ZigBee無線組網技術的研究與實現

霍偉明

（廣東美的制冷設備有限公司 528311）

ZigBee無線組網技術的研究與實現

霍偉明

（廣東美的制冷設備有限公司 528311）

無線傳感器網絡作為一種新型網絡形式，是社會適應信息時代發展要求的技術，能夠幫助人們更快地收集和獲取信息。其中ZigBee技術以其自身距離短、功耗低等優勢，成為無線組網的首選技術。在該項技術基礎之上建立的無線組網，不僅具有較為廣泛的覆蓋面，且具有非常廣闊的應用前景，值得我們給予更多關注。本文將ZigBee技術概念及特點入手，分析該項技術組網中的應用與實現，以期為相關領域的發展提供參考和借鑒。

ZigBee技術；無線組網；研究與實現

1 ZigBee技術概述

所謂ZigBee無線組網技術，主要是指一種網絡節點容量較大、體積較小且結構簡單的無線通信技術。它具有布局簡單、網絡自愈能力強等優勢，在系統運行中，并不會因為其中某一節點的損壞而影響整個網絡的性能[1]。正因如此，該項技術成為組建無線傳感器網絡的基礎技術之一。

ZigBee技術的應用具有省電、安全性較高，且具有較短的延時性等特點。其中普通電池能夠供應節點使用壽命達到6～24h，而安全性主要是技術在研發之初，為了避免競爭與冒險風險，在節點只設置了自動組網，以此來保證信息的可靠傳輸。20世紀以來，ZigBee技術在無線傳感器網絡中的應用成為一項重要革命，具有非常廣闊的發展前景。現階段，已經被應用于環境監測、醫療等多個領域當中。隨著技術不斷進步和完善，各類無線傳感器網絡產品勢必會成為人們生活的一部分。因此ZigBee技術在其中的應用范圍越來越廣，我們只有掌握其組網的本質與內涵，才能夠更好地利用技術改變我們的生活。

2 ZigBee技術在無線組網中的研究與實現

2.1 硬件設計

本文將應用兩塊ZigBee無線傳感器節點作為網狀拓撲結構的基礎。由于網絡具有分布廣、動態特點，可以遍布于多個被檢測區域當中。具體來說：①電路設計。與其他設計具有相似之處，微處理器模塊作為核心，發揮承上啟下的作用。本文采用的是由Atmel公司生產的AT89S52單片機，該產品具有低功耗、高性能等特點。②電源模塊，主要選取TI公司生產的低壓差線性穩壓器，為硬件運行提供電力支持，由于該設備對噪聲信號較為敏感，因此電池憑借輸出噪聲低、靜態電流小等特點成為硬件設計的一部分[2]。③無線通信模塊。本設計選擇了CC2430芯片，以此來適應ZigBee技術要求，由于該芯片系統無論是性能方面、還是靈敏度方面都具有較強的優勢，在實踐中的應用，能夠降低設計與實現成本，且能夠提高通信有效性。④傳感器模塊設計。傳感器模塊主要是收集溫度數據信息。應用溫度傳感器能夠監測到溫度動態變化情況，本設計采取美國DALLS半導體公司生產的傳感器。

2.2 軟件設計

相比較來說軟件是整個組網中最為核心的部分，其設計效果好壞直接決定了系統網狀日后的使用性能。建立在ZigBee技術基礎之上的網絡主要由網絡層、應用層構成，其中物理層在系統中主要承擔對微處理器的功能配置，以此來接收和發送數據信息等。MAC層與上一層相連，滿足不同設備的數據幀傳輸。為了確保整個系統能夠穩定運行，對網絡的算法進行優化處理，具體來說：本設計采取一種混合路由算法，將兩種不同算法整合到一起，進行優勢結合，實現對信息的直接發送。ZigBee網絡終端加入到網絡之后，便可以進行溫度采集處理，前提基礎是需要利用串口助手，在相關設備上傳輸數據。

2.3 網絡功能分析

按照上述程序完成系統設計后，整個組網具有以下功能，采集節點后能夠自動建立一個網絡。同時傳感器節點作為路由器，需要發現采集節點，并申請加入之后，與采集節點建立相應的綁定關系，為后續運行奠定做好準備。同時，傳感器節點能夠定期向采集的節點發送數據信息，實現組網內部的數據信息傳輸和交流。

2.4 實驗測試

為了了解和掌握組網設計是否具有實效性，本文將對網絡進行溫度測試。采集節點是網絡的協調器，而傳感器是網絡的終端，二者具有相似之處，均為FFD設備，因此傳感節點同時兼具路由器功能。在網絡當中，采集節點在網絡基礎上，能夠反映附近環境的溫度值，自動搜尋網絡，更快地連接到網絡當中。因此本設計在一天內，對同一測試點收集了四次溫度值，測試結果證明本設計具有可行性。其中節點1主要測試室內溫度，而節點主要測試室外溫度，對比結果如表1。

表1 不同時間測試溫度值

經過測試后發現，利用ZigBee技術進行網絡具有科學、合理性，無論是設計網絡功耗、還是路由過程方面都能夠體現獨特的優勢，為人們工作和學習提供了更大的便利。不可否認的是ZigBee組網技術具有一定優勢，能夠滿足人們對組網的需求，但是畢竟是一項新型技術，在很多方面還需要進一步完善，如拓撲功能需要適當增加資金等方面的投入，對ZigBee技術存在的弊端進行改進和優化，提高該項技術的實用性能。

3 結論

根據上文所述，網線組網通信作為通信領域與科學技術融合到一定程度的產物，在工業控制、計算機應用等方面占據非常重要的地位，尤其是在低功耗、低成本的ZigBee技術的支持下，為網絡組網的構建帶來了新的發展契機。在實踐中，結合用戶需求及網絡使用功能，堅持合理性原則，從軟硬件兩個層面入手，實現對網絡組網的設計與實現，實現對組網的構建。隨著科學技術的發展，我們還應進一步加強對ZigBee技術的研究，不斷優化和增強技術性能，從而促使ZigBee技術在組網中的積極作用得到有效發揮。

[1]文鳴鑫，王志梁，劉新鋒.基于ZigBee無線自組網技術的電能高級測控系統設計與實現[J].電力需求側管理，2011（03）：29～32+40.

[2]陳海燕，張晨.ZigBee無線語音通信組網技術[J].哈爾濱理工大學學報，2012（04）：68～72.

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1004-7344（2016）14-0286-01

2016-4-28