基于Zigbee技术的无线传感网络拓扑设计与实现

近年来,随着无线传感网络技术的迅猛发展,以及人们对于环境保护和环境监督提出更高要求,越来越多的企业和机构都致力于在环境监测系统中应用无线传感网络技术。无线传感网络是由大量具有感知能力、计算能力和通信能力的微小传感器节点构成的自组织、分布式网络系统。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术等,能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时检测、感知和采集各种环境或检测对象的信息并传送用户。 论文介绍无线传感网络和ZigBee技术的相关基础知识,对ZigBee无线技术的协议栈结构进行了分析,研究了各个通信协议层的具体功能和作用,设计了符合ZigBee规范的软硬件平台;完成协调器、路由器及终端节点的硬件设计、协议栈的开发和客户端软件的实现;设计实现了星型网络、树簇型网络的通信协议;给出了无线传感网络及ZigBee技术的典型应用——环境检测系统,建立一个无线温度采集监控系统并给出了实验结果;分析和研究了无线传感网络的路由协议、低功耗自适应集群型分层协议(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy, LEACH)及无线通信技术中的防冲突算法,在此基础上设计符合ZigBee规范的树簇型网络,通过客户端软件实时的监控终端节点的加入/退出网络、协调器与终端节点进行数据交换以及查找特定节点并与其进行数据交换等功能。 本文设计实现了符合ZigBee规范的软硬件平台,将无线通信中的防冲突算法引入ZigBee系统并根据LEACH协议实现了树簇型网络拓扑结构,为无线传感网络及ZigBee技术的进一步研究与应用奠定了基础。