1 引言
在现代物流仓储管理系统中,火灾探测报警系统是其重要的子系统之一。现有的火灾报警系统多采用有线技术进行火灾传感器网络的组建www.cechina.cn,这类方案的特点是扩展性能差,布线繁琐, 线路容易老化或遭到腐蚀CONTROL ENGINEERING China版权所有,在火灾现场中极易被破坏。
无线传感器网络( WSN, wireless sensor networks)是由大量体积较小、能源受限,具有一定计算、存储和无线通讯能力的传感器节点组成的网络,其综合了传感器、嵌入式、无线网络、分布式信息处理等技术。 ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据传输速率、低成本的双向无线通信技术,主要适合于自动控制和远程控制等领域,可以嵌入各种设备中。
随着 WSN技术的发展,将无线 ZigBee技术和传感器技术相结合,组建一个无线火灾探测网络,可以大大提高火灾报警系统的可靠性,降低成本。
2 ZigBee技术简介
ZigBee[1]是于 2004年底通过的一组基于 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。它采用 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum,直接序列扩频)技术,主要工作在无需注册的 2.4GHzISM频段,可以提供 16个信道和 250Kb/s的传输速率,在低成本、低功耗、低速率的场合有广泛的应用。
2.1协议栈模型 ZigBee协议栈由应用层、网络层、介质存取层和物理层组成,其结构如图 1所示。IEEE 802.15.4标准制定物理层和介质存取层协议,与底层硬件相关;对于网络层之上的标准以及高层应用、测试和市场推广方面的工作则由 ZigBee联盟负责。
2.2网络拓扑结构
在 ZigBee网络支持三种不同的网络拓扑结构:星形 (Star)、树形(Cluster Tree)和网状 (Mesh)网络。其中最简单的是星型结构,如图 2(a)所示CONTROL ENGINEERING China版权所有,它由一个协调器和多个终端节点构成,协调器作为整个网络的中心,终端节点分布在其覆盖范围之内。星型网络构造简单,一般用于设备数量较小、物理范围较小的场合。网状网络如图 2(c)所示CONTROL ENGINEERING China版权所有,其中的每个节点都可以作为协调器或者是路由器,具有很高的可靠性。而树型网络则集合了星型结构和网状结构的优点,具有较高的可靠性和较低的功耗,如图 2(b)所示。
2.3网络节点
ZigBee网络按照节点类型 [2]来分,支持 3种节点:主节点、路由节点以及终端节点,在逻辑功能上分别对应网络协调器(PAN Coordinator)、路由节点(Router)和终端设备(End Device)。
ZigBee协议根据设备所具有的通信能力,可以将节点从器件上分成两类:
1)全功能设备(FFD,Full Function Device),可作为网络协调器,管理和构建网络,拥有足够的存储空间来存放路由信息并且处理能力也相应增强;
2)简化功能设备(RFDCONTROL ENGINEERING China版权所有,Reduce Function Device),只支持星型结构,不能成为协调器www.cechina.cn,内存较小,功耗低,实现简单。
主节点是网络的核心,负责建立一个网络并下发地址,