基于ZigBee的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )定位系統的設計

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )[1]WSNs(Wireless Sensor Networks)被廣泛應用于環(huán)境探測、天氣預報、安全、監控以及分布式計算和目標區域成像等領(lǐng)域，在軍事、醫療和民用等方面的應用具有深遠意義。在傳感器網(wǎng)絡(luò )中，位置信息對傳感器網(wǎng)絡(luò )的監測活動(dòng)至關(guān)重要，事件發(fā)生的位置或獲取信息的節點(diǎn)位置是傳感器監測信息中所包含的重要信息，沒(méi)有位置的監測消息往往是毫無(wú)意義的。因此，確定事件發(fā)生的位置或獲取消息的節點(diǎn)位置是傳感器網(wǎng)絡(luò )最基本的功能之一，對傳感器網(wǎng)絡(luò )應用的有效性起著(zhù)關(guān)鍵作用。

　　ZigBee技術(shù)[2]是一個(gè)具有統一技術(shù)標準的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，其PHY層和MAC層協(xié)議為IEEE802.15.4協(xié)議標準。本文提出的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )工作在全球通用的ISM(Industrial Scientific and Medical)免付費頻段2.4 GHz上，其數據傳輸速率為250 Kb/s，劃分為16個(gè)信道。與藍牙或802.11等同屬于短距離無(wú)線(xiàn)通信的技術(shù)相比，ZigBee技術(shù)具有先天優(yōu)勢。ZigBee設備為低功耗設備，具有能量檢測和鏈路質(zhì)量指示的功能。同時(shí)，由于采用了碰撞避免機制(CSMA-CA)，避免了發(fā)送數據時(shí)的沖突。在網(wǎng)絡(luò )安全方面，采用了密鑰長(cháng)度為128 bit的加密算法，對所傳輸的數據信息進(jìn)行加密處理，保證了數據傳輸時(shí)的高可靠性和安全性。用ZigBee技術(shù)組成的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )結構簡(jiǎn)單、體積小、性?xún)r(jià)比高、放置靈活、擴展簡(jiǎn)便、成本低、功耗低、安全可靠，這種新興的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )必將有廣泛的應用前景。

　　1 無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)定位系統設計

　　1.1 設計思想

　　本系統的主要設計思想是：先在監測區域布置一定的參考節點(diǎn)，參考節點(diǎn)的作用是在定位過(guò)程中起參考點(diǎn)的作用，不參與定位；移動(dòng)節點(diǎn)就是定位節點(diǎn)，通過(guò)參考節點(diǎn)來(lái)確定自己的位置；網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)一方面配置參考節點(diǎn)的位置信息，同時(shí)接收移動(dòng)節點(diǎn)的位置信息發(fā)送給Web服務(wù)器，Web服務(wù)器接入網(wǎng)絡(luò )可以實(shí)現遠程訪(fǎng)問(wèn)和控制。系統框圖如圖1。

　　1.2 硬件設計

　　1.2.1 節點(diǎn)硬件設計

　　無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)一般由傳感器模塊、數據處理模塊、電源模塊和數據傳輸模塊組成。由于在本設計中主要考慮定位，所以傳感器模塊只是為了以后擴展用的。圖2是一般節點(diǎn)(作為參考節點(diǎn)或者移動(dòng)節點(diǎn))的原理框圖。

　　由于網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)要和PC機或者Web服務(wù)器連接，所以要帶串口。網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)原理如圖3。