多信道优改计算及工业无线通讯协议栈之分析与应用.doc

　　多信道优改计算及工业无线通讯协议栈之分析与应用 1绪论 近年来，无线网络技术获得了突飞猛进的发展，从人们的生产生活到工业的过程控制生产都渗透进了无线的身影。无线网络技术不仅改变了人们的生活方式，同时也改变着工业生产过程的控制方式。1887年11月5 H，赫兹在寄给其导师亥姆霍兹的一篇题为《论在绝缘体中电过程引起的感应现象》的论文中验证了电磁波的存在。这篇论文导致了无线电的诞生，幵辟了电子技术的新纪元，人类从quot;有线电通信quot;歩入了 quot;无线电通信quot;时代。在随后的100多年时间里，无线电通信技术取得了长足发展。从马可尼那穿越大西洋两岸的无线电信号到广为大众服务的无线电报；从第一座无线广播电台KDKA到传遍千家万户的无线电广播、电视广播；从1957年苏联第一颗人造卫星quot;伴侣一号quot;到覆盖全球的卫虽直播视、GPS (Global Positioning System)；从夏威夷大学的ALOHA通信系统到和大众息息相关的GSM (Global System for Mobile communications) 、 3G (3rd-Generation)网络；无形的无线电波与人类社会的关系越来越密切。图1.1概括地描述了现有无线通信技术的通信覆盖范围及数据传输速率。 随着无线通信技术的迅猛发展及传感技术、芯片（IC， Integrated Circuit)制造技术的进歩，无线通信技术逐歩应用于工业过程控制、监测、检测、监视等领域。相比以的DCS和现场总线等有线技术，无线技术有着其独特的优势。 1.1无线传感器网络技术及其研究 美国军方最先开展对WSN技术的研究，应用于军事领域。在1999年商业周刊将传感器网络列为21世纪最具影响的21项技术之一。 2003年美国《技术评论》杂志评出对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术，传感器网络被列为第一。最早WSN的研究与应用都局限于军事领域，虽然由于技术、成本方面的制约，WSN的大规模商用还需要一段时间，但近年来随着射频芯片成本的下降及核心处理器的体积越来越小，WSN的应用领域和范围也逐歩扩大。主要应用领域包括以下几方面：（1)环境监测与环境保护。WSN网络可以一种不引入破坏的方式达到获取环境数据的目的，它可用于动物种群跟踪、热带雨林环境监测、洪水预警和天气预报。来自南安普敦大学的研究人员已经建立了一个利用WSN网络监测挪威冰川环境的系统。（2)健康监测。WSN网络可以被嵌入到医院的建筑中，跟踪和监视患者和医疗资源。某些特殊类型的传感器，可以测量血压、体温和心电图（ECG)，甚至可以被编织进衣服，以提供远程护理。当穿戴植入医疗用途的传感器，它们形成一个特殊的传感器网络称为人体传感器网络（BSN， Body Sensor Network) 。 （3)交通管理。WSN网络也用于车辆的交通监测和控制。在许多十字路口，以架空或地埋传感器的方式检测车辆和控制交通灯。Streetline公司使用WSN技术，以帮助司机寻找空置的停车位，避免交通堵塞。（4)基础设施安全。WSN可用于基础设施的安全和反恐应用。关键性的建筑物和设施，如电厂，机场，军事基地必须得到保护以防潜在的入侵。（5)工业传感。由于传感器节点可以深深嵌入到工业生产的机器设备中，WSN网络可监测机器的quot;健康quot;并确保安全运行。在石油和天然气工业，管道由于老化产生的腐蚀已成为一个重要的问题。监测管道腐蚀，使用人工检査是昂贵、费时、不可靠的。无线腐蚀传感器网络可以经济、可靠地确定腐蚀点位置，并在他们成为灾难性故障之前加以解决。 1.2 ZigBee协议 在国外，首先是IC厂商基于自己的射频芯片开发了可实用化的ZigBee节点。TI公司于2006年收购领先的短程低功率无线射频收发器设备设计公司Chipcon后，将自身的MCU与射频IC相结合，推出了基于MSP430F2618处理器和CC2520射频收发器的开发套件CC2520DK、 CC2520EMK，及基于SOC芯片CC2533的开发套件CC2533DK：、 CC2533EMK。飞思卡尔公司推出了基于MC9S08Q128处理器和MC1320X射频收发器的MC1320X-QE128-DSK开发套件，及基于SOC处理器1322X系列的开发套件。Ember公司也推出了 InSight系列开发模块及配套开发环境。在国内，许多公司致力于ZigBee技术的开发和推广。成都无线龙通讯有限公司基于TI的系列射频芯片推出了 WSN教学平台、ZigBee 07/PRO/RF4CE开发系统及802.15.4/ZigBee06教学/丌发系统。深联科技以物联网为应用导向推出了 ZigBee协议开发套件和IEEE802.15.4开发套件。 Z