無線網絡傳感器的實現

傳感器是工業測控領域的核心和市場主導，傳感器與802.15.4WPAN設備的組合，可以為實現網絡級的數據收集、處理和分析，并指導和完成用戶對工業現場過程的控制。無線傳感器應用包括苛刻環境下的檢測，諸如涉及危險的火和化學物質的現場、監測和維護汽車引擎的工作等等。在這些應用上，一個802.15.4WPAN網絡可以極大的降低新傳感器網絡的安裝成本并簡化對現有網絡的擴展。
基于802．15．4標準的傳感器的實現原理是以802．15．4傳輸模塊代替傳統的串行通信模塊，將采集的數據以無線方式發送出去，并接收中繼器或主節點對其的控制。其主要包括無線通信模塊、微控制器模塊、傳感器模塊及接口、電源管理模塊以及外部存儲器等。
802．15．4無線通信模塊負責數據的無線收發，主要包括射頻和基帶兩部分，前者提供數據通信的空中接口，后者主要提供鏈路的物理信道和數據分組。微控制器負責鏈路管理與控制，執行基帶通信協議和相關的處理過程，包括建立鏈接、頻率選擇、鏈路類型支持、媒體接入控制、功率模式和安全算法等。經過調理的傳感器模擬信號，由802．15．4無線通信模塊通過無線信道發送到主控節點，再進行特征提取、信息融合等高層決策處理。圖3是典型的基于802.15.4的傳感器系統邏輯框圖。圖5是一個基于802.15.4標準的心跳監視器。采用802.15.4/ZigBee 模式，網絡環境采用保證時間空檔，網絡信標每960ms or 61.44s發生一次；傳感器正在進行兩個處理：心跳次數記錄和傳送心跳速率和其它信息 (一共8個字節)：瞬間和平均心跳、體溫和電池電壓。

ZigBeeTM定義了基于IEEE 802.15.4的網絡、安全性和應用框架。IEEE 802.15.4 /ZigBeeTM網絡層支持三種網絡拓樸結構：星形、網格及簇形樹。星形網絡最為常見并提供了超長的電池壽命。網格，或對等網絡通過提供多條網絡信道實現了高可靠性和可量測性。簇形樹網絡（見圖6）混合星形和網格兩種拓樸結構，將二者結合起來，實現了長壽命節點的高可靠性。

結論：
IEEE 802.15.4面向以傳感器為主要市場對象的低成本廉價便攜式設備，實現了在無需要申請的國際頻帶上的低速且經濟高效的無線個人區域網絡，并獲得了極低的安裝復雜度和長達數年的電池壽命。正如IEEE 802.15第四任務組主席Pat Kinney所言“很多新型應用將會以該標準為基礎，有可能包括控制燈光或警報的運動傳感器、可按意愿移動的墻壁開關、能在室外工作的讀表設備、互動玩具的游戲控制器、汽車輪胎壓力監控器、建筑物自動化系統無源紅外線傳感器、零售業倉庫的資產及存貨跟蹤設備等?！盜EEE 802.15.4標準由于其靈活、安全、低成本、小功耗的話音和數據通信勢必會在未來傳感器、測控以至生產生活的各個領域中得到廣泛應用。