無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)范文

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摘要：針對(duì)當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，加強(qiáng)對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的布局是提高物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)囊粋€(gè)重要途徑和方式。本文結(jié)合結(jié)合當(dāng)前的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，以農(nóng)業(yè)灌溉作為載體，設(shè)計(jì)了一款基于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)灌溉系統(tǒng)。對(duì)此，文章首先對(duì)ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，然后對(duì)灌溉系統(tǒng)的整體架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后重點(diǎn)就其中的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。由此通過(guò)上述的設(shè)計(jì)，為當(dāng)前無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)；灌溉系統(tǒng)；協(xié)議棧；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0引言

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)快速發(fā)展，目前主要通過(guò)紅外、藍(lán)牙、Wifi以及ZigBee等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信。ZigBee技術(shù)則相對(duì)具有低功耗、低成本以及安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，具有巨大的發(fā)展前景。

1灌溉系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

在該整體架構(gòu)部署中，種植片區(qū)內(nèi)部署的ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)由感測(cè)節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)以及網(wǎng)管協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。其中，感測(cè)節(jié)點(diǎn)分為兩部分：一部分節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)采集種植區(qū)環(huán)境信息；另一部分節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集本地電磁環(huán)境信息，從而保障感測(cè)節(jié)點(diǎn)的安全運(yùn)行。執(zhí)行節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)控制電磁閥的開(kāi)合；路由節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)提供路由服務(wù)；網(wǎng)關(guān)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，并且具備遠(yuǎn)程交互功能。通過(guò)這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，讓各感測(cè)器節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)信息，由網(wǎng)關(guān)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)上傳至主控中心，在服務(wù)器內(nèi)完成數(shù)據(jù)的分析處理及存儲(chǔ)，根據(jù)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果來(lái)進(jìn)行相應(yīng)決策，從而制定灌溉計(jì)劃并發(fā)出命令。系統(tǒng)用戶(hù)可以利用終端設(shè)備登錄控制平臺(tái)，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)、工作計(jì)劃進(jìn)行操作。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1硬件選擇

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用CC2530芯片來(lái)搭建控制器模塊。CC2530芯片采用8051MCU，具備2.4GHz的視頻收發(fā)器核心以及IEEE802.15.4/ZigBee協(xié)議。作為T(mén)I公司的第二代嵌入式ZigBee應(yīng)用片上系統(tǒng)，CC2530芯片具有高性能、低功耗、小體積等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的要求。TI公司的無(wú)線(xiàn)解決方案不僅使各制造商專(zhuān)注與高性能、小體積的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，還免費(fèi)提供Z-Stack協(xié)議軟件等軟件工具，因此采用CC2530芯片來(lái)作為無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備，具有很高的性?xún)r(jià)比。

2.2無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)布局

由于灌溉系統(tǒng)的特點(diǎn)，本系統(tǒng)中擁有大量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，因此必須設(shè)計(jì)合理的節(jié)點(diǎn)部署方案來(lái)擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積，提高網(wǎng)絡(luò)通訊質(zhì)量。目前，通常采用網(wǎng)格型部署方式，其又包括四邊形部署方案和蜂窩形部署方案。綜合考慮發(fā)現(xiàn)，蜂窩型節(jié)點(diǎn)部署方案具有更好的網(wǎng)絡(luò)連通性。因此本系統(tǒng)選擇采用蜂窩型節(jié)點(diǎn)部署方案來(lái)部署網(wǎng)關(guān)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)，從而構(gòu)成無(wú)線(xiàn)感測(cè)器網(wǎng)絡(luò)骨干架構(gòu)。執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)也采用蜂窩型節(jié)點(diǎn)部署方案，根據(jù)其使用的搖臂式旋轉(zhuǎn)噴頭的灌概半徑而確定相應(yīng)網(wǎng)格尺寸。種植區(qū)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境感測(cè)節(jié)點(diǎn)則采用四邊形節(jié)點(diǎn)部署方案，在種植區(qū)均勻分布，從而更全面地采集信息。定時(shí)喚醒農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境感測(cè)節(jié)點(diǎn)和本地電磁環(huán)境感測(cè)節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行感測(cè)任務(wù)，并在完成感測(cè)任務(wù)后進(jìn)入休眠狀態(tài)；定時(shí)喚醒執(zhí)行節(jié)點(diǎn)，查看上級(jí)路由節(jié)點(diǎn)內(nèi)有無(wú)灌溉指令緩存信息，若有指令則執(zhí)行。

2.3網(wǎng)絡(luò)路由策略選擇

Mesh型Zigbee網(wǎng)絡(luò)支持的網(wǎng)絡(luò)封包路由策略有三種，分別為完全啟用路由探索、禁用路由探索以及按需啟用路由探索。路由節(jié)點(diǎn)根據(jù)封包包頭所設(shè)置的路由探索域，來(lái)確定路由策略。當(dāng)路由探索域設(shè)置為完全啟用路由探索時(shí)，若路由節(jié)點(diǎn)未從路由表中發(fā)現(xiàn)封包目標(biāo)位址信息，則啟用路由探索；若無(wú)法啟用路由探索，則通過(guò)樹(shù)形層級(jí)路由算法，將該封包轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)路由探索域設(shè)置為禁用啟用路由探索時(shí)，路由節(jié)點(diǎn)無(wú)法從路由表中發(fā)現(xiàn)封包目標(biāo)位址信息，則通過(guò)樹(shù)形層級(jí)路由算法轉(zhuǎn)發(fā)封包。當(dāng)路由探索域設(shè)置為按需啟用路由探索時(shí)，通過(guò)檢視封包類(lèi)型從而判決出適宜的路由策略：包含設(shè)備捆綁請(qǐng)求的封包，會(huì)選用完全啟用路由探索策略；突發(fā)性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)封包，則選用禁用路由探索策略，從而提高傳輸效率。本文所提出的Zigbee無(wú)線(xiàn)感測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，選擇按需啟用路由探索作為封包路由策略，可以在一定程度上降低系統(tǒng)能耗。

3結(jié)束語(yǔ)

由此通過(guò)上述的設(shè)計(jì)，借助Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)完成了對(duì)灌溉系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中，充分應(yīng)用了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的布局，系統(tǒng)的整體架構(gòu)搭建和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的路由策略等，為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)提供了一種參考。

參考文獻(xiàn)

[1]樊銳,李茹,王績(jī)一.藍(lán)牙/ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2013,23(01):209-213.

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作者：趙星 單位：陜西財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院