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GSM数据传输的Zigbee无线传感器网络

2006/1/4/13:54 来源:Zigbee联盟论坛

  [导读]本文提出了利用GSM网络传输基于Zigbee无线传感器汇节点数据的完整无线传感器网络设计,网络采用星型拓扑和需求时唤醒Zigbee模块的通信方式,有效降低了每个Zigbee传感器节点的功耗,减少了传感器节点向汇节点上报数据时相互碰撞的概率,并利用GSM网络传输汇节点的数据,改变了传统无线传感器网络需要依托有线公共网络进行数据传输的限制,使网络具有非常显著的优点。

  1. 引言

  无线传感器网络(wireless sensor network) [1]是一个热点的研究领域,它在环境监测、军事、医疗健康、家庭智能监控和其他商业领域[2]有着广泛的应用前景。无线传感器网络具有传感器节点密度高,网络拓扑变化频繁,以及节点的功率、计算能力和数据存储能力有限等特点。

    GSM(Globe System of Mobile)网络是覆盖范围广,性能较为完善的无线网络,GSM通信网本身具有较强的数据纠错能力[3],数据传输率较高可达9.6kbit/s能够保证数据传输的可靠性和实时性,本文提出的网络实现采用SIEMENS TC35模块作为GSM网数据传输终端。Zigbee技术是一个具有统一技术标准的短距离无线通信技术,其PHY层和MAC层协议为IEEE802.15.4协议标准[4]。Zigbee技术具有三个工作频段,本文提出的无线传感器网络工作在2.4GHz 全球通用的ISM(Industrial,Scientific and Medical)免付费频段上,划分为16个信道,在该频段上,数据传输速率为250kb/s。用Zigbee技术组成的无线传感器网络结构简单、体积小、成本低;采用GSM网络进行数据传输的TC35模块体积小、功耗低,适合作为无线传感器网络的数据节点,Zigbee技术、GSM网络数据传输与传感器技术相结合组成新兴的无线传感器网络,必将有广泛的应用前景。

  2.基于Zigbee无线传感器网络

  到目前为止,Zigbee技术在国外已经在家庭网络、控制网络、手机移动终端等领域有了一定的应用,但是现有Zigbee技术构成的网络每个接入点所能接纳的传感器的节点数远远低于协议所标称的255个,为了达到传感器网络密集覆盖的目的,就必须进行复杂的组网,这不仅增加了网络的复杂性,还增加了网络整体的功耗,降低了传感器节点的寿命。本方案则基于每个传感器节点和汇节点之间通信量较小的特点,提出了一种基于需求时唤醒(Wake up On-demand )的星型网络拓扑模式,需求时唤醒的基本思想就是传感器节点在监测的环境发生变化时,传感器节点能自动醒来和汇节点进行通信并上报相关信息;否则工作于睡眠状态并采用低功率监测信道,以节约传感器节点功耗并拒绝接受非法的连接访问请求,大大降低了接入汇节点时消息碰撞的概率,极大地增加了传感器网络容量。

  2.1 传感器网络的系统结构

  本文提出的无线传感器网络是基于Zigbee并采用GSM进行数据通信传感器网络,它是由大量的无线传感器节点、汇节点和GSM数据传输模块组成的分布式系统,如图1所示。基于簇(Cluster)的分层结构具有天然的分布式处理能力,簇头就是分布式处理中心即本文无线传感器网络的一个汇节点,每个簇成员(传感器节点)都把数据传给簇头,数据融合后直接传给GSM数据传输。中央控制中心通过GSM网络与多个汇节点连接,汇节点和传感器节点之间通过Zigbee技术实现无线的信息交换,带有射频收发器的无线传感器节点负责对数据的感知和处理并传送给汇节点;控制中心通过GSM网络获取采集到的相关信息,实现对现场的有效控制和管理。

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