紫锋技术下无线传感器网络的定位

2019-10-15杨秋菊宿州职业技术学院计算机信息系

数码世界 2019年10期

杨秋菊宿州职业技术学院计算机信息系

引言

在高速发展的当下，WSN（无线传感器网络）被广泛的应用到社会的各个领域中，例如公安、环境检测、医学医疗、农业科技发展等等方面，这种技术已经走入人们的生活得到人们的普遍关注了。针对无线传感器网络而言，技术要求硬件设备高功率、低能耗以及低成本的特性，针对这些性质紫峰技术恰巧符合。紫锋无线传感器技术对传感器和通信进行有效的结合，在增强定位精准的同时也对数据的精准度有所提高。

1 无线传感器网络

1.1 网络体系架构

传感器特点是功耗低、价低、微小型，功能性特点是计算、感知现场和通信。这些节点和网内的节点相互之间广播时时采取单跳或多跳方式实现的，它们对区域内的数据进行收集和检测然后传送给用于管理的节点,如下图1 所示，传感器之间通过合作的方式以及卫星可以源源不断的将数据传送给监控中心。汇聚（Sink_node）节点在空间大小和计算等方面远远超过普通节点，所以汇聚节点作为普通节点和监控中心之间的桥梁进行数据传输。

图1 无线传感器网络体系结构图

1.2 协议栈结构

无线传感器网络中的协议栈是由8 个部分组成的，这8 各部分分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层、电源管理平台、移动管理平台以及任务管理平台，其中三个平台的作用是为了使节点在高效率下协同工作。它们的模型如图2 所示

图2 协议栈结构

2 紫锋技术

紫锋技术常成为ZigBee 技术，这个双向无线通讯技术主要应用于近距离并且传输速率相对低的设备之间，它具有能耗小、成本低、速度不高等特点，在无线数据传输中是较为可靠的一种技术网络。

2.1 无线定位技术

无线传感器网络定位技术主要是对未知节点的定位技术，无线定位技术由未知节点和锚节点、网关组成。在网络中由于锚节点的位置是固定不动的，所以由锚节点将自身数据打包向通信半径内的其他节点进行广播，未知节点通过接收锚节点的信息及其位置数据再结合Rssi（接收信号强度）值对自身位置进行计算。

2.2 技术特点

Zigbee 技术的技术特点主要由：功耗低、成本低、数据速率低、距离近、时延短、容量大、安全性高、复杂度高等特点。

同样处在低电量耗电情况下，使用两节五号电池蓝牙可以工作几周，WIFI 只可以工作几小时，但是Zigbee 却可以工作几个月。

成本比蓝牙的1/10 还少，这是由于Zigbee 的协议是经过了大幅度的简化实现的。

Zigbee 在工作时可以满足低速率数据传输的需求，它的通讯速率再250kbps.

相邻节点之间进行传输数据时，传输数据的有效物理范围再10m-100m，通过路由传输距离将更远。

较蓝牙、WIFI 而言，Zigbee 的响应比较迅速，一般而言节点接入网络的时间蓝牙需要3-10 秒左右、WIFI 需要3 秒左右、Zigbee只需要30 毫秒左右。

zigbee 技术的网络结构有：星状、片状、网状三种，均是一个主节点会连接数个子节点，故其容量比较大。

无安全设定、ACL（访问控制列表）、AES128（128 位高级加密标准）三级安全模式的提供使Zigbee 安全性较高。

2.3 协议构架

IEEE802.15.4标准是基础，在其之上是三层协议，由IEEE802.15.4标准和三层协议共同组成了Zigbee协议栈。IEEE802.15.4 标准主要为网络层和物理层服务提供管理功能，上三层包括应用层、网络层以及他们之间的应用支持。下图3 为Zigbee 协议栈结构图。

图3 Zigbee 协议栈结构

3 Zigbee 技术构建无线传感器网络

一组Zigbee 节点根据AdHoc（多跳自组织网）方式构建无线传感器网络，目的是网络中的节点之间进行协作式的感知、广播收集、处理信息。观察者及其传感器和对象为现阶段传感器工作中必要的三要素，在网络区域中把需要感知对象的数据进行收集、处理使用无线技术发送给观察者及其传感器和对象；观察者和传感器使用无线网络连接；传感器网络的主要作用就是对数据的感知、收集、处理、广播[4]。利用ZigBee 芯片构建无线传感器网实现传输数据和控制数据可以通过GSM、CDMA、以太网等形式。网络拓扑结构可以选择星形、混合型等结构，可以降低Zigbee 节点的功耗以及传输数据时发生节点碰撞的现象。中央控制中心与汇节点通过网络相连，汇节点和传感器节点通过Zigbee 完成数据传输，控制中心通过网络获取数据信息对现场进行控制管理汇节点在整个无线传感器网络中充当网关的作用，Zigbee 和单片机之间是实行异步串行口，汇节点和中央控制中心之间的数据传输是由MCU 控制。