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《利用GSM數(shù)據(jù)傳輸?shù)腪igbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、摘要:本文提出了利用GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸基于Zigbee無(wú)線傳感器匯節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的完整無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),網(wǎng)絡(luò)采用星型拓?fù)浜托枨髸r(shí)喚醒Zigbee模塊的通信方式,有效降低了每個(gè)Zigbee傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗,減少了傳感器節(jié)點(diǎn)向匯節(jié)點(diǎn)上報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)相互碰撞的概率,并利用GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸匯節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),改變了傳統(tǒng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要依托有線公共網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南拗疲咕W(wǎng)絡(luò)具有非常顯著的優(yōu)點(diǎn)。1.引言???無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wirelesssensornetwork)[1]是一個(gè)熱點(diǎn)的研究領(lǐng)域,它在環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事、醫(yī)療健康、家庭智能監(jiān)控和其他商業(yè)領(lǐng)域[2]有著廣泛的應(yīng)用前景。無(wú)線傳感器
2、網(wǎng)絡(luò)具有傳感器節(jié)點(diǎn)密度高,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁,以及節(jié)點(diǎn)的功率、計(jì)算能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力有限等特點(diǎn)。???GSM(GlobeSystemofMobile)網(wǎng)絡(luò)是覆蓋范圍廣,性能較為完善的無(wú)線網(wǎng)絡(luò),GSM通信網(wǎng)本身具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)糾錯(cuò)能力[3],數(shù)據(jù)傳輸率較高可達(dá)9.6kbit/s能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性,本文提出的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)采用SIEMENSTC35模塊作為GSM網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸終端。Zigbee技術(shù)是一個(gè)具有統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的短距離無(wú)線通信技術(shù),其PHY層和MAC層協(xié)議為IEEE802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)[4]。Zigbee技術(shù)具有三個(gè)工作頻段,本文提出的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)
3、工作在2.4GHz全球通用的ISM(Industrial,ScientificandMedical)免付費(fèi)頻段上,劃分為16個(gè)信道,在該頻段上,數(shù)據(jù)傳輸速率為250kb/s。用Zigbee技術(shù)組成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低;采用GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腡C35模塊體積小、功耗低,適合作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn),Zigbee技術(shù)、GSM網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸與傳感器技術(shù)相結(jié)合組成新興的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),必將有廣泛的應(yīng)用前景。在本文第二節(jié)將詳細(xì)介紹實(shí)現(xiàn)基于Zigbee的無(wú)線傳感器設(shè)計(jì),在第三節(jié)我們重點(diǎn)介紹用TC35模塊實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸,其網(wǎng)絡(luò)的性能和工程中需要
4、注意的問(wèn)題將利用第四節(jié)進(jìn)行簡(jiǎn)單總結(jié)。2.基于Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)???到目前為止,Zigbee技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)在家庭網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)移動(dòng)終端等領(lǐng)域有了一定的應(yīng)用,但是現(xiàn)有Zigbee技術(shù)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)每個(gè)接入點(diǎn)所能接納的傳感器的節(jié)點(diǎn)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于協(xié)議所標(biāo)稱的255個(gè),為了達(dá)到傳感器網(wǎng)絡(luò)密集覆蓋的目的,就必須進(jìn)行復(fù)雜的組網(wǎng),這不僅增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性,還增加了網(wǎng)絡(luò)整體的功耗,降低了傳感器節(jié)點(diǎn)的壽命。本方案則基于每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)和匯節(jié)點(diǎn)之間通信量較小的特點(diǎn),提出了一種基于需求時(shí)喚醒(WakeupOn-demand)的星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠J剑枨髸r(shí)喚醒的基本思想就是傳感器節(jié)
5、點(diǎn)在監(jiān)測(cè)的環(huán)境發(fā)生變化時(shí),傳感器節(jié)點(diǎn)能自動(dòng)醒來(lái)和匯節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信并上報(bào)相關(guān)信息;否則工作于睡眠狀態(tài)并采用低功率監(jiān)測(cè)信道,以節(jié)約傳感器節(jié)點(diǎn)功耗并拒絕接受非法的連接訪問(wèn)請(qǐng)求,大大降低了接入?yún)R節(jié)點(diǎn)時(shí)消息碰撞的概率,極大地增加了傳感器網(wǎng)絡(luò)容量。2.1傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)???本文提出的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是基于Zigbee并采用GSM進(jìn)行數(shù)據(jù)通信傳感器網(wǎng)絡(luò),它是由大量的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)、匯節(jié)點(diǎn)和GSM數(shù)據(jù)傳輸模塊組成的分布式系統(tǒng),如圖1所示?;诖?Cluster)的分層結(jié)構(gòu)具有天然的分布式處理能力,簇頭就是分布式處理中心即本文無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)匯節(jié)點(diǎn),每個(gè)簇成員(傳感器節(jié)
6、點(diǎn))都把數(shù)據(jù)傳給簇頭,數(shù)據(jù)融合后直接傳給GSM數(shù)據(jù)傳輸。中央控制中心通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)與多個(gè)匯節(jié)點(diǎn)連接,匯節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)Zigbee技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線的信息交換,帶有射頻收發(fā)器的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的感知和處理并傳送給匯節(jié)點(diǎn);控制中心通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)獲取采集到的相關(guān)信息,實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的有效控制和管理。?2.1.1Zigbee無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)???對(duì)于一個(gè)完整的傳感器節(jié)點(diǎn),需要具有小尺寸、低功耗、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn),Zigbee設(shè)備為低功耗設(shè)備,其發(fā)射輸出0dbm~3.6dbm,通信距離為30米~70米,具有能量檢測(cè)和鏈路質(zhì)量指示,根據(jù)這些檢測(cè)結(jié)果,設(shè)備可自動(dòng)調(diào)整設(shè)
7、備的發(fā)射功率,在保證通信鏈路質(zhì)量的條件下,最小地消耗設(shè)備能量,本文提出的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)其節(jié)點(diǎn)在睡眠狀態(tài)時(shí),功耗電流約為30uA。在傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信時(shí),Zigbee建立一次連接的時(shí)間約為20ms,這樣短的連接時(shí)間可以大大減少傳感器節(jié)點(diǎn)上報(bào)給匯節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)碰撞的概率。在網(wǎng)絡(luò)安全方面,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在Zigbee技術(shù)上,采用了密鑰長(zhǎng)度為128位的加密算法,對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行加密處理。???本文提出的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示,它由Zigbee模塊(MC13192和MC9S08兩部分所組成)、硬件檢測(cè)電路和定時(shí)器組成。硬件檢測(cè)電路檢測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)所在的環(huán)境,
8、當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時(shí),觸發(fā)Zigbee模塊的I/O中斷將