(wǎng)絡(luò)進行連接，如果該節(jié)點已經(jīng)與其他網(wǎng)絡(luò)連接，就會破壞一個節(jié)點只能連接一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的基本原則，而該節(jié)點也只能在Zigbee無線組網(wǎng)中作為一個子節(jié)點進行使用，不能獨立建立一個完整的網(wǎng)絡(luò)。

Zigbee無線組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的初始化主要包括三個方面：

2.1 確定網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器

首先，要明確這個節(jié)點是全功能設(shè)備還是精簡功能設(shè)備，只有全功能設(shè)備節(jié)點才能夠獨立構(gòu)建一個完整的網(wǎng)絡(luò)。其次要檢查該節(jié)點是否與其他網(wǎng)絡(luò)相連，只有沒有和其他網(wǎng)絡(luò)連接過的節(jié)點才能夠建立一個新的Zigbee無線組網(wǎng)。當系統(tǒng)接收到信標請求命令的時候，就會在規(guī)定的時間范圍內(nèi)進行主動掃描，當掃描結(jié)果符合相關(guān)要求的時候，就能夠開始一個新的節(jié)點網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建流程，并且作為這個網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器。

2.2 進行信道掃描

信道掃描主要包括兩個部分，分別是能量掃描和主動掃描。為了避免在掃描的過程中出現(xiàn)信號干擾的情況，網(wǎng)絡(luò)層會請求對協(xié)議所規(guī)定的信道或物理層所默認的信道進行能量檢測掃描，網(wǎng)絡(luò)層會根據(jù)能量檢測掃描發(fā)送的數(shù)據(jù)結(jié)果進行分析，從而進行參數(shù)設(shè)置，按照遞增的方式進行能量參數(shù)的信道排列，消除超過網(wǎng)絡(luò)層允許范圍的能量參數(shù)的信道，從而進行下一步的信道處理。當能量檢測掃描結(jié)束以后，就輪到了主動檢測掃描，檢測是否存在其他Zigbee無線組網(wǎng)。

2.3 設(shè)置網(wǎng)絡(luò)ID

當網(wǎng)絡(luò)層管理實體找到合適的網(wǎng)絡(luò)后，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器就會給這個網(wǎng)絡(luò)設(shè)置一個的新的ID。這個新的ID在所有正在使用中的信道當中必須是唯一的，這樣才能夠保證網(wǎng)絡(luò)的正常的使用。而且，通過進行ID的合理使用還能夠?qū)崿F(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)信息的監(jiān)聽，但是選擇的ID不能與存在的ID發(fā)生沖突。

3 結(jié)論

綜上分析可知，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)在各個領(lǐng)域中的使用已經(jīng)非常普遍，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、吞吐量靈活的基本特征，在實際使用過程中能夠自主的進行網(wǎng)絡(luò)功能的檢測，及時發(fā)現(xiàn)Zigbee無線組網(wǎng)中存在的問題，避免出現(xiàn)重要情報泄露的情況。而且，Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)的自我保護能力比較強，即使Zigbee無線組網(wǎng)中的一個節(jié)點出現(xiàn)問題，也不會影響到整個網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的正常運行，在國家經(jīng)濟建設(shè)中有著重要的戰(zhàn)略地位。

參考文獻

[1]馬廣勝，馮玉田.基于ZigBee無線傳輸技術(shù)的發(fā)展和抗干擾性能的分析研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（28）：54-55.

[2]孫彩云.基于ZigBee的無線組網(wǎng)技術(shù)研究[D].中北大學(xué)，2011.

[3]張晨.ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)的研究與實現(xiàn)[D].哈爾濱理工大學(xué)，2012.

[4]李雪仁.基于ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)的研究與驗證[D].東華理工大學(xué)，2014.

作者簡介

王軒堃（1995-），男，浙江省寧波市人。大學(xué)本科學(xué)歷。研究方向為彈藥工程。

牛遠南（1995-），男，陜西省西安市人。大學(xué)本科學(xué)歷。研究方向為彈藥工程。

作者單位

中國人民解放軍工程兵學(xué)院 江蘇省徐州市 221000