ZigBee无线传感器网络优化方案

无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）技术综合了传感器技术、嵌入式系统技术、无线网络通信技术、分布式信息处理技术等，通过各类集成化的微型传感器节点实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息。每个传感器节点都具有无线通信功能，组成一个无线网络，将测量数据通过自组多跳的无线网络方式传送到监控中心。WSN技术克服了传统的数据点对点无线传输模式的局限性，拓扑结构具有动态性、自组织性以及网络分布式特性，同时具有低成本、低功耗、超强通信能力、通信距离较远和抗干扰能力强等诸多优点，适合于测量点多、范围分散场合的信息传输。目前，WSN技术在居民用户用电信息采集系统中得到了较好的应用。

1.ZigBee网络构成

ZigBee是一组基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的，有关组网安全和应用软件方面的技术。IEEE802.15.4仅处理MAC层和物理层协议，ZigBee在IEEE802.15.4基础上定义了网络层以支持先进的网络路由功能。ZigBee规范是由组成ZigBee联盟的一个不断发展的企业财团开发的。联盟成员超过300家，包括了半导体企业、模块企业、协议栈和软件开发商等。

ZigBee定义了三种不同类型设备：网络协调器、路由器和终端设备。ZigBee网络构成如图2.19所示。

图2.19　ZigBee网络

（a）ZigBee1081无线数据采集卡实物图；（b）ZigBee网络构成

网络协调器通过选择一个信道和64位及16位的个域网标识（Personal Area Network Identification，PANID）来启动网络；协调器能够允许路由器和终端设备加入这个网络并协助路由数据；必须保持供电，不能睡眠。

路由器在传输、接收或者路由数据前必须加入一个ZigBee网络；加入网络后，能够允许协调器和终端设备加入这个网络；加入网络后，能够协助路由数据；必须保持供电，不能睡眠。终端设备在传输或者接收数据之前必须加入一个ZigBee网络；它不能允许其他设备加入该网络；必须通过它的父设备传输和接收数据，不能路由数据；能够进入低功耗模式以节约电能，可采用电池供电。(www.xing528.com)

一个终端设备加入由路由器或者协调器构成的ZigBee网络后，它能够通过那个路由器或者协调器传输、接收射频数据。允许一个终端设备加入的路由器和协调器就成为这个终端设备的“父设备”。因为终端设备能够睡眠，父设备必须能够为它的子设备缓存或者保留发来的数据，直到这个子设备醒来并接收这个数据。

2.PANID

ZigBee网络称为个人区域网络（PAN）。每个网络由一个唯一的PANID定义。ZigBee设备可以加入一个预先设置PANID的网络，或者探寻附近的网络并选择一个PANID加入。

ZigBee支持64位PANID和16位PANID。这两个PANID都用来唯一地标识一个网络。在同一个ZigBee网络中的设备必须具有相同的64位PANID和16位PANID。如果多个ZigBee网络运行在一个有限区域内，每个网络应该有唯一的PANID。

64位PANID是一种唯一的、不重复的值。当协调器启动一个网络时，它可以在预先设置的64位PANID上启动网络，也可以选择一个随机的64位PANID。64位PANID在加入期间使用。如果设备预先设置了64位PANID，它将只加入具有相同64位PAN ID的网络；否则，设备可以加入任何检测到的PAN网络，并在加入网络时从该网络继承其PANID。64位PANID包含在所有的ZigBee信标帧里，用来解决16位PANID因地址空间有限而产生的冲突问题。

ZigBee路由器和终端设备常预先设置它们要加入网络的64位PANID。它们在加入网络时获得16位的PANID。

3.工作信道

ZigBee采用直接序列扩频调制并工作于固定频道。IEEE 802.15.4在2.4GHz的频段里定义了16个工作频道（网络信道）。