低速率无线传感器网络平台的设计与实现

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无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一种集成了传感器技术、通信技术、计算机技术的新型监控网络,是当前国际上备受关注的前沿研究热点之一。无线传感器网络由大量的传感器节点组成,可实时感知和采集分布区域内的监测对象或周围环境的信息。本文设计的无线传感器网络平台可监测环境中的温度、湿度及光照强度,具有节点定位和语音传输功能,在家庭智能监控、环境监测、医疗健康和其他商业领域中有着广阔的应用前景。无线传感器网络具有节点分布密集、鲁棒性强、自组织、以数据为中心等特点。无线局域网和蓝牙等技术的出现促进了无线传感器网络的发展,但是现代监控网络在成本、功耗、安全等方面提出了更加严格的要求,这种情况下ZigBee技术应运而生,其协议依据IEEE802.15.4标准,具有低速率、低功耗、低成本、低复杂度的特点。本文应用符合IEEE802.15.4/ZigBee标准的ZStack协议栈构建无线传感器网络,搭建了低速率、高容错性的网络节点软硬件平台。本文首先探讨无线传感器网络的特点与应用,介绍ZigBee各层网络协议,研究在ZStack协议栈下无线传感器网络各功能的实现。随后,针对无线传感器网络节点定位算法普遍存在受环境影响大、算法复杂度高等缺点,提出一种基于信号强度指示(RSSI)的改进三边定位算法,仿真和实验结果表明,该算法抗干扰能力强、定位精度高。系统硬件平台采用CC2530作为核心处理器,通过传感器采集温度、湿度、光照信息。应用语音编解码器AMBE-1000压缩语音数据,从而实现语音信号的实时采集与传输功能。上位机界面可动态显示当前网络的拓扑结构、节点位置以及节点采集到的传感器数据。最后,对无线传感器网络平台进行性能测试,结果证明网络数据传输稳定,鲁棒性强,语音质量良好,定位精度能够满足应用需求。
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