基于ZigBee的無線傳感器網絡定位系統(tǒng)的設計

　　無線傳感器網絡[1]WSNs(Wireless Sensor Networks)被廣泛應用于環(huán)境探測、天氣預報、安全、監(jiān)控以及分布式計算和目標區(qū)域成像等領域，在軍事、醫(yī)療和民用等方面的應用具有深遠意義。在傳感器網絡中，位置信息對傳感器網絡的監(jiān)測活動至關重要，事件發(fā)生的位置或獲取信息的節(jié)點位置是傳感器監(jiān)測信息中所包含的重要信息，沒有位置的監(jiān)測消息往往是毫無意義的。因此，確定事件發(fā)生的位置或獲取消息的節(jié)點位置是傳感器網絡最基本的功能之一，對傳感器網絡應用的有效性起著關鍵作用。

　　ZigBee技術[2]是一個具有統(tǒng)一技術標準的短距離無線通信技術，其PHY層和MAC層協(xié)議為IEEE802.15.4協(xié)議標準。本文提出的無線傳感器網絡工作在全球通用的ISM(Industrial Scientific and Medical)免付費頻段2.4 GHz上，其數據傳輸速率為250 Kb/s，劃分為16個信道。與藍牙或802.11等同屬于短距離無線通信的技術相比，ZigBee技術具有先天優(yōu)勢。ZigBee設備為低功耗設備，具有能量檢測和鏈路質量指示的功能。同時，由于采用了碰撞避免機制(CSMA-CA)，避免了發(fā)送數據時的沖突。在網絡安全方面，采用了密鑰長度為128 bit的加密算法，對所傳輸的數據信息進行加密處理，保證了數據傳輸時的高可靠性和安全性。用ZigBee技術組成的無線傳感器網絡結構簡單、體積小、性價比高、放置靈活、擴展簡便、成本低、功耗低、安全可靠，這種新興的無線傳感器網絡必將有廣泛的應用前景。

　　1 無線傳感網定位系統(tǒng)設計

　　1.1 設計思想

　　本系統(tǒng)的主要設計思想是：先在監(jiān)測區(qū)域布置一定的參考節(jié)點，參考節(jié)點的作用是在定位過程中起參考點的作用，不參與定位；移動節(jié)點就是定位節(jié)點，通過參考節(jié)點來確定自己的位置；網關節(jié)點一方面配置參考節(jié)點的位置信息，同時接收移動節(jié)點的位置信息發(fā)送給Web服務器，Web服務器接入網絡可以實現(xiàn)遠程訪問和控制。系統(tǒng)框圖如圖1。

　　1.2 硬件設計

　　1.2.1 節(jié)點硬件設計

　　無線傳感器節(jié)點一般由傳感器模塊、數據處理模塊、電源模塊和數據傳輸模塊組成。由于在本設計中主要考慮定位，所以傳感器模塊只是為了以后擴展用的。圖2是一般節(jié)點(作為參考節(jié)點或者移動節(jié)點)的原理框圖。

　　由于網關節(jié)點要和PC機或者Web服務器連接，所以要帶串口。網關節(jié)點原理如圖3。