论文部分内容阅读
摘 要：无线网络系统可以实现近距离内的信息感知、收集、采集等，本文在阐述了无线网络系统功能以及ZigBee技术原理的基础上，设计了一种基于ZigBee技术规范的无线网络系统，探讨了该系统的硬件与软件设计，该系统可以满足无线近距离通信的需要。
关键词：无线网络；终端节点；网络协调器
引言
各种新兴网络技术以及通信技术的出现带动了我国无线传感器网络的蓬勃发展。无线网络系统主要依托蓝牙、红外、wifi或是ZigBee等技术的支持，该系统由监测区域内的众多无线节点构成，每个节点都带有传感器，从而对目标信息进行感知、收集与处理。ZigBee技术凭借较低的功率消耗与成本投入以及较高的安全性等优势，受到人们的日益重视，本文基于ZigBee技术，探讨了无线网络系统的设计方案，希望为该领域的研究人员提供一定的借鉴和参考，使无线网络系统更加完善可靠，更好的服务于社会各领域。
1 无线网络系统的功能
1.1网络构建
所构建的无线网络系统应具备快速构建功能，各种设备终端如手机或是笔记本电脑等都应该得到支持。并且该网络还便于接入卫星网络的功能，VPN技术也可以支持。此外无线网络系统的拓扑结构有利于分层，可以实现分簇式组网模式。
1.2信息收集与分析
该功能包含两方面，首先用户在进行信息检索时含有的关键词必须得到有效支持，其次无线网络系统应掌握网络中的信息传输情况，提高无线网络信息传输的智能性与安全性。
1.3信息发布
无线网络系统所发布的信息包含两个层面，首先可以对Web信息自动发布，其次该无线网络系统还可以发布手机中的短消息、多媒体消息以及语音消息等。
1.4系統应满足的指标
评估无线网络系统的构建效果应从指标入手，完善的无线网络系统应满足如下指标要求，首先WIFI的覆盖功能可以令多达三台手提式设备实现有效连接，其次无线网络进行信息传输的速度不应低于64kbit/s，若由于某种原因导致节点掉线，重新进行路由器重组必须在一分钟内完成。此外，无线网络系统中的节点数量至少为256个，并且支持各种信息类型如短信等信息的发布。此外，该无线网络系统承担了对目标网站的分类功能。
2 ZigBee技术概述
ZigBee技术作为一种新兴的无线网络技术，其技术范畴涵盖了无线标记技术与蓝牙技术，在近距离无线连接中它可以发挥显著作用。ZigBee依据IEEEE批准通过的组网、应用程序以及网络安全等方面的标准，可以实现数千个小型传感器间的协调与通信，并对数据进行收集、量化、整合处理以及传输。凭借简洁的操作、较低的功率损耗、较少的成本投入等优势在无线通信中得到了越来越广泛的应用。
2.1 ZigBee技术原理
ZigBee技术依托众多独立的工作节点，在无线网络系统中结合成星型、网状或是片状的网络结构。每个节点都是整个系统功能实现的一个子集，并且每个节点的功能都有所不同。节点只承担一部分功能，因而较为精简，应用控制也很简单，仅仅占用很少的通信资源，从而可以有效降低成本。除了功能节点之外，还有一些节点的功能比较强大，在无线网络系统中发挥了控制与管理功能，负责与自身控制的子节点进行信息传输，并且可以对网络成员身份、通信链路状态等信息进行管理。
2.2 ZigBee技术通信协议
ZigBee协议包含网络层、物理层、数据链路层、应用层以及高层应用规范五部分构成。其中，ZigBee联盟负责制定网络层、应用层以及高层应用规范，其他两部分协议由IEEE802.15.4制定。物理层负责提供访问控制层与无线物理通道之间的接口，实现对无线收发设备的休眠或是激活，并能监测频道能量，指示链路质量等。网络层用于建立和维护系统的拓扑结构，应用层用于集成各种不同类型的应用，使之映射到ZigBee无线网络系统中。
3 系统的设计与实现
3.1硬件设计
（1）网络协调器。在无线网络系统的构建中，网络协调器是十分重要的一个环节。网络协调器的作用是接收每个参考节点以及移动节点的配置信息，将该信息传送给其他节点，并且其他节点反馈的数据也要依靠网络协调器传输给监控软件。由于网络协调器中需要涵盖全部的网络信息，因而它具有最大的存储容量与最强大的计算能力，其结构也最为复杂。网络协调器包含CC2430、支持电路和外部模块三部分，其中支持电路有如下三种，分别是电源电路、复位电路和晶振电路。外部模块主要包括负责通信以及配置数据的串行通信模块、反映当前网络水平的液晶模块以及进行网络协调者之间无线通信的射频通信模块三部分。
（2）终端节点。终端节点的布局和建立要考虑如下两部分，分别是网络参考节点和定位节点。其中参考节点由CC2430芯片、射频通信模块、支持电路以及串行接口构成。节点依靠仿真器的作用，通过串行接口，从而实现与设备终端的通信，并且可以下载或是写入程序以及配置数据等。定位节点由CC2431芯片进行控制，与CC2430芯片的不同之处在于该芯片具备了硬件定位功能。终端节点的外围电路设计类似于网络协调器的外围电路。
通常终端节点采用芯片工作的模式，该方式可以有效减小功率消耗。射频芯片的接收和发送设备平时一般被关闭，当需要进行数据的收发时才打开，从而降低能量消耗，并使节点的工作时间得到延长。
3.2软件设计
无线网络系统的软件包括主机监控软件和无线通信软件。其中主机监控软件负责对整个网络进行监控功能，并且可以定位任意一个参考节点的位置，对移动节点可以进行实时监控。无线通信软件分为系统平台层、应用层以及协议层三个层面，每个层面采用不同的API接口对协议层提供的服务进行调用，在系统平台层和应用层分别利用的是SYS-API和PS-API两种接口。
4 结语
本文提出了利用ZigBee技术构建了无线网络系统的方案，从硬件结构与软件设计两方面展开规划。随着人们对无线网络系统重视程度的提高以及相关技术的完善，未来基于ZigBee技术的无线网络系统必将在智能家居、安全系统以及工业监控等众多领域得到广泛应用，然而无线网络系统的设计与构建仍然需要投入更大的科研精力，使无线网络系统更加科学完备，真正服务于所需要的领域。
参考文献：
[1]姚光乐.基于无线网络的定位系统的设计与实现[D].成都理工大学，2009.
[2]熊磊，董奎勇，钱炜，等.基于ZigBee的无线网络系统的设计与实现[J].计算机技术与发展，2009，19（4）：242-245.
关键词：无线网络；终端节点；网络协调器
引言
各种新兴网络技术以及通信技术的出现带动了我国无线传感器网络的蓬勃发展。无线网络系统主要依托蓝牙、红外、wifi或是ZigBee等技术的支持，该系统由监测区域内的众多无线节点构成，每个节点都带有传感器，从而对目标信息进行感知、收集与处理。ZigBee技术凭借较低的功率消耗与成本投入以及较高的安全性等优势，受到人们的日益重视，本文基于ZigBee技术，探讨了无线网络系统的设计方案，希望为该领域的研究人员提供一定的借鉴和参考，使无线网络系统更加完善可靠，更好的服务于社会各领域。
1 无线网络系统的功能
1.1网络构建
所构建的无线网络系统应具备快速构建功能，各种设备终端如手机或是笔记本电脑等都应该得到支持。并且该网络还便于接入卫星网络的功能，VPN技术也可以支持。此外无线网络系统的拓扑结构有利于分层，可以实现分簇式组网模式。
1.2信息收集与分析
该功能包含两方面，首先用户在进行信息检索时含有的关键词必须得到有效支持，其次无线网络系统应掌握网络中的信息传输情况，提高无线网络信息传输的智能性与安全性。
1.3信息发布
无线网络系统所发布的信息包含两个层面，首先可以对Web信息自动发布，其次该无线网络系统还可以发布手机中的短消息、多媒体消息以及语音消息等。
1.4系統应满足的指标
评估无线网络系统的构建效果应从指标入手，完善的无线网络系统应满足如下指标要求，首先WIFI的覆盖功能可以令多达三台手提式设备实现有效连接，其次无线网络进行信息传输的速度不应低于64kbit/s，若由于某种原因导致节点掉线，重新进行路由器重组必须在一分钟内完成。此外，无线网络系统中的节点数量至少为256个，并且支持各种信息类型如短信等信息的发布。此外，该无线网络系统承担了对目标网站的分类功能。
2 ZigBee技术概述
ZigBee技术作为一种新兴的无线网络技术，其技术范畴涵盖了无线标记技术与蓝牙技术，在近距离无线连接中它可以发挥显著作用。ZigBee依据IEEEE批准通过的组网、应用程序以及网络安全等方面的标准，可以实现数千个小型传感器间的协调与通信，并对数据进行收集、量化、整合处理以及传输。凭借简洁的操作、较低的功率损耗、较少的成本投入等优势在无线通信中得到了越来越广泛的应用。
2.1 ZigBee技术原理
ZigBee技术依托众多独立的工作节点，在无线网络系统中结合成星型、网状或是片状的网络结构。每个节点都是整个系统功能实现的一个子集，并且每个节点的功能都有所不同。节点只承担一部分功能，因而较为精简，应用控制也很简单，仅仅占用很少的通信资源，从而可以有效降低成本。除了功能节点之外，还有一些节点的功能比较强大，在无线网络系统中发挥了控制与管理功能，负责与自身控制的子节点进行信息传输，并且可以对网络成员身份、通信链路状态等信息进行管理。
2.2 ZigBee技术通信协议
ZigBee协议包含网络层、物理层、数据链路层、应用层以及高层应用规范五部分构成。其中，ZigBee联盟负责制定网络层、应用层以及高层应用规范，其他两部分协议由IEEE802.15.4制定。物理层负责提供访问控制层与无线物理通道之间的接口，实现对无线收发设备的休眠或是激活，并能监测频道能量，指示链路质量等。网络层用于建立和维护系统的拓扑结构，应用层用于集成各种不同类型的应用，使之映射到ZigBee无线网络系统中。
3 系统的设计与实现
3.1硬件设计
（1）网络协调器。在无线网络系统的构建中，网络协调器是十分重要的一个环节。网络协调器的作用是接收每个参考节点以及移动节点的配置信息，将该信息传送给其他节点，并且其他节点反馈的数据也要依靠网络协调器传输给监控软件。由于网络协调器中需要涵盖全部的网络信息，因而它具有最大的存储容量与最强大的计算能力，其结构也最为复杂。网络协调器包含CC2430、支持电路和外部模块三部分，其中支持电路有如下三种，分别是电源电路、复位电路和晶振电路。外部模块主要包括负责通信以及配置数据的串行通信模块、反映当前网络水平的液晶模块以及进行网络协调者之间无线通信的射频通信模块三部分。
（2）终端节点。终端节点的布局和建立要考虑如下两部分，分别是网络参考节点和定位节点。其中参考节点由CC2430芯片、射频通信模块、支持电路以及串行接口构成。节点依靠仿真器的作用，通过串行接口，从而实现与设备终端的通信，并且可以下载或是写入程序以及配置数据等。定位节点由CC2431芯片进行控制，与CC2430芯片的不同之处在于该芯片具备了硬件定位功能。终端节点的外围电路设计类似于网络协调器的外围电路。
通常终端节点采用芯片工作的模式，该方式可以有效减小功率消耗。射频芯片的接收和发送设备平时一般被关闭，当需要进行数据的收发时才打开，从而降低能量消耗，并使节点的工作时间得到延长。
3.2软件设计
无线网络系统的软件包括主机监控软件和无线通信软件。其中主机监控软件负责对整个网络进行监控功能，并且可以定位任意一个参考节点的位置，对移动节点可以进行实时监控。无线通信软件分为系统平台层、应用层以及协议层三个层面，每个层面采用不同的API接口对协议层提供的服务进行调用，在系统平台层和应用层分别利用的是SYS-API和PS-API两种接口。
4 结语
本文提出了利用ZigBee技术构建了无线网络系统的方案，从硬件结构与软件设计两方面展开规划。随着人们对无线网络系统重视程度的提高以及相关技术的完善，未来基于ZigBee技术的无线网络系统必将在智能家居、安全系统以及工业监控等众多领域得到广泛应用，然而无线网络系统的设计与构建仍然需要投入更大的科研精力，使无线网络系统更加科学完备，真正服务于所需要的领域。
参考文献：
[1]姚光乐.基于无线网络的定位系统的设计与实现[D].成都理工大学，2009.
[2]熊磊，董奎勇，钱炜，等.基于ZigBee的无线网络系统的设计与实现[J].计算机技术与发展，2009，19（4）：242-245.