基于ZigBee的无线传感器环境监测网络设计

环境监测具有区域内的监测点数量多、监测时间长、监测情况复杂等特点。针对传统环境监测手段的网络布局困难、节点智能化程度低等缺点,设计了基于ZigBee协议的无线传感器环境监测网络系统。该系统具有节点数量大、可靠性高、网络布局方便、可远程控制等优势。 本文首先对无线传感器网络的结构、分层模型和关键技术进行了介绍,指出具有低功耗、通信可靠、网络的自组织、自愈能力强以及成本低廉等特点的ZigBee技术非常适合应用于环境监测的无线传感器网络。接着对TI的基于ZigBee2006标准的协议栈Z-Stack进行了剖析,并对Z-Stack中的网络地址分配与寻址,节点绑定的过程与步骤,路由选择的机制以及路由维护,信道配置等功能的实现进行了深入的探讨。 环境监测网络的设计包括硬件设计和软件设计两个方面。硬件设计主要介绍了微处理器模块、数据采集模块、天线模块以及其他一些外围电路的芯片的选型以及设计方法。在软件设计方面,介绍了监控中心软件和基于Z-Stack协议栈的ZigBee环境监测网络节点的软件设计,包括节点的加入、网络地址分配、数据的采集以及通信、路由的管理、数据的加密等,整个环境监测网络系统能够良好运行。 最后本文针对环境监测网络中的数据安全问题进行了研究,提出了控制网络接入和数据加密两种解决方法。在低功耗设计方面,通过计算整个系统的能量,确定影响系统功耗的因素,并通过增加节点休眠时间等方法保证系统能够长时间的工作。