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基于ZigBee技术的无线传感器网络构建与应用
2007年7月17日 13:07    C114    评论()    阅读:
作 者:《电子工程师》封瑜 葛万成  

    d)应用层:应用支持层维持器件的功能属性,发现该器件工作空间中其他器件的工作,根据服务和需求使多个器件之间进行通信,根据具体应用由用户开发。

    2 ZigBee的网络结构

    Zigbee支持星形网、对等网和混合网3种网络拓扑结构。图3是混合型ZigBee组网。每种网络都有各自的优点。星形网以一个功能强大的主器件作为网络的中心,负责协调全网的工作,其他的主器件或从器件分布在其覆盖范围内。这种网络的控制和同步都比较简单,适用于设备数量比较少的场合。对等网又分为点对点和簇树形2种,是由主器件连接而成的。这种网络能提供更高的可靠性。星形网和对等网相结合形成了混合网,各子网内部以星形连接,主器件又以对等方式相连。这种网络适用于对网络要求最复杂的情况。一般在现实的应用环境中,混合型具有更大的实用性。

    在无线传感器网中的节点是由软件层和硬件层共同配合来实现功能的。在应用ZigBee芯片建立无线传感器网时,ZigBee芯片硬件内置物理层和MAC层的一部分功能,其他高层由外而的MPU解决,通过对MPU的写入,来实现ZigBee的高层协议。图4为节点内部结构图。

    节点应用部分装置根据监控的不同位置(比如温度、声音、振动、压力、运动或泻染物)起不同的作用。通常这些装置很小、很便宜,可以大量制造和部署,因此它们的资源(能源、存储、计算速度和带宽)严重受限。每个节点都具备一个无线电收发器、一个很小的微控制器和一个能源(通常为电池)。这些装置互相帮助,将数据传输到一台监控计算机。

    由于大部分的节点只需要有数据传输的功能,不需要有控制能力,ZigBee技术将节点从器件上分为3类(见图3):

    a)RFD(简化功能器件)。RFD内存小,功耗低,在网络中作为源节点,只发送与接收信号,并不起转发器/路由器的作用。

    b)FFD(全功能器件)。在网络中,FFD是具有转发与路由能力的节点,拥有足够的存储空间来存放路由信息,并且处理控制能力也相应得增强。

    c)网络主机或网关。ZigBee还支持第3种节点,即网络主机或网关节点,起到与外部系统接口或协调与其他网络的路由作用。FFD有时起网关的作用。

    一个网络只需要一个网络协调者,其他终端设备可以是RFD,也可以是FFD。RFD的价格要比FFD便宜得多,其占用系统资源仅约为4kB,因此网络的整体成本比较低。

    通常,底层FFD和RFD将由MCU(微控制器)控制,该MCU通过队列QSPI(串行外设接口)与ZigBee收发器相连。MCU的选择取决于该设备是否作为一个其下仍辖有ZigBee网络层的FFD。基础的RFD通常由一个8位MCU控制,但对FFD来说,根据其复杂程度及所连接的网络,其控制单元可以是8位、16位或低端的32位MCU。

    PAN协调器负责协调整个网络以及与中央控制点的通信,所以它是构建一个ZigBee网络的关键所在。对PAN协调器的关键要求包括:

    a)在更大更复杂的系统(如一个制造场所),其中央控制点很可能超出ZigBee网络的覆盖范围,甚至可能被安放在另一幢建筑中。所以,PAN协调器可能需通过有线连接与中央控制点进行通信。因为以太网在工业市场的应用越来越普及,所以在大多数场合,以太网是最可能的选择。系统中以太网的应用为网络设计带来两个潜在影响:一是要考虑处理以太网接口所需的处理器带宽;二是为驱动以太网接口,网络将需要相应的底层驱动程序和协议栈,这就增加了系统内PAN控制器对程序存储器的需求。

    b)驱动整个PAN网络的通信。因为一个大的PAN网络将使通信量增加,所以PAN协调器需要更高的带宽。

[1]  [2]  [3]  编 辑:严大伟
关键字搜索:ZigBee  无线通信  传输  局域网  
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