基于ZigBee的环境监测系统的设计与实现

随着社会不断的发展，人们对生活质量要求越来越高，特别对人们生存环境的关注，如当前最关注的雾

当前，环境问题是一个全球都关注的热门话题，和人们的生活息息相关。无线传感网络是大量静止或者移动的传感器以某种方式构成的无线网络，把其网络监测的区域各种有用的环境信息通过采集、传输和处理，最后对这些信息进行分析应用。本文基于ZigBee 技术[1]，设计出的无线传感网络能够部署在监测区域，通过无线通信的方式构成了一个多跳自组织网络，监测周围的环境信息，并将信息实时传递到终端。

2. 基于ZigBee 的无线通信技术 2.1. ZigBee 无线通信协议 ZigBee 是符合IEEE 802.15.4 规定的短距离无线通信协议，它的通信参考模型如图1 所示。ZigBee协议的底层是遵循IEEE 802.15.4 标准的物理层和MAC 组成， ZigBee 联盟[2]在此基础上又增加了网络层和应用层。

(1) 应用层：ZigBee 协议的应用层可以为在同一网络的不同设备之间提供数据传输服务，发现设备并绑定设备。(2) 网络层：ZigBee 协议中，网络层主要负责网络管理、路由管理、报文以及网络安全管理等任务。(3) MAC 层：MAC 层主要负责对物理的信道的访问。(4) 物理层：物理层主要负责控制无线收发器的激活和关闭，选择信道的频率，发送和接受数据等等[3]。

2.2. ZigBee 拓扑结构 ZigBee 无线网络结构可以分为星形、树形和网状[4]。其中全能设备(FFD)在三种网络中承担协调器的作用， 管理网络中的其它网络节点。

简化设备(RFD)则只是作为普通网络节点， 在网络中与RFD 或FFD间进行通信。

(1) 星形拓扑， 星形拓扑网络结构的中心节点必须由协调器构成， 其它节点则可以说终端设备或路由器，协调器作为整个网络的核心。(2) 树形拓扑，典型的ZigBee 的树形拓扑网络由协调器、路由器和终端设备组成，不需要每个每一个网络节点都和协调器相连，可通过点节点与协调器之间的路由器的路由功能进行通信。以路由器的方式扩大这个网路的覆盖范围。(3) 网状拓扑，网状拓扑较为复杂，但同时设计起来，灵活性高，在整个网络中，路由器作为一个很重要的节点，可以根据需要自动创建并维护网络路径，可以和任何节点之间镜像通信，帮助附近的节点传递数据。

2.3. Z-Stack 协议栈 Z-Stack 协议栈的实现方式是采用分层的思想，分为物理层、介质访问控制层、网络层和应用层。本设计采用TI 公司推出的Z-Stack 协议栈，如图2 是用IAR 软件打开的Z-Stack 协议栈的目录。