無線網絡通信系統與新技術應用研究

摘 要：無線網絡以其自身所具備的諸多優點在多個領域中獲得了廣泛應用。基于此點，本文首先概括性介紹了無線網絡，在此基礎上對無線網絡通信系統設計中新技術的應用進行論述。

【關鍵詞】無線網路 通信系統 ZigBee技術

1 無線網絡概述

無線網絡簡稱WN，它是以無線通信技術為核心構建起來的一種網絡結構，其與有線網絡最大的區別在于傳輸介質的不同，在無線網絡中，網線被無線電技術所取代，由此使得組網的靈活性大幅度提升。大體上可將無線網絡分為以下三類，即無線個人網（WPAN）、無線局域網（WRAN）和無線城域網，無論是哪一類無線網絡，其特點都大致相同，具體體現在如下幾個方面：

1.1 良好的隱蔽性

無線網絡采用的是低功率、寬頻帶發射，它的射頻功率僅為60mW，在這一前提下，網絡信號會湮沒在噪聲基帶當中，從而使其具備了偽噪音的特性，由于網絡的功率頻譜密度較低，使之很難被偵測到，由此進一步增強了網絡信號的隱蔽性，正是因為無線網絡所具有的這一特點，使其在金融機構、政府部門的通訊中獲得了廣泛應用。

1.2 極強的抗干擾能力

無線網橋在發送端上，能夠將信號能量分布于6M帶寬進行發射，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聯性，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境下，無線網絡也能保證可靠的通信。此外，因無線網絡采用了在擴頻及解擴頻的過程中實現帶寬上的積累與處理的方式，從而實現了對多徑干擾的有效抑制，當無線天線的增益達到20-30dB時，可以進一步增強無線網絡抗多徑干擾的能力。

1.3 頻率利用率高

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

1.4 經濟性

無線網絡的相對距離越長，前期構建網絡的投資就越省，其經濟性就越高。同時，無線網絡的布設不但簡易而且快速，特別是在一些地形比較復雜或是建筑比較密集的區域，其優越性更為突出。

2 無線網絡通信系統設計中新技術的應用

2.1 系統的總體架構

本文所提出的無線網絡通信系統由以下幾個部分組成：ZigBee終端節點、網關和上位PC機等。其中ZigBee能夠與各種儀器儀表和電氣設備進行連接，以串口讀寫的方式獲取相關設備的數據信息，然后經由ZigBee無線網絡將這些數據上傳給網關；在該系統中，網關是控制器，其除了能夠對整個ZigBee網絡進行維護之外，還能與以太網進行協議轉換，由此實現了上位PC機與底層設備之間的通信；上位PC機的主要作用是對系統進行相關配置與監控，支持多種形式，如臺式計算機、筆記本電腦、安卓系統手持終端等等。

2.2 系統硬件設計

2.2.1 無線節點設計

本系統中，無線節點硬件由以下幾個部分組成：CPU、時鐘電路、復位電路、電源電路、射頻天線以及數據采集模塊等。為了便于系統實現，在對無線節點硬件進行設計時，采用了板載天線，并預留出了外置的電線接口。通過技術經濟性比選后，決定采用CC2530作為ZigBee的核心芯片，CC2530自帶可編程閃存，其整體運行功耗較低，具有RF收發器的優良性能，8kb的隨機存取存儲器（RAM），增強型8051CPU。

2.2.2 無線網關設計

無線網關的核心控制器采用的是三星ARM11處理器S3C6410，為了便于網關硬件設計與維護，采用了模塊化的設計思路，將整個網關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個隔離型的以太網接口、1個USB接口和1個Wi-Fi擴展接口。

在本系統的硬件設計中，核心控制器選用了S3C6410，網關采用了ARM處理器，與其它8或16位的單片機相比，其處理速度更快、處理效率更高。

2.3 系統軟件設計

本系統的軟件設計采用的是IAR編譯器，其能夠對多種語言進行開發，IAR可以完全兼容標準的C語言，且具有高效的PROMable代碼，支持基于8051內核的處理器，操作簡單。

2.3.1 無線網關的軟件開發

在本系統中，無線網關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作為協調器的部分，其應用了Z-STACK協議棧，相關應用程序的開發是基于OSAL系統完成的。

（1）TCP/IP。這部分的開發主要是對無線網關進行以太網和Wi-Fi參數的配置，前者可配置的選項有子網掩碼、IP、網關、MAC地址等；后者可配置的選項有SSID、MAC地址、IP、子網掩碼、信號響度以及密碼等。

（2）基于Z-STACK協議棧的協調器配置。當網絡傳輸距離相對較近時，網絡節點的數量會隨之減少，此時可以采用星型的網絡拓撲結構，并對所有入網的設備進行網絡地址分配，進而構建起網絡，這個過程可以由Z-STACK協議棧自行完成。當有新設備需要入網時，網關能夠在第一時間獲悉該設備的入網狀態，并對DevList進行自動更新。

2.3.2 無線節點的軟件開發

在本系統的設計中，所有無線節點軟件全部都是基于免費的Z-STACK協議棧進行開發的。當某個無線節點想要加入到指定的網絡當中時，可以通過對網絡PANID及信道的配置來實現。

3 結論

綜上所述，本文在簡要介紹無線網絡特點的基礎上，對無線網絡通信系統的硬件和軟件設計進行了論述，在系統硬件設計中采用了CC2530和S3C6410，大幅度提升了處理速度；在系統軟件開發中應用了Z-STACK協議棧，增強了網絡通信的可靠性。在未來一段時期應當加大對無線網絡通信系統相關技術的研究力度，除對現有的技術進行逐步完善外，還應開發一些新的技術，為無線網絡通信系統設計提供強有力的技術支撐。

參考文獻

[1]張銀昌.基于電力線載波與無線網絡結合的通訊技術在用電信息采集系統的應用研究[J] 新疆電力技術，2015.

[2]劉睿.無線網絡通信技術的研究與應用探析[J]中國科技博覽，2013.

[3]鞠昊，郭榮海.肖創創無線通信中網絡編碼技術應用研究[J].無線通信技，2012（04）.

作者簡介

楊東（1979-），男，陜西省安康市人。江蘇建筑職業技術學院講師。研究方向為通信與信息技術。

作者單位

江蘇建筑職業技術學院 江蘇省徐州市 221116