ZigBee网络的物理层性能分析-通信与信息系统专业论文.docx

山东轻工业学院硕士学位论文 山东轻工业学院硕士学位论文 PAGE PAGE 1 第 1 章 绪论 无线传感器网络被认为是 21 世纪最重要的技术之一。传感器技术日新月异， 从原先单一的敏感元件发展到混合集成传感器、智能传感器、无线传感器网络等， 现在朝着无所不在的信息获取技术方向前进。目前主流的无线短距离通信网络 (wireless sensor network,WSN)有 Bluetooth，UWB 和 ZigBee 等。目前 ZigBee 通信 技术主要用在智能家居、工业应用、智能交通、智能建筑和家庭护理等领域[1]。本 论文主要研究 ZigBee 网络的物理层性能，并给出具体的通信仿真模型，通过仿真 测试能够符合 IEEE802.15.4MAC 层协议要求。 1.1 ZigBee 技术简介 随着半导体技术、微系统技术、通信技术、计算机技术的飞速发展，20 世纪 90 年代末在美国发端了现代意义的无线传感器网络技术，短距无线通信已成为无 线通信技术的新热点。符合 IEEE 802.15.4 标准的 ZigBee 技术具有低速率、低功耗， 低成本，高可靠性等优点，因而 ZigBee 芯片在工业控制，智能家居，智能交通以 及楼宇自动化等方面具有很好的研究价值和巨大的市场潜力。2002 年下半年 ZigBee 联盟成立，由摩托罗拉公司、英维斯公司、三菱公司以及飞利浦半导体公 司四大著名公司联合组成。IEEE802.15.4 的 ZigBee 标准于 2003 年 5 月获得批准。 ZigBee 是 ZigBee 联盟在 IEEE802.15.4 标准基础之上的一种低速率无线个域网络规 范，其中 ZigBee 的物理层(PHY)和媒体访问控制层(MAC)和 IEEE802.15.4 定义的 PHY 和 MAC 是一致的[2]。ZigBee 联盟在 IEEE802.15.4 规范的基础上，又重新定 义了 ZigBee 协议的网络层(NWK)规范和应用层(APL)规范。 1.2 国内外研究背景 无线短距离的通信起步于 20 世纪 90 年代末期，最早用于战场信息的收集。 从 21 世纪开始，无线短距离通信引起了学术界、军界和工业界的极大关注，美国 和欧洲相继启动了许多关于无线传感器网络的研究计划，特别是美国通过国家自 然基金委、国防部等多种渠道投入巨资支持无线短距离通信的研究[3]。 在军事领域，美国国防部和各军事部门较早开始启动无线短距离通信的研究， 强调战场情报的获取能力、信息的综合能力和信息的利用能力，把无线短距离通 信作为一个重要研究领域，设立了一系列军事科研项目。 在民用领域，美国交通部 1995 年提出了“国家智能交通系统项目计划”，预 计到 2025 年全面投入使用，该计划试图集先进的计算机技术、无线短距离通信技 术及信息处理技术于一体并运用于整个地面交通管理系统[4,5]。英特尔公司在 2002 第 第 1 章 绪论 年 10 月 24 日发布了“基于微型传感器网络的新型计算发展规划”，致力于微型 传感器网络在预防医学、环境监测、森林灭火乃至海底板块调查[6]。同时英特尔公 司与加州大学伯克利分校计算机系联合开展了大鸭岛生态环境监控的研究实例。 在学术界，由于无线短距离通信涉及传感器技术、网络通信技术、无线传输 技术、嵌入式计算机技术、分布式信息处理技术、微电子制造技术、软件编程技 术等多学科交叉的研究领域，美国所有著名院校都有研究小组在从事无线短距离 通信相关技术的研究，加拿大、德国、芬兰、日本和意大利等国家的研究机构也 加入了传感器网络的研究。 我国的中科院上海微系统研究所、沈阳自动化所、软件研究所、计算所、电 子所、自动化所、合肥智能技术研究所等科研机构，哈尔滨工业大学、清华大学、 北京邮电大学、西北工业大学、天津大学和国防科技大学等院校在国内较早开展 了无线短距离通信的研究[7]。 1.3 国内外研究现状和趋势 对无线传感器网络的研究起步于 20 世纪 90 年代末期。由于无线传感器网络 的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的学术界、工业界和军事部门的极 大关注。从 2000 年起，国际上开始出现了一些关于传感器网络研究结果的报道， 从 2003 年开始，美国自然科学基金委员会开始研究并相继制定了 ZigBee 网络规 范，支持 ZigBee 无线短距离网络理论研究和在实际生产和生活中的应用。目前， 国外主要研究如何降低功耗和增强其传输可靠性。 我国的中科院上海微系统研究所、沈阳自动化所等科研机构和哈尔滨工业大 学、清华大学、浙江大学、北京邮电大学等院校在国内较早开展了传感器网路的 研究，2005 年起有更多的院校和科研机构加入到该领域的研究工作中来。目前国 内的主要研究 ZigBee 物理层的仿