基于ZigBee无线传感器网络中基站节点数据采集优化设计与应用研究
基于ZigBee协议多跳无线传感器网络设计

基于ZigBee协议的多跳无线传感器网络设计摘要:本文介绍了一种以zigbee协议为核心的多跳无线传感器网络设计,传感器节点处理器采用atmel公司的atmega128l芯片,无线通信采用chipcon公司的cc2420射频芯片,传感器采用数字湿度温度传感器sht10,对不同功能的节点采用不同的程序设计,成功实现数据在无线传感器网络节点间的多跳路由。
关键词:无线传感器网络;zigbee协议;多跳;协调器;路由器;终端设备中图分类号:tp79无线传感器网络(wsn,wirelesssensornetwork)是由多个节点组成的面向任务的无线自组织网络,它综合了无线通信技术,传感器技术,微机电技术,计算机网络技术等多学科的技术领域,借助各类传感器对检测目标进行数据采集,通过无线通信的方式把信息发送给观测者。
由于无线传感器网络具有不依赖有线基础设施,可以自组网和允许网络具有动态的拓扑结构等优点,特别适用于一些不适合人类直接参与的检测环境进行数据采集,因此无线传感器网络在军事、空间探索和灾难拯救等特殊领域有其得天独厚的技术优势,在环境、健康、家庭和其他商业领域有广阔的应用前景。
1 zigbee协议zigbee协议是一种建立在ieee802.15.4标准之上的短距离,低速率的无线通信协议,其中物理层和链路层由ieee802.15.定义,网络层和应用层由zigbee联盟规范。
与其他短距离无线通信技术相比,zigbee协议具有以下优点:(1)功耗低。
低功耗待机模式下,两节5号电池就可以是由6个月以上。
(2)具有3个无线收发器频段。
868mhz(欧盟);902mhz(美国);2.4ghz。
(3)网络容量大。
可支持6500个节点设备。
(4)采用csma-ca机制,有效的避免了数据发送时因碰撞产生的冲突。
(5)网络安全性高。
采用了密钥长度为128位的加密算法,对所传输的数据进行了加密算法,有效的保证了数据传输的有效性和安全性。
基于ZigBee技术的无线传感器网络构建与应用

图 4 Zg e 无线局域 网络 节点 内部结构 ib e
节点应 用部分装 置根 据监 控不同位 置 ( 比如温度 、声 音 、振 动、压力 、运动或污染物 )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
对通信加密 。
图 3混合型的 Zg3e it 组网 c
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 。
三 、基 于 Z g e 术 的 iBe 技 无 线 传 感 器 网络 构 建
列扩频 1 使用相 同的物理层数据 包格式 . 区别在于工作频 率 调 制技术 扩频码片长度和传输速率 9 58 8 1/6 MHz 频
段是基于 差分 编码 的二进制相移键控 ( P Kl 而 2 GH B S 4 z
频段采 用的是 l 6进制正变调制 24 H .G z波段总共有 1 个 6 不同的信道 为全球 统一的无需申请的 IM 频段 S 采用高阶 从而更加省 调制技术能 够提供 2 0 bs 5 k /的传输速率 有助于获得更高的 吞吐量 更小的通信时延和更短 的工作周期 美国的 I M 频段有 1 S 0个信道
~
图 2 Z g e 协 议 栈 iB e
10 ( 外 ) 5m 室 。
媒体接入控制层 :遵循I, S2 5 协议 .负责设 F , 0 . F F 14 备间无线数据链路的建立、 维护和结束 . 确认模式的数
据传送和接收 . 可选时隙. 实现低延迟传输 . 支持各种
网络拓扑结构 网络中每个设备 为 1 位地址寻址 。 6 网络层 :建立新的网络 处理节点的进入和离开 网络 根据 网络类型设置节点 的协议堆栈 .使网络协 调器对节点分配地址 ,保证节点之 间的 同步 提供网 络的路 由 保证 数据 的完 整性 使用可选的 AE 一2 S18
基于ZigBee技术的无线传感器网络构建与应用

IE S2 1. E E0 .5 4定 义 了 两 个 物 理 层 标 准 , 别 是 2 4 H 物 理 层 和 8895 z 分 .G z 6 / 1MH
5 ・ 6
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封
一
瑜
葛万成
IE S2 1 . 满 足 国 际 标 准 组 织 E E0 . 5 4 (S ) IO 开放系统互连( S) 考模 式 。它定 O I参 义 了单 一 的 M C层 和 多样 的物 理层 P Y A H
( 图 1。 见 )
Z l l o i ; l 『k t l
、
引 言
图 1 IE 0 . 5 4协议架构 E E8 2 1 . I E 82 1 . E E 0 .5 4的 M C层 能 支持 多 种 A
L C标准 , 过 S C ( 务 相 关 的 会 聚 子 L 通 SS 业 层) 协议承 载 IE S2 2类 型 1的 L C标 E E0 . L
物理 层 。它 们 都 基 于 D S ( 接 序 列 扩 SS 直 频 ) 使 用 相 同的物 理层 数 据包 格 式 , , 区别
在于工作频 率 、 调制 技术 、 扩频码 片长度 和 传输 速 率 。9 5 8 8 H 1 / 6 M z频 段 是 基 于差 分 编码 的二进制 相移键控 ( P K , 2 4 H B S ) 而 .G z 频段采 用 的是 1 6进 制 正 交调 制 。2 4 H .G z
避免 了 2 4 H 附 近各 种 无 线 通 信设 备 的 .G z
相互 干扰 。8 8 H 6 M z的传输 速 率 为 2 k/ , 0b s
96 z 4 k/ 。这 两 个 频 段 上 无 线 信 1MH 是 0 bs 号传播损耗 较小 , 因此可 以降低 对接 收机灵 敏度 的要求 , 得 较远 的有 效通 信 距 离 , 获 从
基于ZigBee的无线传感器网络节点通信的研究

基于ZigBee的无线传感器网络节点通信的研究作者:曾龙吴薇来源:《科技创新导报》2012年第06期摘要:ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线通信技术,适用于监控领域。
介绍了ZigBee无线网络技术、ZigBee设备节点分类和各类节点在监控网络中的作用。
以室内环境监测为例,在对ZigBee无线网络节点通信的研究的基础上,进行了ZigBee无线网络拓扑的选择和以ZigBee无线网络协调器节点组网分析研究,设计了协调器节点的工作流程并给出了软件设计方案。
关键词:ZigBee无线网络协调器组网中图分类号:TN92 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)02(c)-0000-00无线传感器网络是由大量无处不在的,具有通信与计算能力的微小传感器节点密集布设在无人值守的监控区域而构成的能够根据环境自主完成指定任务的“智能”自治监控网络系统[1]。
网络中随机分布的、集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成网络,借助于节点中内置的形式多样的传感器感知所在周边环境的热、红外、声纳、雷达和地震波信号,从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度、方向等我们需要获知的物理现象,并通过无线通信传送信息。
基于ZigBee技术的无线传感器网络具备省电、可靠、成本低、容量大、安全等诸多优势,为其广泛应用于各种自动控制领域奠定了良好的基础。
1 基于ZigBee的无线传感器网络技术1.1 ZigBee概念ZigBee是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线通信新技术,它依据IEEE 802.15.4标准,协调多个微小的传感器之间的相互通信[2]。
这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,通信效率高。
相对于现有的各种无线通信技术,ZigBee技术是最低功耗和成本的技术。
1.2 ZigBee网络中的设备ZigBee网络支持三种拓扑结构:星形,树形和网状形结构。
基于ZigBee技术中职无线传感器网络技术的课程设计

基于ZigBee技术中职无线传感器网络技术的课程设计【摘要】本文主要介绍了基于ZigBee技术中职无线传感器网络技术的课程设计。
首先从ZigBee技术和无线传感器网络的概述开始,然后探讨了ZigBee技术在无线传感器网络中的应用以及设计要点。
接着介绍了实验设计与实施、数据采集与处理以及系统性能评估等方面。
最后对课程设计进行总结,并展望了未来的研究方向。
通过本课程设计,学生将深入了解ZigBee技术在无线传感器网络中的应用,掌握相关实验与数据处理技能,提高系统性能评估能力。
这对培养学生的实践能力和解决问题的能力具有重要意义,也为未来无线传感器网络技术的发展奠定了基础。
【关键词】ZigBee技术, 无线传感器网络, 课程设计, 应用, 设计要点, 实验设计, 数据采集, 数据处理, 系统性能评估, 总结, 研究方向, 未来展望1. 引言1.1 ZigBee技术概述ZigBee技术是一种短距离、低功耗、低数据传输速率的无线通信技术,主要应用在物联网领域。
它采用IEEE 802.15.4标准,工作在2.4GHz频段,具有自组网、低功耗、低成本等特点。
ZigBee技术被广泛应用在智能家居、工业控制、智能建筑等领域,为传感器节点之间的通信提供了可靠的解决方案。
其网络拓扑结构包括星型、网状和混合型,具有灵活性和扩展性。
ZigBee技术在无线传感器网络中扮演着重要的角色,通过组建网络、数据传输和协调节点等功能,使得无线传感器网络能够实现远程监测、实时控制等应用。
其低功耗特性使得传感器节点可以长时间工作,适用于需要长期监测的环境。
ZigBee技术还具有良好的安全性和可靠性,能够保障传感器数据的安全传输。
ZigBee技术的应用在无线传感器网络中具有广阔的前景,可以提升传感网络的性能和稳定性,为各种应用场景提供可靠的支持。
1.2 无线传感器网络简介无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是由大量分布在空间中的微小传感器节点组成的网络,每个节点都能感知周围的环境,并能将采集到的数据通过无线通信传输到网络中。
基于ZigBee技术的无线传感器网络节点的设计

式 ,这 种组 合 方式 的兼容 性 与芯 片之 间 的数 据 传输 可 靠 性强 ,而 且能 实现 节点 的更 微小 化和 极低 的功 耗 。
11 无 线 传 感 器 网 络 节 点 组 成 .
离无 线通 信 。Zg e 技 术 的 出现 就 弥 补 了低 成 本 、低 iB e 功耗 和低 速率 无 线通 信市 场 的空 缺 ,大大 减少 资源 的
Zg e 技 术是 在 I E 0 .5 协议 标 准 的 基 础 上 i e B E E8 21 . 4 扩展起 来 的 ,是 一种 短距 离 、低 功耗 、低 传输 速 率 的 无 线通 信技 术 。该 技术 主 要针 对低 速 率 传感 器 网络而
提 出 ,能够 满 足 小 型 化 、低 成 本 设 备 的无 线 联 网要 求 ,可 广泛应 用 于工业 、农 业 和 日常生 活 中 。 Zg e 无 线 网络 根据 应 用 的 需要 可 以组 织成 星型 iB e 网络 、 网状 网络 和 簇状 网络 三 中拓 扑结 构 。Zg e 网 iB e
匾露 翻
大 气 压 力 等 :数 据 处 理 单 元 控 制 整 个 节 点 的处 理 操
作 、路 由协 议 、同步 定 位 、功 耗 管理 和任 务 管 理 等 : 数 据传 输 单元 用 于与 其 他节 点进 行无 线 通信 、交换 控 制 消 息及 收发 采 集数 据 :电源管 理单 元 选 通所 用 到 的
无线 收发模块
内进行发送 。协调 器会定期 以一 个标知 为信标帧 的超级 帧开始 发送 ,并且 希望 网络 中 的所 有节 点与此 帧 同步 。 在这个超级 帧中为每个节点分 配了一个特 定 的时 隙 ,在
该时隙 内允许节点 发送和接 收数 据 。超级 帧可能还 含有
研究和设计一种基于无线传感器网络的环境监测系统

研究和设计一种基于无线传感器网络的环境监测系统环境监测在当今社会中变得越来越重要。
因为环境问题对人类的生活和健康产生了深远的影响,所以有必要开发一种基于无线传感器网络的环境监测系统。
这种系统可以实时监测和控制环境参数,如温度、湿度、气体浓度等,以保护环境和维护人类的健康。
本文将介绍研究和设计该环境监测系统的详细过程。
首先,我们需要选择适合的无线传感器网络技术。
目前,常用的无线传感器网络技术包括Zigbee、WiFi和LoRa等。
这些技术都有自己的优点和缺点。
我们需要根据环境监测系统的需求来选择合适的技术。
例如,如果监测范围广且传输距离较远,则LoRa技术可能是一个更好的选择。
而如果需要高速的数据传输和较小的网络延迟,则WiFi技术可能更适合。
其次,我们需要设计传感器节点。
传感器节点是环境监测系统的核心组成部分,负责收集环境参数并将其传输给基站。
为了实现高效的数据采集,我们需要选择合适的传感器。
温度传感器、湿度传感器、气体传感器和光照传感器都是常见的环境监测传感器。
另外,我们还需要考虑节点的能耗问题。
因为传感器节点的电池寿命是一个重要的因素,影响着系统的可用性。
因此,我们需要设计低功耗的传感器节点,同时尽量提高其工作效率。
然后,我们需要设置网络拓扑结构。
网络拓扑结构决定了节点之间的通信方式和路由方式。
常见的网络拓扑结构包括星型、树状、网状等。
在环境监测系统中,星型拓扑结构通常是一个不错的选择,因为它简单且易于管理。
在星型拓扑结构中,基站作为网络的中心,节点通过无线连接与基站通信。
此外,我们还需要考虑节点之间的信号传输距离和传输功率等因素,以确保网络的可靠性和稳定性。
接下来,我们需要设计数据收集和处理算法。
一旦传感器节点采集到环境参数,我们需要将这些数据传输到基站进行处理和分析。
在数据处理方面,我们可以使用各种算法来处理传感器数据,如平均值、滑动平均、傅里叶变换等。
此外,为了减少数据传输量和节省能源,我们可以在节点上进行数据预处理和压缩,只将重要的数据传输到基站。
基于ZigBee技术的无线传感器网络及其应用研究

Ke r s w rl s e s rn t r s Z g e ; tu t r e t nt r g la ig l c iai n b h o ewo k ; iB e sr cu e h ah mo i i ;o d n o a z t ; o o s e l on l o
摘要 : 无线传感 网络是 当前 国内外传 感器技 术领域 的热点研 究课题 , 着重研 究 了基 于 Zg e 技 术 的无 线传感 器网络节 点 i e B 的软硬件设计 , 实现 了 Zg e 无线传感 器网络 节点的设 计 , i e B 并运 用该无线 传感节点建 立 了基 于 Zg e 术的无 线结构健 i e技 B
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基 于 zs e 术 的 无 线 传 感 器 网络 及 其 应 用研 究 i e技 B
・1 3・
基于 Zg e 技术 的无 线传感 器网络及其应 用研究 i e B
吴 键, 袁慎芳 , 殷 悦, 尚 盈, 丁建伟
2 0 6 101 ) ( 南京航空航天大学 智 能材料 与结构航空科技重点实验 , 江苏 南京
A src: h i ls sno e ok ( N )ae h oso r erho r n no cnlg. c tni ef ue n b t tT e r es e sr t rs WS s r eht te ac f ur te sreh o yMu h t tna csdo a we nw t p s c e s t o ae o r o
Zg e 技 术是 一种新的短距离无线个 域 网( A wr es i e B WP N, i ls e pr n ra e ok 技术 。20 es a a t r ) ol e n w 0 2年 1 0月英 国 Ivny 公 司、 ness 日 本三菱 电气公司 、 国摩 托罗 拉公 司以及荷 兰飞利浦 等公 司共 美 同提 出了研 发一种具 有成本低 、 体积小 、 能耗 小 、 传输速率 的 低
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基于ZigBee无线传感器网络中基站节点数据采集优化设计与
应用研究
ZigBee无线传感器网络已经被广泛应用于环境监测、智能家
居和工业控制等领域。
基站节点在网络中起着非常重要的作用,负责汇集、处理和存储传感器节点采集的数据。
因此,基于ZigBee无线传感器网络中基站节点的数据采集优化设计与应
用研究是非常有意义的。
一、数据采集优化设计
1. 数据压缩与编码:在无线传感器网络中,数据传输是非常重要的环节。
基站节点需要采集大量的传感器数据,为了减少数据传输的开销,可以采用数据压缩与编码的方法。
数据压缩可以通过删除冗余信息、数据表示和算法优化等手段来实现,从而减少传输的数据量。
另外,数据编码可以将传感器数据进行编码,提高数据传输的效率。
2. 多路径通信:在ZigBee无线传感器网络中,传感器节点之
间的通信是通过中继节点转发完成的。
为了提高数据采集的可靠性和稳定性,可以设计多路径通信的机制。
即使其中一条路径发生故障或拥塞,数据仍可以通过其他路径传输到基站节点。
3. 高效路由算法:路由算法是无线传感器网络中的关键技术,直接影响到数据采集的效率和速度。
在设计路由算法时,需考虑网络拓扑结构、能量消耗和数据延迟等因素,以提高路由的效率和稳定性。
4. 数据优先级管理:在ZigBee无线传感器网络中,不同的传感器节点采集的数据具有不同的重要性和紧急性。
因此,可以通过设置数据的优先级来合理管理数据的采集和传输。
重要的数据可以优先传输,保证数据的及时性和准确性。
二、应用研究
1. 环境监测:ZigBee无线传感器网络可以应用于环境监测领域,如空气质量监测、水质监测和噪音监测等。
基站节点可以采集传感器节点采集的环境数据,并通过优化设计的数据采集方法和算法,实时分析和处理这些数据,提供给用户及时的环境监测报告。
2. 智能家居:ZigBee无线传感器网络可以应用于智能家居领域,如温度控制、照明控制和安防监控等。
基站节点可以采集传感器节点采集的家居数据,并通过优化设计的数据采集方法和算法,实现家居设备的智能控制和管理。
3. 工业控制:ZigBee无线传感器网络可以应用于工业控制领域,如物联网生产线监控、设备状态监测和能耗管理等。
基站节点可以采集传感器节点采集的工业数据,并通过优化设计的数据采集方法和算法,实现工业设备的远程监控和故障预警。
综上所述,基于ZigBee无线传感器网络中基站节点的数据采集优化设计与应用研究具有重要的意义。
通过优化设计数据采集方法和算法,可以提高数据传输的效率和速度;通过应用研究,可以实现环境监测、智能家居和工业控制等领域的智能化
和自动化。
这将为我们的生活和工作带来更多的便利和效益。
三、数据采集优化设计
5. 能量管理:由于无线传感器网络中的传感器节点通常是由电池供电的,因此能量管理是非常重要的。
基站节点作为网络的核心节点,它需要不断地收集传感器节点的数据,因此能量消耗也非常大。
为了提高基站节点的能量利用效率,可以采取一些能量管理策略,比如休眠控制、能量平衡和能量回收等方法,以延长基站节点的寿命。
6. 数据预处理:在无线传感器网络中,传感器节点采集到的数据通常存在噪声和冗余。
为了提高数据采集的准确性和可靠性,可以在基站节点对数据进行预处理。
预处理包括数据滤波、数据去冗余和数据校正等过程,可以提高数据的质量,减少无关信息的传输,同时也减少了基站节点的计算开销。
7. 数据缓存和压缩算法:基站节点需要采集大量的传感器数据,如果直接将这些数据传输给上层应用,会导致传输开销过大。
因此,在基站节点内部可以设置一个数据缓存区,对采集到的传感器数据进行临时存储。
同时,可以采用压缩算法对数据进行压缩,从而减少数据的传输量。
这样既提高了数据采集的效率,也降低了网络的负载。
8. 数据质量管理:在无线传感器网络中,传感器节点采集到的数据可能存在一定的误差和不确定性。
为了提供高质量的数据给上层应用,可以在基站节点对数据进行质量管理。
质量管理包括数据校验和数据修正等过程,可以识别和纠正数据中的错
误,提高数据的准确性和可靠性。
四、应用研究
4. 物流管理:ZigBee无线传感器网络可以应用于物流管理领域,如仓储管理、货物跟踪和运输优化等。
基站节点可以采集传感器节点采集的物流数据,并通过优化设计的数据采集方法和算法,实现对物流过程的实时监测和管理,提高物流的效率和准确性。
5. 健康监护:ZigBee无线传感器网络可以应用于健康监护领域,如病人监护、老人健康管理和体育训练等。
基站节点可以采集传感器节点采集的生理数据,并通过优化设计的数据采集方法和算法,实时监测和分析病人、老人和运动员的健康状况,预警可能出现的异常情况。
6. 精准农业:ZigBee无线传感器网络可以应用于精准农业领域,如土壤监测、作物生长管理和灌溉控制等。
基站节点可以采集传感器节点采集的农业数据,并通过优化设计的数据采集方法和算法,实现对农田的实时监测和管理,提高作物的产量和质量,节约农业资源。
7. 网络安全:在ZigBee无线传感器网络中,数据的安全性和
隐私保护是非常重要的。
基站节点在采集和传输数据时,需要保障数据的机密性和完整性。
因此,可以通过加密算法和认证机制等手段,提高数据的安全级别,防止数据的泄露和篡改。
综上所述,基于ZigBee无线传感器网络中基站节点的数据采
集优化设计与应用研究有着广泛的应用前景。
通过优化设计数据采集方法和算法,可以提高数据传输的效率和速度,同时降低能量消耗;通过应用研究,可以实现环境监测、智能家居、工业控制、物流管理、健康监护、精准农业和网络安全等领域的智能化和自动化。
这将为我们的生活和工作带来更多的便利、高效和安全。