一：引言
以感測器和自組織網路為代表的無線應用並不需要較高的傳輸頻寬，但卻要求具有較低的傳輸延時和極低的功率消耗，使使用者能擁有較長的電池壽命和較多的器件陣列。ieee802.15.
4/zigbee標準把低功耗、低成本作為主要目標，為感測器網路提供了互連互通的平台。目前基於該技術的無線感測器網路的研究和開發得到越來越多的關注。
二：簡介
ieee802.15.4規範是一種經濟、高效、低資料速率（<250kbps）、工作在2.
4ghz和868/928mhz的無線技術，網路層以上協議由zigbee聯盟制定，ieee802.15.4負責物理層和鏈路層標準。
完整的zigbee協議套件由高層應用規範、應用會聚層、網路層、以及資料鏈路層和物理層組成。協議棧結構如圖1所示。
圖1 zigbee協議棧結構
物理層：物理層採用dsss（direct sequence spread spectrum，直接序列擴頻）技術，可提供27個通道用於資料收發。ieee802.
15.4 定義了2.4ghz頻段和868/915mhz頻段兩種物理層標準。
物理層的主要功能包括：啟用和休眠射頻收發器，通道能量檢測，通道接收資料報的鏈路質量指示，空閒通道評估，收發資料。
資料鏈路層：ieee802系列標準把資料鏈路層分為媒質接入層mac和邏輯鏈路控制層llc。ieee802.
15.4的mac子層支援多種llc標準。mac子層使用物理層提供的服務實現裝置之間的資料幀傳輸；而llc子層在mac子層的基礎上，給裝置提供面向連線和無連線的服務。
mac子層功能具體包括：協調器產生並傳送信標幀，普通裝置根據協調器的信標幀與協調器同步；支援pan網路的關聯和取消關聯；支援無線通道的通訊安全；使用csma-ca機制；支援保護時隙（gts）機制；支援不同裝置的mac層之間的可靠傳輸。llc子層功能包括：
傳輸可靠性保障和控制；資料報的分段與重組；資料報的順序傳輸。
三：感測器的顯著優勢
基於ieee 802.15.4標準，可在數千個微小的感測器之間實現相互協調通訊。
另外，採用接力的方式通過無線電波將資料從乙個感測器傳到另乙個感測器，可使得通訊效率非常高。 一般而言，隨著通訊距離的增大，裝置的複雜度、功耗以及系統成本都在增加。相對於現有的各種無線通訊技術，zigbee技術的低功耗、低速率是最適合作為感測器網路的標準。
zigbee技術適合於承載資料流量較小的業務，特別是感測器網路。
1.低功耗、低成本
在基於zigbee的感測器網路中，可以由全功能裝置作為sink節點，終端節點一般使用削減功能裝置來降低系統成本和功耗，提高電池使用壽命。
2.大容量、短時延
單個網路中可容納更高密度的節點。乙個zigbee網路可以容納最多254個從裝置和1個主裝置，乙個區域可以有100個zigbee網路同時存在，特別地能滿足大規模感測器陣列的要求。
3.協議簡單、高安全性
zigbee協議棧長度平均只有bluetooth或其他ieee 802.11的1/4，這種簡化對低成本、可互動性和可維護性非常重要。zigbee 技術提供了資料完整性檢查和鑑權功能，提供了**安全模式，可靈活確定其安全屬性，網路安全能夠得到有效的保障。
四：基於ieee/zigbee感測器節點的設計
1.感測器節點的硬體參考模型
無線感測器網路微型節點一般由感測器模組、資料處理模組、資料傳輸模組和電源管理模組四部分組成。感測器模組負責採集監視區域的資訊並完成資料轉換，採集的資訊可以包含溫度、濕度、光強度、加速度和大氣壓力等；資料處理模組負責控制整個節點的處理操作、路由協議、同步定位、功耗管理以及任務管理等；資料通訊模組負責與其他節點進行無線通訊，交換控制訊息和收發採集資料；電源管理模組選通所用到的感測器，節點電源由兩節1.5v鹼性電池組成，今後將採用微型鈕扣電池，以進一步減小體積。
本文設計的感測器節點實現機理是以ieee/zigbee 傳輸模組代替傳統的序列通訊模組，將採集到的資訊資料以無線方式傳送出去。該節點同樣包ieee/zigbee無線通訊模組、微控制器模組、感測器模組及介面、直流電源模組以及外部儲存器等。
2.感測器節點的各模組器件選擇
隨著ieee/zigbee標準的發布，世界各大無線晶元廠商陸續推出了支援該標準的無線收發晶元。這些晶元大都整合了該標準的物理層功能，可作為感測器節點的通訊模組。採用微控制器作為處理模組實現mac層功能。
3·無線收發晶元選擇
無線收發晶元的選擇主要考慮以下因素：
①頻段：ieee 802.14.
5定義了兩種工作頻率。一般來講，高頻率能提供高的資料傳輸速率，但對天線要求較高，高速率也意味著需要耗費更多的能量。各國對無線電產品都有嚴格的管理和監督，根據國內無線頻譜管理相關規定，只能選擇工作在2.
4ghz頻段的器件。
②調製方式：無線感測網路規模大、密度高和帶寬窄的特點使得其存在嚴重的內部通訊干擾。因此wsn需要實現簡單、抗干擾能力強、功耗低且成本低廉的調製和擴頻機制。
目前廣泛應用的包括fsk和oqpsk兩種。其中fsk具有裝置簡單、調製和解調方便等優點，並且具有較好的抗多徑時延效能。
③睡眠電流與喚醒時間：感測器通常處於睡眠狀態，睡眠喚醒時間以及睡眠電流都是必須考慮的指標。表1列出了幾種常見收發晶元的主要指標。
綜合考慮以上因素，適合在國內使用的射頻晶元是工作在2.4ghz頻段的cc2420和cc2430。
4·處理器的選擇
處理器是感測器節點的核心，在選擇時，必須滿足體積小、整合度高、功耗低且支援睡眠模式、速度足夠快、成本盡量低等幾個要求。**r微控制器在軟／硬體開銷、速度、效能和成本諸多方面取得了優化平衡，是高價效比的微控制器。高檔atmega系列**r微控制器，主要包括atmega8/16/32/64/128等型號，片內整合了較大容量的儲存器（儲存容量分別為8/16/32/64/128 kb）和豐富強大的硬體介面電路，具有先進的risc精簡指令集結構。
5.·感測器和電源的選擇
感測器應根據實際的需要進行選擇，可以是溫度、濕度、強度、加速度、震動等感測器。電源採用5號電池。
五：系統網路的體系設計
六：結語
本文重點討論了基於ieee 802.15.4/zigbee標準的wsn的優點及其節點設計，低成本、低功耗、應用簡單的協議的誕生為無線感測網路及大量基於微控制應用提供了互聯互通的國際標準，不同廠商的微感測器之間基於統一的標準才能實現互連組網。
開放性的產品間的競爭將最終導致感測器的批量生產並降低成本，從而為推動無線感測網的應用及相關產業的發展提供有力的契機。
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