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无线传感器网络构建与实现

孙琪;王晓喃

【摘要】分析了无线传感器网络的特点,实现了无线传感器网络的构建算法,以及启

动顺序、运作流程和嵌入式操作系统的调度算法,并在硬件上实现了数据传输的实

验,同时分析了无线传感网构建的一些关键问题.

【期刊名称】《常熟理工学院学报》

【年(卷),期】2017(031)002

【总页数】7页(P61-67)

【关键词】无线传感网;构建;嵌入式操作系统

【作者】孙琪;王晓喃

【作者单位】常熟理工学院计算机科学与工程学院,江苏常熟215500;常熟理工学

院计算机科学与工程学院,江苏常熟215500

【正文语种】中文

【中图分类】TP393.1

随着无线通信和嵌入式技术的飞速发展，无线传感器网络也得到了发展.无线传感

网的研究与发展改变了人们对自然界的感知方式，一些小型的WSN如ZebraNet

［1］、GlacsWeb［2］也成功采用mesh拓扑组网模式部署并应用起来.通过部

署大量的传感器节点，以无线自组织的方式协调感知、采集和处理目标区域中的目

标对象信息［3］，并将信息反馈给用户，满足了人们对各类目标区域进行监测的

要求.

然而，WSN在组网、数据路由、数据融合［4］、网络管理和网络实体协作等方

面的技术难度也随着网络规模而呈指数级上升，网络的建网耗时、通信延迟、丢包

率等也会急速恶化［5］.已有的对WSN的理论及实践研究表明，大多数可用于

WSN的商用网络协议在构建大规模WSN时都存在严重不足，协议栈过于复杂、

支持的网络规模小、有限的协作能力、缺乏资源动态配置能力等.除此之外，能耗

与效率之间的取舍也一直难以权衡.然而Zigbee特别适合于低数据速率、低功耗、

低成本［6］的WSN应用，它在构建大规模WSN方面极具潜力.但目前对

Zigbee的开发，许多人还不甚了解，对其中的组网方式，数据传输过程以及协议

栈的工作方式不够了解，因而大大降低了Zigbee开发的效率.为了解决这一问题，

文章对Zigbee2006协议栈进行了详细的分析，并以温度及电压采集实验对节点

间的组网和数据传输进行了详细的说明.

1.1Zigbee技术

Zigbee是一种短距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，

是由IEEE（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）的802.15.4工作

组开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术标准.IEEE工作组主要负责制定物

理层（PHY，PhysicalLayer）和媒体访问控制层（MAC，MediaAccess

ControlLayer）标准，Zigbee负责网络层和应用接口的开发，用户根据需要设计

自己所需的应用层程序，如图1所示.

1.1.1Zigbee的技术优势

（1）低功耗：10～250KB/s的低传输率，发射功率1mW，采用休眠模式来降

低能耗.（2）低成本：Zigbee模块的成本在6美元左右，并越来越低，Zigbee

协议不收专利费.（3）网络容量大，组网灵活：一个Zigbee网络最多可以容纳

65535个节点，在同一区域内可同时存在100个网络.

（4）传输可靠：采用碰撞避免机制，并为需要固定带宽的通信预留专用时隙来避

免数据发送时的竞争和冲突.物理层则采用完全确认的数据传输机制，发送的每个

数据都需要对方的确认.

（5）安全：Zigbee采用AES-128加密算法.

Zigbee的低功耗、低成本、时延短、网络容量大、传输可靠、安全等特点［7］，

使其主要用在距离短（典型的30m以内）、功耗低且传输速率不高的各种电子设

备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输

的应用中.Zigbee是一个由可多到65000个无线数据传输模块组成的一个无线数

据传输网络平台，在整个网络范围内，每一个Zigbee网络数传模块之间可以相互

通信，Zigbee简单、使用方便、工作可靠、价格低等这些特点使得每个Zigbee

基站不到1000元人民币，而移动通信网的基站价值高达百万，这也是Zigbee适

合用于部署大规模