挺挺，沙 超，王汝傳

引 言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今國內(nèi)外通信領(lǐng)域的一大研究熱點，它在軍事、民用及工商業(yè)領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。在軍事領(lǐng)域，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，隱蔽地分布在戰(zhàn)場上的傳感器可將獲取的信息回給指揮部；在民用領(lǐng)域，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可在家居智能化、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療保健、災(zāi)害預(yù)測等方面得到廣泛應(yīng)用；在工商業(yè)領(lǐng)域，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)自動化、空間探索和其他商業(yè)用途卜得到廣泛應(yīng)用。

考慮到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在通信上消耗能量較大，故選用功耗較小的CC2420芯片作為通信芯片來設(shè)計節(jié)點。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的特征

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量體積小、能耗低、具有無線通信、傳感和數(shù)據(jù)處理功能的傳感器節(jié)點組成。因此，傳感器節(jié)點是尤線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本單元，節(jié)點設(shè)計的好壞直接影響到整個網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點主要負責(zé)對周圍信息的采集和處理，并發(fā)送自己采集的數(shù)據(jù)給相鄰節(jié)點或?qū)⑾噜徆?jié)點發(fā)過來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給基站或更靠近基站的節(jié)點。它一般由傳感器模塊(傳感器、A／D轉(zhuǎn)換器)、處理器模塊(微處理器、存儲器)、無線通信模塊(無線收發(fā)器)和能量供應(yīng)模塊(電池)組成，如圖1所示。

所有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都具有相同的功能，但在某一時刻，各個節(jié)點可能正在執(zhí)行不同的功能。根據(jù)功能，可以把節(jié)點分成傳感器節(jié)點、簇頭節(jié)點和匯聚節(jié)點3種類型。當(dāng)節(jié)點作為傳感器節(jié)點時，主要是采集周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)(溫度、光度和濕度等)，然后進行A／D轉(zhuǎn)換，交由處理器處理，最后由通信模塊發(fā)送到相鄰節(jié)點，同時該節(jié)點也要執(zhí)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的功能，即把相鄰節(jié)點發(fā)送過來的數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚節(jié)點或離匯聚節(jié)點更近的節(jié)點；當(dāng)節(jié)點作為簇頭節(jié)點時，主要是收集該簇內(nèi)所有節(jié)點所采集到的信息，經(jīng)數(shù)據(jù)融合后，發(fā)往匯聚節(jié)點；當(dāng)節(jié)點作為匯聚節(jié)點時，其主要功能就足連接傳感器網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)(如Internet)，將傳感器節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星發(fā)送給用戶。

2 CC2420芯片的性能和結(jié)構(gòu)特點

CC2420是Chipcon公司開發(fā)的首款符合Zigbee標準的2.4 GHz射頻芯片，集成了所有Zigbee技術(shù)的優(yōu)點，可快速應(yīng)用到Zigbee產(chǎn)品中。Zigbee是建立在IEEE 802.15.4定義的可靠的PHY(物理層)和MAC(媒體訪問控制層)之上的標準，它定義了網(wǎng)絡(luò)層、安全層和應(yīng)用層。Zigbee的協(xié)議架構(gòu)如圖2所示。

Zigbee技術(shù)的特點如下：

a) 數(shù)據(jù)傳輸速率低：只有20～250 kbit／s，專注于低傳輸速率的應(yīng)用。

b) 時延短：休眠激活時延和活動設(shè)備接入信道時延均為15 ms，典型的搜索設(shè)備時延為30 ms，這便可以使系統(tǒng)有更多的睡眠時問，從而大大降低能量消耗。

c) 功耗低：由于Zigbee的傳輸速率低，且采用了休眠模式，因此大大降低了功耗。單靠兩節(jié)5號電池便可維持6到24個月，這是其他無線通信技術(shù)望塵莫及的。

d) 安全性高：Zigbee提供了基于CRC(循環(huán)冗余校驗)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權(quán)和認證，采用高級加密標準(AES-128)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。

e) 免執(zhí)照頻段：采用直接序列擴頻在ISM(工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療)頻段，2.4 GHz(全球)、915 MHz(美國)和868 MHz(歐洲)，均為免執(zhí)照頻段。

f) 網(wǎng)絡(luò)容量大：Zigbee可采用星狀、樹狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并采用IEEE標準的64-bit編址和16 bit短編址。由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點，最多一個主節(jié)點可管理254個子節(jié)點；同時，主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理，最多可組成65 000個節(jié)點的大網(wǎng)。

g) 可靠性高：采用了CSMA-CA技術(shù)來避免發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息。

h) 低成本：由于Zigbee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，因此大大降低了成本。

CC2420芯片除了擁有以上Zigbee的所有優(yōu)點