MantisOS的无线传感器网络应用开发模型
无线传感器网络是当今信息领域新的研究方向,应用前景十分广阔.考虑无线传感器网络的应用相关性,总结无线传感器网络应用程序开发研究经验,引入软件工程思想,提出一个无线传感器网络应用开发过程模型,可以提高开发速度和开发质量;随后给出了一个在MantisOS下开发应用程序的技术模型,降低了使用MantisOS的线程管理机制开发多任务应用程序可能出现的线程上下文切换开销
B. 无线传感器网络和嵌入式系统开发这两个研究方向,哪一个更有前途
进入二十一世纪以来,高新技术的发展日新月异,多学科交叉领域成为当前研究的热点。MEMS、无线通信、嵌入式系统和传感器技术的发展和融合,推动了具有现代意义的无线传感器网络的产生和发展。无线传感器网络是由分布于一定的监控区域内,用于监测特定环境信息的无线传感器网络节点组成的。作为通信,自动化以及计算机领域的一门新技术,无线传感器网络已经在军事国防、城市管理、环境检测、危险区域的远程控制等领域得到了广泛的研究与应用。 为了实现对无线传感器网络定位、组网、路由和能量管理等技术的深入研究,采用嵌入式系统技术设计一种无线传感器网络是十分必要并且可行的。 本文给出了嵌入式无线传感器网络节点的软硬件设计方案。在综合考虑节点性能、功耗、成本等基础上,采用当前流行的ARM系列微处理器芯片AT91SAM7S256,结合射频芯片CC2420、GPRS模块MC39i、温度传感器TMP05和加速度传感器ADXL202实现无线传感器网络节点的硬件设计。采用嵌入式实时操作系统FreeRTOS,TCP/IP协议栈和ZigBee组网协议栈构建节点软件开发平台,设计各个功能模块的驱动和应用程序,实现了节点间的通信、利用GPRS模块进行数据的传输和传感器信号的采集等功能。采用VB.NET设计了数据中心软件用于接收远程无线传感器网络的信息。本文详细地阐述了嵌入式无线传感器网络的总体方案设计、主要功能模块的硬件和软件设计过程。 论文最后对嵌入式无线传感器网络节点各功能模块进行了测试,验证了节点及整个无线传感器网络的性能。本文给出的嵌入式无线传感器网络具有性能高、功耗可控、可升级性等特点,可为无线传感器网络相关技术的深入研究提供平台,为多个领域的应用开发提供参考。
C. ns2 实现无线传感器网络antsense路由算法的tcl脚本
NS是一种针对网络技术的源代码公开的、免费的软件模拟平台,研究人员使用它可以很容易的进行网络技术的开发,而且发展到今天,它所包含的模块已经非常丰富,几乎涉及到了网络技术的所有方面。所以,NS成了目前学术界广泛使用的一种网络模拟软件。在每年国内外发表的有关网络技术的学术论文中,利用NS给出模拟结果的文章最多,通过这种方法得出的研究结果也是被学术界所普遍认可的,此外,NS也可作为一种辅助教学的工具,已被广泛应用在了网络技术的教学方面。因此,目前在学术界和教育界,有大量的人正在使用或试图使用NS。
然而,对初学者来说,NS是非常难于掌握的,一般人从学习NS到上手至少需要半年多时间。原因是多方面的:一方面,NS内容庞杂,随软件所提供的手册更新不够快,初学者阅读起来非常困难;另一方面,使用NS还要掌握其它很多必备的相关知识以及相关工具,这会使初学者感到无从入手;有的使用者可能还不了解网络模拟的过程或是对NS软件的机制缺乏理解,这也影响了对NS的掌握。另外,不论在国外还是国内,还没有一本书能集中回答和解决这些问题,这也是NS难于被掌握的一个重要原因。
1、NS2简介
NS2(Network Simulator, version 2)是一种面向对象的网络仿真器,本质上是一个离散事件模拟器。由UC Berkeley开发而成。它本身有一个虚拟时钟,所有的仿真都由离散事件驱动的。目前NS2可以用于仿真各种不同的IP网,已经实现的一些仿真有:网络传输协议,比如TCP和UDP;业务源流量产生器,比如FTP, Telnet, Web CBR和VBR;路由队列管理机制,比如Droptail , RED和CBQ;路由算法,比如Dijkstra等。NS2也为进行局域网的仿真而实现了多播以及一些MAC 子层协议。
NS2使用C++和Otcl作为开发语言。NS可以说是Otcl的脚本解释器,它包含仿真事件调度器、网络组件对象库以及网络构建模型库等。事件调度器计算仿真时间,并且激活事件队列中的当前事件,执行一些相关的事件,网络组件通过传递分组来相互通信,但这并不耗费仿真时间。所有需要花费仿真时间来处理分组的网络组件都必须要使用事件调度器。它先为这个分组发出一个事件,然后等待这个事件被调度回来之后,才能做下一步的处理工作。事件调度器的另一个用处就是计时。NS是用Otcl和C++编写的。由于效率的原因,NS将数据通道和控制通道的实现相分离。为了减少分组和事件的处理时间,事件调度器和数据通道上的基本网络组件对象都使用C++写出并编译的,这些对象通过映射对Otcl解释器可见。
当仿真完成以后,NS将会产生一个或多个基于文本的跟踪文件。只要在Tcl脚本中加入一些简单的语句,这些文件中就会包含详细的跟踪信息。这些数据可以用于下一步的分析处理,也可以使用NAM将整个仿真过程展示出来。
2、使用NS进行网络仿真的方法和一般过程。
进行网络仿真前,首先分析仿真涉及哪个层次,NS仿真分两个层次:一个是基于OTcl编程的层次。利用NS已有的网络元素实现仿真,无需修改NS本身,只需编写OTcl脚本。另一个是基于C++和OTcl编程的层次。如果NS中没有所需的网络元素,则需要对NS进行扩展,添加所需网络元素,即添加新的C++和OTcl类,编写新的OTcl脚本。
假设用户已经完成了对NS的扩展,或者NS所包含的构件已经满足了要求,那么进行一次仿真的步骤大致如下:
(1)开始编写OTcl脚本。首先配置模拟网络拓扑结构,此时可以确定链路的基本特性,如延迟、带宽和丢失策略等。
(2)建立协议代理,包括端设备的协议绑定和通信业务量模型的建立。
(3)配置业务量模型的参数,从而确定网络上的业务量分布。
(4)设置Trace对象。NS通过Trace文件来保存整个模拟过程。仿真完后,用户可以对Trace文件进行分析研究。
(5)编写其他的辅助过程,设定模拟结束时间,至此OTcl脚本编写完成。
(6)用NS解释执行刚才编写的OTcl脚本。
(7)对Trace文件进行分析,得出有用的数据。
(8)调整配置拓扑结构和业务量模型,重新进行上述模拟过程。
NS2采用两级体系结构,为了提高代码的执行效率,NS2 将数据操作与控制部分的实现相分离,事件调度器和大部分基本的网络组件对象后台使用C++实现和编译,称为编译层,主要功能是实现对数据包的处理;NS2的前端是一个OTcl 解释器,称为解释层,主要功能是对模拟环境的配置、建立。从用户角度看,NS2 是一个具有仿真事件驱动、网络构件对象库和网络配置模块库的OTcl脚本解释器。NS2中编译类对象通过OTcl连接建立了与之对应的解释类对象,这样用户间能够方便地对C++对象的函数进行修改与配置,充分体现了仿真器的一致性和灵活性。
3、NS2的功能模块
NS2仿真器封装了许多功能模块,最基本的是节点、链路、代理、数据包格式等等,下面分别来介绍一下各个模块。
(1)事件调度器:目前NS2提供了四种具有不同数据结构的调度器,分别是链表、堆、日历表和实时调度器。
(2)节点(node):是由TclObject对象组成的复合组件,在NS2中可以表示端节点和路由器。
(3)链路(link):由多个组件复合而成,用来连接网络节点。所有的链路都是以队列的形式来管理分组的到达、离开和丢弃。
(4)代理(agent):负责网络层分组的产生和接收,也可以用在各个层次的协议实现中。每个agent连接到一个网络节点上,由该节点给它分配一个端口号。
(5)包(packet):由头部和数据两部分组成。一般情况下,packet只有头部、没有数据部分。
4、NS2的软件构成
NS2包含Tcl/Tk, OTcl, NS,Tclcl。其中Tcl是一个开放脚本语言,用来对NS2进行编程;Tk是Tcl的图形界面开发工具,可帮助用户在图形环境下开发图形界面;OTcl是基于Tcl/Tk的面向对象扩展,有自己的类层次结构;NS2为本软件包的核心,是面向对象的仿真器,用C++编写,以OTcl解释器作为前端;Tclcl则提供NS2和OTcl的接口,使对象和变量出现在两种语言中。为了直观的观察和分析仿真结果,NS2 提供了可选的Xgraphy、可选件Nam。
5、NS现有的仿真元素
从网络拓扑仿真、协议仿真和通信量仿真等方面介绍NS的相应元素:
(1)网络拓扑主要包括节点、链路。NS的节点由一系列的分类器(Classifier,如地址分类器等)组成,而链路由一系列的连接器(Connector)组成。
(2)在节点上,配置不同的代理可以实现相应的协议或其它模型仿真。如NS的TCP代理,发送代理有:TCP,TCP/Reno,TCP/Vegas,TCP/Sack1,TCP/FACK,TCP/FULLTCP等,接收代理有:TCPSINK,TCPSINK/DELACK。TCPSINK/SACK1,TCPSINK/SACK1/DELACK等。此外,还提供有UDP代理及接收代理Null(负责通信量接收)、Loss Monitor(通信量接收并维护一些接收数据的统计)。
(3)网络的路由配置通过对节点附加路由协议而实现。NS中有三种单播路由策略:静态、会话、动态。
(4)在链路上,可以配置带宽、时延和丢弃模型。NS支持:Drop-tail(FIFO)队列、RED缓冲管、CBO(包括优先权和Round-robin 调度)。各种公平队列包括:FQ,SFQ,DRR等。
(5)通信量仿真方面,NS提供了许多通信应用,如FTP,它产生较大的峰值数据传输;Telnet则根据相应文件随机选取传输数据的大小。此外,NS提供了四种类型的通信量产生器:EXPOO,根据指数分布(On/Off)产生通信量,在On阶段分组以固定速率发送,Off阶段不发送分组,On/Off的分布符合指数分布,分组尺寸固定;POO,根据Pareto分布(On/Off)产生通信量,它能用来产生长范围相关的急剧通信量;CBR,以确定的速率产生通信量,分组尺寸固定,可在分组间隔之间产生随机抖动;Traffic Trace,根据追踪文件产生通信量。
D. Zigbee无线传感器网络系统产品一套大概要多少钱
大概价格在4000多RMB,这个是美国Digi的Zigbee网络产品,叫Drop-in Networking开发包,
ConnectPort X8网关一个
XBee 适配器五个
XBee传感器适配器一个
XBee 模块五个
Watchport 温度传感器一个
用于软件定制开发的Python编程工具
X8网关用于将ZigBee网络接入到GSM/3G,WIFI,以太网等
XBee适配器也就是XBee模块的母版,有RS232,USB等多种接口
XBee模块就是Digi的ZigBee模块,有ZigBee2006,Digi Mesh,ZNet2.5,ZB等多种协议的模块可选(固件决定)
另外开发包中还有全套的天线,电池盒,转接线,你可以直接实现:
快速安装低功耗的ZigBee? 无线网状网
按照用户配置的时间表实现远程温度监测
通过RS-232适配器使已有的串口设备支持ZigBee通讯
通过以太网连接监控ZigBee 网络
具体的资料可以找我要,包括开发方面的 020-87544405
E. 无线传感器网络的组网
WSN按我的理解是分为了三部分,
1、硬件,这部分可做的东西不多,应为射频模块一般都是购买的,扩展板或者网关点可以自制;
2、软件,包括协议栈(多层),无线传感操作系统(tinyos,contiki),还有一些应用程序;
3、仿真,利用NS2,OMNET+,matlab等软件来仿真某一层的协议;
建议如下:
1、先去图书馆看看关于无线传感的书籍,还有802.15.4的资料,还有Zigbee的书籍;
2、购买一套Zigbee平台跑跑,现在大部分都是Ti的套件;
3、从你需要的题目内容一步步入手!
F. 无线传感器网络的组成(三个部分,详细介绍)
很详细,你可以到书店去买这类的书看即可。
以下是来自网络:http://www.sensorexpert.com.cn/Article/wuxianchanganqiwang_1.html。
无线传感器网络组成和特点
发表时间:2012-11-14 14:28:00
文章出处:传感器专家网
相关专题:传感器基础
无线传感器网络的构想最初是由美国军方提出的,美国国防部高级研究所计划署(DARPA)于1978年开始资助卡耐基-梅隆大学进行分布式传感器网络的研究,这被看成是无线传感器网络的雏形。从那以后,类似的项目在全美高校间广泛展开,着名的有UCBerkeley的SmartDuST项目,UCLA的WINS项目,以及多所机构联合攻关的SensIT计划,等等。在这些项目取得进展的同时,其应用也从军用转向民用。在森林火灾、洪水监测之类的环境应用中,在人体生理数据监测、药品管理之类的医疗应用中,在家庭环境的智能化应用以及商务应用中都已出现了它的身影。目下,无线传感器网络的商业化应用也已逐步兴起。美国Crossbow公司就利用SMArtDust项目的成果开发出了名为Mote的智能传感器节点,还有用于研究机构二次开发的MoteWorkTM开发平台。这些产品都很受使用者的欢迎。
无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三部分组成的。其主要组成部分是集成有传感器、数据处理单元和通信模块的节点,各节点通过协议自组成一个分布式网络,再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。
因为节点的数量巨大,而且还处在随时变化的环境中,这就使它有着不同于普通传感器网络的独特“个性”。首先是无中心和自组网特性。在无线传感器网络中,所有节点的地位都是平等的,没有预先指定的中心,各节点通过分布式算法来相互协调,在无人值守的情况下,节点就能自动组织起一个测量网络。而正因为没有中心,网络便不会因为单个节点的脱离而受到损害。
其次是网络拓扑的动态变化性。网络中的节点是处于不断变化的环境中,它的状态也在相应地发生变化,加之无线通信信道的不稳定性,网络拓扑因此也在不断地调整变化,而这种变化方式是无人能准确预测出来的。
第三是传输能力的有限性。无线传感器网络通过无线电波进行数据传输,虽然省去了布线的烦恼,但是相对于有线网络,低带宽则成为它的天生缺陷。同时,信号之间还存在相互干扰,信号自身也在不断地衰减,诸如此类。不过因为单个节点传输的数据量并不算大,这个缺点还是能忍受的。
第四是能量的限制。为了测量真实世界的具体值,各个节点会密集地分布于待测区域内,人工补充能量的方法已经不再适用。每个节点都要储备可供长期使用的能量,或者自己从外汲取能量(太阳能)。
第五是安全性的问题。无线信道、有限的能量,分布式控制都使得无线传感器网络更容易受到攻击。被动窃听、主动入侵、拒绝服务则是这些攻击的常见方式。因此,安全性在网络的设计中至关重要。
G. cc2530开发板的概述:
ZigBee是基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。ZigBee的技术特性决定它将是无线传感器网络的最好选择,广泛用于物联网,自动控制和监视等诸多领域。以美国Ti公司CC2430/CC2530芯片为代表的 Zigbee SOC解决方案在国内高校企业掀起了一股Zigbee技术应用的热潮。CC2430/CC2530集成了51单片机内核,相比于众多的Zigbee芯片,CC2430/CC2530颇受青睐。TI开发套件由专业人士精心设计,具有基于2004/2006/2007/PRO协议栈的开发模板、完整的原理图及例程源码。 针对CC2430/CC2530芯片的Zigbee开发套件可与IAR for MCS-51 集成开发环境无缝连接,操作方便、连接方便、简单易学,是学习开发Zigbee产品最好最实用的开发工具。通过USB接口连接电脑,具有代码高速下载,在线调试,断点、单步、变量观察,寄存器观察等功能,实现对CC2430/CC2530系列无线单片机实时在线仿真、调试。该开发套件模板能够协助初学者和设计人员快速评估及进行多种Zigbee应用开发,熟悉掌握硬件原理和协议栈。
H. 无线传感器网络操作系统TinyOS的目录
第1章 绪论 1
1.1 无线传感器网络概述 1
1.1.1 无线传感器网络的研究进展 2
1.1.2 无线传感器网络的体系特征 3
1.2 无线传感器网络操作系统 8
1.2.1 无线传感器网络对操作系统的需求 8
1.2.2 现有的无线传感器网络操作系统 10
1.3 TinyOS操作系统概述 13
1.3.1 设计理念 14
1.3.2 技术特点 15
1.3.3 体系结构 16
1.3.4 版本说明 17
1.4 与其他WSN操作系统的比较 20
1.5 本书章节安排 24
第2章 开发环境 26
2.1 TinyOS 2.1在Windows中的安装 26
2.1.1 搭建Java环境 27
2.1.2 安装Cygwin平台 30
2.1.3 安装平台交叉编译器 34
2.1.4 安装TinyOS源码与工具包 36
2.1.5 安装Graphviz图形工具 38
2.2 其他安装方法 39
2.2.1 在Ubuntu 9.10中的安装 39
2.2.2 使用RPM包的手动安装 41
2.2.3 TinyOS 1.x升级到TinyOS 2.x 42
2.2.4 使用CVS更新TinyOS 2.x文件 46
2.3 TinyOS安装后的测试 47
2.3.1 TinyOS文件概览 47
2.3.2 检查运行环境 48
2.3.3 仿真测试 49
2.4 程序的编译和下载 50
2.4.1 代码编辑工具 50
2.4.2 编译程序 52
2.4.3 USB串口驱动 53
2.4.4 下载程序 54
2.5 本章小结 57
第3章 nesC编程语言 58
3.1 nesC语言简介 58
3.2 nesC语言规范 59
3.2.1 接口 61
3.2.2 组件 62
3.2.3 模块及其组成 65
3.2.4 配件及其组成 68
3.3 基于nesC语言的应用程序 73
3.3.1 nesC应用程序简介 73
3.3.2 Blink实例 77
3.3.3 BlinkSingle实例 82
3.3.4 移植TinyOS 1.x代码到2.x 86
3.4 nesC程序运行模型 88
3.4.1 任务 88
3.4.2 内部函数 91
3.4.3 分阶段作业 92
3.4.4 同步与异步 94
3.4.5 原子性代码 95
3.4.6 无线模块的开启过程 96
3.5 编程约定 98
3.5.1 通用约定 98
3.5.2 软件包 98
3.5.3 语法约定 99
3.5.4 TinyOS约定 101
3.6 可视化组件关系图 103
3.7 本章小结 104
第4章 基本操作 106
4.1 点对点的无线通信 106
4.1.1 主动消息概述 106
4.1.2 通信接口和组件 107
4.1.3 消息缓存抽象 109
4.1.4 通过无线电发送消息 110
4.1.5 通过无线电接收消息 117
4.2 节点与PC的串口通信 119
4.2.1 信息源和端口测试 119
4.2.2 基站和监听工具 121
4.2.3 MIG消息接口生成工具 123
4.2.4 SerialForwarder和其他信息源 126
4.2.5 发送信息包到串口 129
4.2.6 基于printf库的打印调试 130
4.2.7 常见的串口通信故障 133
4.3 传感 134
4.3.1 传感简介 134
4.3.2 Sense实例 135
4.3.3 Oscilloscope实例 138
4.4 存储 140
4.4.1 存储简介 140
4.4.2 配置数据的存储 141
4.4.3 日志数据的存储 146
4.4.4 大数据块的存储 148
4.5 本章小结 149
第5章 系统内核 151
5.1 硬件抽象架构 151
5.1.1 架构简介 151
5.1.2 不同层次抽象的结合 154
5.1.3 横向分解 155
5.1.4 微处理器抽象 156
5.1.5 HIL抽象级别 156
5.2 任务和调度 157
5.2.1 任务简介 157
5.2.2 TinyOS 1.x的任务和调度器 157
5.2.3 TinyOS 2.x的任务 159
5.2.4 TinyOS 2.x的调度器 160
5.2.5 调度器的替换 162
5.2.6 调度器的具体实现 165
5.3 系统启动顺序 168
5.3.1 启动顺序简介 168
5.3.2 TinyOS 1.x的启动顺序 168
5.3.3 TinyOS 2.x的启动接口 169
5.3.4 TinyOS 2.x的启动顺序 170
5.3.5 系统启动和软件初始化 174
5.4 资源仲裁 175
5.4.1 资源简介 175
5.4.2 资源类型 176
5.4.3 资源仲裁 178
5.4.4 共享资源的应用实例 183
5.5 微控制器的电源管理 187
5.5.1 微控制器电源管理简介 187
5.5.2 TinyOS 1.x的电源管理 188
5.5.3 TinyOS 2.x的电源管理 189
5.5.4 外围设备和子系统 191
5.6 外围设备的电源管理 191
5.6.1 外围设备电源管理简介 191
5.6.2 电源管理模型 192
5.6.3 显式电源管理 193
5.6.4 隐式电源管理 196
5.7 串口通信 199
5.7.1 串口通信协议简介 199
5.7.2 串口协议栈的实现 200
5.7.3 串口协议栈的抽象 207
5.8 本章小结 207
第6章 平台与仿真 210
6.1 平台 210
6.1.1 平台简介 210
6.1.2 底层I/O口 211
6.1.3 新平台的建立 215
6.1.4 CC2430平台的移植 223
6.2 编译系统 226
6.2.1 编译系统简介 226
6.2.2 自定义编译系统 227
6.2.3 makefile入门 228
6.2.4 编写Makefile文件 230
6.2.5 编译工具 232
6.3 TOSSIM仿真 233
6.3.1 TOSSIM简介 233
6.3.2 仿真编译 234
6.3.3 基于Python的仿真 237
6.3.4 调试语句 239
6.3.5 网络配置 242
6.3.6 变量的观察 250
6.3.7 注入消息包 253
6.3.8 C++接口 256
6.3.9 gdb调试 258
6.4 本章小结 261
第7章 网络协议 262
7.1 分发协议 262
7.1.1 分发协议简介 262
7.1.2 相关接口和组件 263
7.1.3 EasyDissemination实例 265
7.1.4 Drip库和DIP库 269
7.2 汇聚协议 276
7.2.1 汇聚协议简介 276
7.2.2 相关接口和组件 277
7.2.3 CTP协议 279
7.2.4 CTP实现 281
7.2.5 EasyCollection实例 287
7.3 本章小结 291
第8章 高级应用技术 293
8.1 低功耗应用程序 293
8.1.1 能耗管理简介 293
8.1.2 外围设备的电源管理 294
8.1.3 无线模块的电源管理 297
8.1.4 微处理器的电源管理 300
8.1.5 低功耗传感的应用实例 300
8.2 低功耗监听 300
8.2.1 低功耗监听简介 300
8.2.2 相关接口 302
8.2.3 message_t元数据 304
8.2.4 HAL层的改进建议 305
8.3 TOSThreads线程 305
8.3.1 TOSThreads线程简介 305
8.3.2 nesC语言的API接口 306
8.3.3 C语言的API接口 309
8.3.4 支持新的系统服务 310
8.4 CC2420联网安全功能 312
8.4.1 CC2420安全模式简介 313
8.4.2 发送端的配置 313
8.4.3 接收端的配置 314
8.4.4 RadioCountToLeds实例 315
8.5 本章小结 319
第9章 基于TinyOS的应用开发实例 320
9.1 基于TSL2550传感器的光照检测 320
9.1.1 TSL2550简介 320
9.1.2 驱动实现 323
9.1.3 传感测试 330
9.2 基于GSM短信的远程数据传输 334
9.2.1 系统简介 334
9.2.2 功能实现 338
9.2.3 短信测试 348
9.3 基于简单蚁群算法的路由协议 350
9.3.1 算法简介 350
9.3.2 协议实现 353
9.3.3 仿真测试 366
9.4 本章小结 370
附录A nesC语言基本语法 371
附录B TinyOS编程技巧 374
附录C 英汉对照术语表 375
参考文献与网址 378
I. iphone11供电套件包括哪些
充电头,充电线。
用于无线传感器的能量收集开发套件是一个完整的演示和开发平台,用于创建由RF能量无线电波驱动的无源无线传感器网络使用。该装置无需电池即可为无线传感器节点进行供电。其所使用的电源是由RF能量转换成DC之后存储在电容器中的。
J. 无线传感网络与移动自组网网络相比有哪些不同
Zigbee:全新无线网络数据通信技术 Zigbee技术是随着工业自动化对于无线通信和数据传输的需求而产生的,Zigbee网络省电、可靠、成本低、容量大、安全,可广泛应用于各种自动控制领域。 Zigbee的由来: 在蓝牙技术的使用过程中,人们发现蓝牙技术尽管有许多优点,但仍存在许多缺陷。对工业,家庭自动化控制和遥测遥控领域而言,蓝牙技术显得太复杂,功耗大,距离近,组网规模太小等,......而工业自动化对无线通信的需求越来越强烈。正因此,经过人们长期努力,Zigbee协议在2003年中通过后,于2004正式问世了。 Zigbee是什么: Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台,十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网,每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站,在整个网络范围内,它们之间可以进行相互通信;每个网络节点间的距离可以从标准的75米,到扩展后的几百米,甚至几公里;另外整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。例如,你可以通过互联网在北京监控云南某地的一个Zigbee控制网络。 不同的是,Zigbee网络主要是为自动化控制数据传输而建立,而移动通信网主要是为语音通信而建立;每个移动基站价值一般都在百万元人民币以上,而每个Zigbee"基站"却不到1000元人民币;每个Zigbee 网络节点不仅本身可以与监控对对象,例如传感器连接直接进行数据采集和监控,它还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料; 除此之外,每一个Zigbee网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内,和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。 每个Zigbee网络节点(FFD和RFD)可以可支持多到31个的传感器和受控设备,每一个传感器和受控设备终可以有8种不同的接口方式。可以采集和传输数字量和模拟量。 Zigbee技术的应用领域: Zigbee技术的目标就是针对工业,家庭自动化,遥测遥控,汽车自动化、农业自动化和医疗护理等,例如灯光自动化控制,传感器的无线数据采集和监控,油田,电力,矿山和物流管理等应用领域。另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位。(成都西谷曙光数字技术公司的专利技术)。 通常,符合如下条件之一的应用,就可以考虑采用Zigbee技术做无线传输: 1. 需要数据采集或监控的网点多; 2. 要求传输的数据量不大,而要求设备成本低; 3. 要求数据传输可性高,安全性高; 4. 设备体积很小,不便放置较大的充电电池或者电源模块; 5. 电池供电; 6. 地形复杂,监测点多,需要较大的网络覆盖; 7. 现有移动网络的覆盖盲区; 8. 使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统。 9. 使用GPS效果差,或成本太高的局部区域移动目标的定位应用。 Zigbee 技术的特点: 省电:两节五号电池支持长达6个月到2年左右的使用时间 可靠:采用了碰撞避免机制,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时的竞争和冲突;节点模块之间具有自动动态组网的功能,信息在整个Zigbee网络中通过自动路由的方式进行传输,从而保证了信息传输的可靠性。 时延短:针对时延敏感的应用做了优化,通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。 网络容量大:可支持达65000个节点。 安全:ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能,加密算法采用通用的AES-128。 高保密性:64位出厂编号和支持AES-128加密 Zigbee的发展前景: Zigbee技术和RFID 技术在2004年就被列为当今世界发展最快,市场前景最广阔的十大最新技术中的两个。关于这方面的报道,你只需在网络,或GOOGLE搜索栏中键入"Zigbee",你就会看到大量的有关报道。总之,今后若干年,都将是Zigbee技术飞速发展的时期。 Zigbee技术在我国的应用情况: 尽管,国内不少人已经开始关注Zigbee这们新技术,而且也有不少单位开始涉足Zigbee技术的开发工作,然而,由于Zigbee 本身是一种新的系统集成技术,应用软件的开发必须和网络传输,射频技术和底层软硬件控制技术结合在一起。因而深入理解这个来自国外的新技术,再组织一个在这几个方面都有丰富经验的配套的队伍,本身就不是一件容易的事情,因而,到目前为止,国内目前除了成都西谷曙光数字技术有限公司,真正将Zigbee技术开发成产品,并成功地用于解决几个领域的实际生产问题而外,尚未见到其它报道。 Zigbee 和现有移动网(GPRS,CDMA-1X)的比较: 1. 无网络使用费:使用移动网需要长期支付网络使用费,而且是按节点终端的数量计算的,而Zigbee没有这笔费用; 2. 设备投入低:使用移动网需要购买移动终端设备,每个终端的价格在人民币1000元上下,而使用Zigbee 网络,不仅Zigbee网络节点模块(相当于基站)费用每只人民币不到1000元,而且,主要使用的网络子节点(相当于手机)的价格还要低得多; 3. 通信更可靠:由于现有移动网主要是为手机通信而设计的,尽管CDMA-1X和GPRS可以进行数据通信,但实践发现,不仅通信数率比设计速率低很多,而且数据通信的可靠信也存在一定的问题。而Zigbee网络则是专门为控制数据的传输而设计的,因而控制数据的传输具有相当的保证。 4. 高度的灵活性和低成本:首先,通过使用覆盖距离不同,功能不同的Zigbee网络节点,以及其它非Zigbee系统的低成本的无线收发模块,建立起一个Zigbee局部自动化控制网,(这个网络可以是星型,树状,网状及其共同组成的复合网结构)再通过互联网或移动网与远端的计算机相连,从而实现低成本,高效率的工业自动化遥测遥控; 5. 比起现有的移动网来,尽管Zigbee仅仅只是一个局域网,覆盖区域有限,但它却可以与现有的移动网,互联网和其它通信网络相连接,将许多Zigbee局域网相互连成为一个整体。有效的解决移动网的盲区覆盖问题:我们知道,现有移动网络在许多地方存在盲区,特别是铁路,公路,油田,矿山等野外,更是如此。而增加一个移动基站或直放站的费用是相当可观的,此时使用Zigbee网络进行盲区覆盖不仅经济有效,而且往往是现在唯一可行手段。 Zigbee与现有数传电台的比较: 1. 可靠性高:由于Zigbee模块的集成度远比一般数传电台高,分离元器件少,因而可靠性更高; 2. 使用方便安全:因为集成度高,比起一般数传电台来,Zigbee收法模块体积可以做得很小,而且功耗低,例如成都西谷公司远距离传输模块(2-5公里),最大发射电流比一个CDMA手机还要小许多,因而很容易集成或直接安放在到设备之中,不仅使用方便,而且在户外使用时,不容易受到破坏; 3. 抗干扰力强,保密性好,误码率低:Zigbee收发模块使用的是2.4G 直序扩频技术,比起一般FSK, ASK和跳频的数传电台来,具有更好的抗干扰能力,和更远的传输距离; 4. 免费频段:Zigbee使用的是免费频段,而许多数传电台所使用的频段不仅需要申请,而且每年都需要向国家无委会交纳相当的频率使用费。 5. 价格低: Zigbee数传模块的价格只有具有类似功能的数传电台的几分之一;(2.4G,250kps,3-5公里距离DSSS 数传模块每只不到1000元人民币) 怎样利用Zigbee尽快产生效益: 为了让大家能更快更好的将Zigbee技术用于解决不同应用领域的实际问题,而不需要深入了解Zigbee网络本身是如何来工作的,从而大大缩短你系统集成的时间,迅速给你带来实际经济效益。 成都西谷曙光数字技术有限公司专门向用户提供Zigbee无线网络平台的演示/应用套件,和具体应用开发培训。 这个套件包括: 1). 5个标准的演示/应用模块(其中一个用作为与计算机相连的网关节点); 2). 电池,天线等附件; 3). Zigbee网络功能演示软件; 4). 每个模块提供两个USART接口; 5). 一个标准的串口通信协议,用于将应用模块与你的计算机和传感器相连。如果我们的标准串口协议不能满足你具体应用的需要,原则上,我们可以根据你的具体要求加以修改。 利用这个套件,你可以完全按照有线网络连接来编制你的应用程序;将实际上的无线网络,当作一个一般的有线网络来加以利用。 这个套件,具有如下演示功能: 1. 演示Zigbee网络本身所具有的自动动态组网功能; 2. 演示网络中数据传输自动路由,以及数据如何在网络中传输的功能; 3. 显示网络无线链路连接状况,以及每个网络节点实际数据传输统计的功能,; 4. 演示整个网络的多种数据采集功能; 5. 演示控制中心对远端网络节点的控制功能; 6. 更重要的是,它除了具有如上的演示功能外,它还可用于实际网络布置中检查无线链路连接状况,对现场网络节点的具体布置效果进行评估和调整。这个套件中的每个模块提供两个USART接口,供用户直接编写自己的应用程序和它用。这样,用户可根据自己实际应用的需要,确定所需的网络节点数量和远端的具体设置后,就可以编写具体应用程序软件。当你的软件开发工作完成后,就可以直接使用我们提供的标准模块进行现场安装设置后,就可以工作了。