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无线网络传感器的实现
2011/9/9 13:48:57
传感器是工业测控领域的核心和市场主导，传感器与802.15.4WPAN设备的组合，可以为实现网络级的数据收集、处理和分析，并指导和完成用户对工业现场过程的控制。无线传感器应用包括苛刻环境下的检测，诸如涉及危险的火和化学物质的现场、监测和维护汽车引擎的工作等等。在这些应用上，一个802.15.4WPAN网络可以极大的降低新传感器网络的安装成本并简化对现有网络的扩展。
基于802．15．4标准的传感器的实现原理是以802．15．4传输模块代替传统的串行通信模块，将采集的数据以无线方式发送出去，并接收中继器或主节点对其的控制。其主要包括无线通信模块、微控制器模块、传感器模块及接口、电源管理模块以及外部存储器等。
802．15．4无线通信模块负责数据的无线收发，主要包括射频和基带两部分，前者提供数据通信的空中接口，后者主要提供链路的物理信道和数据分组。微控制器负责链路管理与控制，执行基带通信协议和相关的处理过程，包括建立链接、频率选择、链路类型支持、媒体接入控制、功率模式和安全算法等。经过调理的传感器模拟信号，由802．15．4无线通信模块通过无线信道发送到主控节点，再进行特征提取、信息融合等高层决策处理。图3是典型的基于802.15.4的传感器系统逻辑框图。图5是一个基于802.15.4标准的心跳监视器。采用802.15.4/ZigBee 模式，网络环境采用保证时间空档，网络信标每960ms or 61.44s发生一次；传感器正在进行两个处理：心跳次数记录和传送心跳速率和其它信息 (一共8个字节)：瞬间和平均心跳、体温和电池电压。
ZigBeeTM定义了基于IEEE 802.15.4的网络、安全性和应用框架。IEEE 802.15.4 /ZigBeeTM网络层支持三种网络拓朴结构：星形、网格及簇形树。星形网络最为常见并提供了超长的电池寿命。网格，或对等网络通过提供多条网络信道实现了高可靠性和可量测性。簇形树网络（见图6）混合星形和网格两种拓朴结构，将二者结合起来，实现了长寿命节点的高可靠性。
结论：
IEEE 802.15.4面向以传感器为主要市场对象的低成本廉价便携式设备，实现了在无需要申请的国际频带上的低速且经济高效的无线个人区域网络，并获得了极低的安装复杂度和长达数年的电池寿命。正如IEEE 802.15第四任务组主席Pat Kinney所言“很多新型应用将会以该标准为基础，有可能包括控制灯光或警报的运动传感器、可按意愿移动的墙壁开关、能在室外工作的读表设备、互动玩具的游戏控制器、汽车轮胎压力监控器、建筑物自动化系统无源红外线传感器、零售业仓库的资产及存货跟踪设备等。”IEEE 802.15.4标准由于其灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信势必会在未来传感器、测控以至生产生活的各个领域中得到广泛应用。