ZigBee无线传感器网络在远程环境监测中的应用设计

　　0 引言

　　2008年5月12日，8级强震袭击了中国西南部，遇难69227人，受伤374643人，失踪17923人，直接经济损失达845l亿元;2009年8月2日台风莫拉克登陆，造成财产损失至少34亿美元。上述这些骇人的数据足以提醒人们迫切需要对环境进行精确、实时监控，以降低火灾、自然灾害等对人类造成的生命财产损失。但是，传统的有线方式布线难度大、成本高且维护困难，因而需要另一种体系结构来对无人职守的环境进行实时连续地监控，从而让监控网络摆脱电缆布线和人工坚守的束缚。

　　1 Zigbee无线传感器网络

　　在无线传感器网络中，传感器节点可通过飞机布撒，人工布置等方式，以一定的间隔距离分布在监控区域内。这些节点再通过自组织方式构成无线网络，并以协作的方式感知、采集和处理网络覆盖区域中特定的信息，从而实现对任意地点信息在任意时间的采集、处理和分析。这种以自组织形式构成的网络，可通过多跳中继方式将数据传回中心控制节点，最后将整个区域内的数据传送到远程控制中心来进行集中处理。

　　目前迫切需要一种符合低端、面向控制、应用简单的专用标准，而Zigbee的出现正好解决了这一问题。Zigbee有着高通信效率、低复杂度、低功耗、低成本、高安全性以及全数字化等诸多优点。这些优点使得Zigbee和无线传感器网络完美地结合在一起。目前，基于Zigbee技术的无线传感器网络的研究和开发已得到越来越多的关注。

　　ZigBee是基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的一种短距离、低功耗、低成本的无线组网技术。ZigBee所使用的频段是免费开放的，分别为2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz(欧洲)，传输范围依赖于输出功率和信道环境，一般介于10米到100米之间，并支持无限扩展。在ZigBee网络中存在三种逻辑设备类型：协调器、路由器和终端设备。协调器包含所有的网络消息，并具有存储容量大、计算能力强等特点，其主要任务是发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息和不断地接收信息;路由器的功能主要是允许其他设备加入网络、多跳路由和协助自己由电池供电的子终端设备的通讯;终端设备没有特定的维持网络结构的责任。可以睡眠或者唤醒，因此，它可作为一个电池供电设备。

　　本文提出的无线传感器解决方案的体系结构由传感器节点、中心控制节点和环境信息监控中心三部分组成。其系统结构框图如图l所示。

　　基于实时性、便捷性和运行成本的考虑，本系统采用基于ZigBee技术的无线传感器网络来实现环境数据的采集和上传。传感器节点则通过人工布置或飞机分撒等方式分布在监测区域内，通过自组织形式形成无线多跳网络，在采集环境数据后，可直接或经路由器间接地将环境数据上传到中心控制节点，中心控制节点则通过串口将环境数据传输到监控中心计算机上进行环境数据分析、存储和预警。