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zigbee网络拓扑结构及节点设计

发布时间:2020-07-21 19:27:35 阅读: 来源:消防泵厂家

1 引言

本文引用地址:基于zigbee技术的无线传感器网络适用于网点多、体积小、数据量小,传输可靠、低功耗等场合,在环境监测、无线抄表、智能小区、工业控制等领域已取得一席之地[1]。同时,zigbee规范与协议日臻完善[2]。从zigbee1.0、zigbee1.1到目前最新的zigbee2007/pro,zigbee协议规范的演进对硬件系统提出了更高的要求[3]。

2 设计要求

2.1 zigbee网络结构

从网络结构上看,zigbee网络有星形,树形,网状3种模式,按照网络节点功能划分可分为终端节点(ep)、路由器节点(rp)和协调器节点(cp)3种[2]。其组织结构如图1示。

图1 zigbee网络拓扑结构

其中,协调器节点负责发起并维护一个无线网络,识别网络中的设备加入网络;路由器节点支撑网络链路结构,完成数据包的转发;终端节点是网络的感知者和执行者,负责数据采集和可执行的网络动作[2]。这就要求zigbee网络节点需扮演终端感知者、网络支持者、网络协调者3种角色。

从功能上,zigbee节点应由微控制器模块、存储器、无线收发模块、电源模块和其它外设功能模块组成。其结构如图2所示。

图2 zigbee网络节点模块图

其中,包括dma、usart模块、定时器模块、a/d模块在内的丰富的外设功能来满足网络对硬件资源的需求,存储器模块完成协议栈的存储与执行,cpu实现数据的运算与处理,mac定时器用于实现网络同步,使用aes技术对信息进行加密,无线模块完成收据的收发与信息帧控制。

2.2 zigbee网络节点设计要求

(1)可供选择的无线频段。无线频段的选择要兼具较高的传输速率和较好的绕射性能,同时要具备一定的抗干扰力。2.4ghz频段是ieee 502.15.4定义的工作在ism频段的两个工作频段之一,有16个速率为250kb/s的信道。

(2)体积小,成本低,易于大规模布建。zigbee技术较其它无线技术的优势在于自组网,这就需要布建大规模的网络节点,因此成本问题凸显出来,有资料显示:10$左右的zigbee网络节点有较高的性价比。

(3)可靠性。与有线传输介质相比,无线信号传输更容易受到衰落、多径和干扰等问题,zigbee网络是工作在2.4ghz ism频段,与其他无线信道之间干扰是不可避免的。为保证网络在有效范围内建立可靠的传输,网络节点应选择合理的信道接入方式,有效减少帧冲突,使用合理的扩频技术。

(4)通用性。布建zigbee网络的最终目的是通过网络完成各类操作,主要是i/o操作和a/d操作,这就要求网络节点有一定的通用性,能满足各类传感器和终端设备的操作要求。

(5)低功耗,支持电池供电。低功耗是zigbee的重要特征,支持休眠-唤醒模式和引入功率控制机制使设备更加省电。典型的zigbee节点在使用普通电池供电的情况下工作12个月以上。

zigbee网络节点的设计应按照上述的原则与规划进行硬件设计和软件设计。晶振相关文章:晶振原理

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