基于Zigbee的定位技術的研究

蘇有朋

【摘要】 隨著近年來無線傳感器網絡逐漸成為熱點，Zigbee低功耗、低成本、高效率等優點逐漸被大家發現并廣泛應用于各種定位技術中。本文首先討論了無線傳感器網絡定位技術的研究現狀，之后就Zigbee的拓撲結構、Zigbee的設備節點類型、Zigbee網絡硬件平臺、Zigbee網絡軟件平臺、Zigbee無線網絡具體實現等方面進行了分析和討論，最后做出本項目的研究總結。

【關鍵詞】 Zigbee 定位技術

無線定位的主要工作原理是通過與多個已知位置的節點進行多次通信來慢慢猜測并最終確定待知曉的節點位置。Zigbee無線傳感器是無線通信技術和傳感器技術的良好結合，在各種控制和應用中有著很好的前景。

一、無線傳感器網絡定位技術的研究現狀

無線傳感器網絡定位技術在20世紀90年代就在國外引起了廣泛地關注，尤其是很多著名的大學，然而國內的無線定位技術起步要比國外晚的多，但一經發現，該技術就立刻引起了一股熱潮，不僅僅是很多高校，很多企業，不論大小，也都開始對無線傳感定位技術開始進行研究，也有很多公司和企業以及高校提出了很多定位的解決措施。

二、Zigbee的拓撲結構

Zigbee的網絡拓撲結構包括星形、樹形和網狀，星形拓撲結構的最大特點是結構簡單，缺點是靈活性差、可靠性低，限制了無線通信網絡的覆蓋范圍和通信質量；樹形拓撲結構相比起星形拓撲，范圍有所擴張，它通過在節點和協調器之間增加路由器來擴大覆蓋范圍；網狀拓撲比較耗費電能，它設計安排比較自由，以廣播的形式發送查詢和維護指令，它的路由拓撲原理和作用與樹形拓撲結構相同。

三、Zigbee的設備節點類型

1、協調器（Coordinator）。Zigbee協調器主要有以下作用：a.開始組建家居系統整個Zigbee網絡。b.在剛組建中網絡中，其他節點如果想要進入網絡中就要發出請求信息，Zigbee協調器控制是否允許其他節點加入到網絡中，本系統中Zigbee協調器與ARM網關直接相連，Zigbee網絡所有的數據通過協調器傳遞給ARM網關，ARM網關對數據進行處理并通過Zigbee協調器將控制信息反饋給整個Zigbee網絡，從而實現所有家電節點的控制。

2、路由器（Router）。本文中介紹的這個Zigbee定位技術的整個網絡采用了星形拓撲結構，星形拓撲結構中需要用到Router類型的節點，這類節點在網絡中占得比重與其他節點相比是很高的。并且通常情況下，這類節點不允許休眠，它主要有以下兩個任務：a.在同一個網絡內的不同節點間轉發信息，起到信息的傳達作用，以達到通信的目的，實現了協調器信息與終端節點的信息傳遞。b.容許網絡中的一些子節點借由它加入到Router類型的節點所在的網絡中。

3、終端節點（EndDeviee）。EndDevice一般處于網絡的邊緣，主要是進行接收和發送信息的工作，但是它有一些弊端，就是它不能轉發相關信息，也不能將其他節點加入到網絡中，通常情況下，EndDevice在不收發數據的時候，都在休眠狀態。這是因為 EndDevice的節點是用電池來供電的，而只有在收發數據的時候EndDevice才在執行最主要的工作，其他時間EndDevice基本不進行工作，只在EndDevice收發數據時，不僅可以節約電能，還節省了硬件工作的損失。

四、zigbee網絡硬件平臺

硬件設計應該重點放在不同節點的不同設計，考慮各節點的工作內容、能源消耗和供電需求，分別采取電源供電、電池供電，或是采用休眠模式或全速工作。本系統利用了天運科技公司的CC2530模塊開發這一系列產品，CC2530模塊具有很好的兼容性，封裝與管腳也大致相同，所以很容易進行平臺移植。

五、Zigbee網絡軟件平臺

本文中所介紹的Zigbee定位技術是以Z-Stack協議為基礎，其協議棧結構與Zigbee規范十分吻合，在應用層完成應用程序的設計，在外部調用下層函數完成操作。Z-Stack采用的機制為事件輪循機制，事件發生時，系統會開啟工作模式，處理事件，同時有多個事件發生時，會先對這些事件的優先級進行判斷，之后按照順序逐次處理，處理完成后，會保持各層的初始化狀態，隨后進入低功耗模式，節省功耗。OSAL的運行機制在Z-Stack協議中占有很重要的作用。

六、Zigbee無線網絡具體實現

本系統采用TI公司推出的Z-Stack協議棧進行二次開發，Z-Stack 2007是面向家庭無線組網而開發。ZigBee協調器收集各個連接傳感器的ZigBee節點發送來的數據，傳送給ARM網關，并將ARM網關發送來的控制信息發送給連接各個家用電器的ZigBee節點。家用電器的各個節點受到相應的控制信息之后就會對信息作出反應，實現無線網絡控制。

總結：本文首先對定位技術的發展背景和情況做了簡單的概述，然后以一種基于Zigbee的無線家庭網絡為例，來例證研究Zigbee定位技術。以后，我們應繼續改良算法及拓撲結構的設計，致力于將多種無線技術相融合，來解決當下單種無線技術無法滿足人們日益增長的生活技術需要的問題。

參 考 文 獻

[1]韓曉東 李勇江 《Protel 99 SE電路設計使用教程》（第二版） 中國鐵道出版社

[2]高守瑋 吳燦陽 《zigbee技術實踐教程》 北京航空航天大學出版社

[3]李文仲 段朝玉 《zigbee無線網絡技術入門與實戰》 北京航空航天大學出版社