ZigBee无线传感器毕业论文
大量节点，具有高容错性，强鲁棒性，逐渐成为了无线传感器网络的首选网络协议。
由传感器和ZigBee装置构成的ZigBee无线传感器监控网络，可自动采集、分析和处理各个节点的数据，同时，ZigBee技术的网络扩展能力很强，理论上，一个ZigBee网络可容纳65536个节点，适合于各种需要数据自动采集并要求网络传输的领域，具有极其广阔的应用领域和很高的研究价值。
1.3 本文主要内容和结构
本文全面深入地对无线传感器网络以及IEEE 802.15.4/ZigBee技术做了研究分析，重点对ZigBee网络的组网做深入分析，从网络的建立与保持、设备入网流程等关键点上突破，深入研究ZigBee技术的组网方法，并结合TSZ-CC2430ZigBee开发套件，以IEEE 802.15.4/ZigBee协议为基础，搭建了一个小型无线温湿度传感器网络，并在此基础上对网络平台可重用路由协议的重用结构模型接口作了部分实现。
论文结构如下:
第1章绪论。简要介绍了本文的课题背景以及课题研究的必要性，概述了研究的主要内容，并介绍了本文的整体结构。
第2章无线传感网络介绍。介绍了无线传感器网络的特点、应用、国内外研究态势，无线传感器网络的关键技术等概念。对IEEE 802.1.5.4lZigBee技术介绍。概述了ZigBee技术发展、技术特点，并与其他技术进行了比较，描述了ZigBee技术的协议架构以及网络的体系结构。
第3章研究了ZigBee网络组网设计与实现，叙述了硬件开发平台的选择，介绍了方案的开发环境。然后，分别详细阐述了星型网和簇树网的组建设计与实现过程。并研究了数据采集的流程以及低能耗的设计。
第4章介绍了所研究课题的一些应用。
最后对本文工作进行总结，并对后续工作进行了展望。
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第二章 无线传感器网络及ZigBee技术
2.1 无线传感器网络概述
无线传感器网络的最初研究来源于美国军方。当时研究这项技术的主要目的是想将其应用在战场信息感知、国土安全与反恐战争。随着研究的进一步深入和普及，人们发现无线传感器网络是解决“最后一米”问题的一项有效技术。该项技术的研究成功将真正的把我们的地球变成一个完整的数字地球，让人类去感知地球的每一个角落。因为无线传感器网络可以使人们在任何时间、任何地点和任何环境条件下获取大量翔实而可靠的信息[3]。正是基于这样的背景，国外掀起了一股无线传感器网络的研究热潮。
在国内，关于无线传感器网络的研究虽然起步较晚，但是由于无线传感器网络是一门新兴技术，国内与国际水平的差距并不很大。我国国家自然科学基金从2003年开始支持无线传感网络方面的研究，2005年更是将该方向作为重点支持方向之一。目前国内的一些科研单位和大学，如清华大学、中国科学院沈阳自动化所、哈尔滨工业大学等已经初步开展了在传感器及无线传感器网络方面的研究工作，从网络体系结构、路由算法研究、安全技术、数据融合、定位技术等各个角度对无线传感网络进行综述、展望和进一步的研究。我国能够及时开展这项对人类未来生活影响深远的前沿科技的研究，对整个国家的社会、经济将有重大的战略意义。
无线传感器网络是无线网络和数据网络的结合，和以往的计算机网络相比，它更多的是以通信为中心，其主要特点是[4,5]:
(l)基于应用的网络。在各种传感技术、计算处理技术及通信技术的结合下，无线传感网络可以应用于各种领域。与传统网络“以一适全”模式不同的是，针对不同的应用，无线传感网络需要调整自身的配置，如根据不同的应用使用不同的数据融合、节点密度、自适应协议等，即具体应用具体配置。
(2)与物理世界交互。无线传感网络与物理世界紧密融合，物理现象取代人成为网络的中心。在无人值守的情况下，网络应该具有主动感知外界的环境状况，对外界环境变化做出实时反映，根据物理环境的改变决定自身系统状态能力。采取情景自觉计算，以监测对象为中心，实时动态地根据周围的情景执行相应的动作。
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(3)自组织网络。在实际应用中，传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系也不能预先确定，这就要求传感器节点具有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多条无线网络系统。在使用过程中，由于环境的变化导致网络拓扑结构随时间动态变化，网络应该具备维护动态路由的功能。
(4)节点能量、处理能力和存储空间有限。传感器节点依靠电池提供工作所需能量，对于某些人力不可到达的恶劣环境中的应用，更换电源是不可行的，因此必须最大可能的节省电源开销。
(5)以数据为中心。在无线传感器网络中，能源消耗最大的过程是通信过程，受到能源有效性的限制，无线传感网络的路由应该符合既保证数据传输又减少通信量的要求。节点数量大、密度高，建立全局地址不现实，需要研究强有力的分布式数据流的管理、查询、分布和挖掘的方法。
(6)网络的协作性。节点计算能力有限，网络的运作需要大量的节点进行数据的交换，协同的信号和信息处理。如何使用大量节点进行分布式信息处理是无线传感器网络面临的挑战之一。
2.2 无线传感器网络体系结构
2.2.1 无线传感器网络结构
无线传感器网络系统通常包括传感器节点(Sensor Node)，汇聚节点(Sink Node)和管理节点，其网络结构如图2.1所示[5]。大量传感器节点随机部署在监测区域(SensorField)内部或附近，能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其它传感器节点逐跳地进行传输，在传输过程中监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户通过管理节点对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据。
传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统，它的处理能力、存储能力和通信能力相对较弱，通过携带能量有限的电池供电。从网络功能上看，每个传感器节点兼顾传统网络节点的终端和路由器双重功能，除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其它节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理，同时与其它节点协作完成一些特定任务。目前传感器节点的软硬件技术是传感器网络研究的
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重点。
汇聚节点的处理能力、存储能力和通信能力相对比较强，它连接传感器网络与Internet等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换，同时发布管理节点的监测任务，并把收集的数据转发到外部网络。汇聚节点既可以是一个具有增强功能的传感器节点有足够的能量供给和更多的内存与计算资源，也可以是没有监测功能仅带有无线通信接口的特殊网关设备。
因特网和卫星 汇聚节点 任务管理节点 传感器网络 传感器节点
图2.1 无线传感器网络结构
2.2.2 无线传感器节点结构
无线传感器节点的基本组成包括传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块四个基本单元[14]，如图2.2所示。传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换;处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理本地采集的数据以及其他节点发来的数据;无线通信模块负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据;能量控制模块为传感器节点提供运行所需要的能量，通常采用微型电池。此外，可以选择的其它功能单元还有定位系统、移动系统、电源自供电系统等。
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节点定位系统 传感单元 处理器 传感器 模数 转换 存储器 移动系统 无线通信模块 电 源 电源供电系统
图2.2 无线传感器节点组成结构
2.3 无线传感器网络关键技术
无线传感器网络涉及多学科交叉的研究领域，有非常多的关键技术有待发现和研究。主要包括以下几个方面:网络拓扑、路由控制、能量问题、数据融合、网络安全等。
(l)网络拓扑
对于无线的自组织传感器网络而言，网络拓扑控制具有特别重要的意义。通过拓扑控制自动生成良好的网络拓扑结构，能够提高路由协议和MAC协议的效率，可为数据融合、时间同步等多方面奠定基础，有利于节省节点的能量来延长网络的生存期。拓扑控制目前主要的研究问题是在满足网络覆盖度和连通度的前提下，通过功率控制和骨干网节点选择，剔除节点之间不必要的无线通信链路，产生一个高效的数据转发的网络拓扑结构[16]。
拓扑控制可以分为节点功率控制和层次型拓扑结构形成两个方面[17]。功率控制机制调节网络中每个节点的发射功率，在满足网络连通度的前提下，减少节点的发送功率，均衡节点单跳可达的邻居数目。层次型的拓扑控制利用分簇机制，让一些节点作为簇头节点，由簇头节点形成一个处理并转发数据的骨干网，其他非骨干网节点可以暂时关闭通信模块，进入休眠状态以节省能量。
(2)路由控制
传统因特网的实现是通过IP(Internet Protocols)协议[18]，也包括移动IP。但是在无线传感器网络中，不需要使用IP。因为在无线传感器网络中，常常要用到成千上万的传感器节点，而传感器网络中的路径建立方式都是基于需求的，根据某
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