近年来，跟着计算机科学技能的开展和戎行配备信息化的推动，指控体系不断向大规模、杂乱化、集成化的方向开展，一起因为战场条件的日趋杂乱，其发生毛病的可能性也随之增加。面临有很多进程变量的杂乱体系，操作和作战人员很难及时有效地监控进程数据，剖析当时状况和确诊进程反常，并采纳恰当的应对办法。因而，怎么进步指控体系的可维护性和安全性逐步受到了广泛的重视。跟着射频技能和传感器产品的进一步开展， 运用无线传感器网络树立的各种监控体系能够很好地处理由环境中不确定要素改动所引起的问题， 然后削减出产产品的本钱， 进步作业效率。
ZigBee技能是近年开展起来的一种无线通讯技能，它具有低功耗、低本钱、组网灵敏和抗干扰才能强等长处[1]。因而，将依据ZigBee技能的无线传感器网络运用于指控体系的监控方面，能够下降监控体系本钱，而且无需布线，依据无线技能的特色将传感器节点安置于指控设备的待测空间内，还能够搜集监控到传统办法无法监测到的信号。依据ZigBee的传感器网络技能假如合作有线网络(如以太网)或无线通讯技能，能够完结对整个指控体系中各个设备的实时监控，合作无线蜂窝网络技能还能够完结手持式通讯终端对指控设备的实时监测。因而对无线传感器网络的研讨具有重要的运用价值。
1 ZigBee技能概述
因为ZigBee无线通讯协议不只具有低本钱、低功耗、低速率、低杂乱度的特色，而且具有可靠性高，组网简略、灵敏的优势，所以结合实践需求，并与同类无线技能进行比较后，终究选用了ZigBee这项技能。
ZigBee技能是一种具有共同技能规范的短距离无线通讯技能，其兼容的产品作业在IEEE 802.15.4的PHY上频段是免费敞开的，别离为2.4 GHz(全球)、915 MHz(美国)和868 MHz(欧洲)。选用ZigBee技能的产品能够在2.4 GHz频段上供给250 Kb/s(16个信道)、在915 MHz频段上供给40 Kb/s(10个信道)和在868 MHz频段上供给20 Kb/s(1个信道)的传输速率[1]。
ZigBee协议栈的体系结构如图1所示。它虽然是依据规范的7层敞开式体系互联(OSI)模型，但仅对触及ZigBee的层予以界说。IEEE 802.15.4-2003规范界说了最下面的2层：物理层(PHY)和介质接入操控子层(MAC)。ZigBee联盟供给了网络层和运用层(APL)结构的规划。其间，运用层的结构包括了运用支撑子层(APS)、ZigBee设备方针(ZDO)及由制造商拟定的运用方针[2]。
ZigBee设备为低功耗设备，其发射功率为0~3.6 dBm，具有能量检测和链路质量指示才能，依据这些检测成果，设备可主动调整其发射功率，在确保通讯链路质量的条件下，最小地耗费设备能量[3]。
2 网络结构
依据某型指控体系配备地域散布和作业时序所具有的特色，状况监控体系一般分为体系层和节点层2个运用层次。节点层首要针对车载式指挥操控体系单车分体系或会集在小地域环境中的体系进行规划，更大范围内的体系层测验选用上述分体系的无线互连办法作为处理方案，本文首要论说的是节点层的规划方案。
在散布测验中，无线监控网络是由在待测方针邻近按必定办法安置的多个数据搜集节点和1个操控基站组成。每个节点都衔接1个或多个功用模块，然后具有1种或多种感知才能。本文规划的传感器网络选用分簇结构，该网络由若干个传感器单元和1个基站构成。基站作为网络中的和谐器，担任建网以及设备注册和拜访操控等根本的网络办理功用，一起搜集传感器网络发送的一切数据，树立本地数据库，完结数据交融和数据包向操控中心的转发。传感器节点则依据在网络中扮演的人物分为终端设备节点和路由器节点。这两者的区别是：终端节点只担任搜集信号，发送至路由器或和谐器；路由器则不只要搜集设备信号，而且要搜集它的终端子节点搜集到的信号，并将搜集的各路信号转发给基站。图2给出了监控网络节点层的结构图。
实践运用时，在不改动和损坏原设备衔接联系的根底大将传感器节点置于指控设备的通讯链路上，使监控模块的两头别离衔接至待监控的设备A、B，如图3所示。
数据搜集办法依据指控配备中数据流的巨细可分为3种。第1种是基站以播送办法向各数据搜集节点发送操控指令，要求节点将测验数据以无线的办法回传至基站。搜集节点接纳到指令后，由操控模块对指令进行解析，若节点地址与本节点编号共同，则经过SPI总线读取由功用模块搜集到的契合基站要求的数据，并经过射频模块发送给基站。第2种是守时搜集的办法。每隔一段时间，各数据搜集模块依照基站的要求，向基站发送1次实时搜集到的数据。这2种办法适用于信息流较大的状况。当信息流较小时，可选用中止查询的办法。指控配备中每次传送的数据都会触发数据搜集节点的中止，并发送至基站。
3 传感器节点的规划及其在平台上的完结
3.1 硬件规划
3.1.1 传感器节点整体规划
传感器节点的操控和无线通讯部分运用Jennic公司的集成化处理方案JN5139芯片。JN5139是IEEE 802.15.4和ZigBee低本钱低功耗微操控器，集成了32位RISC处理器、彻底兼容的2.4 GHz IEEE 802.15.4收发器、192 KB ROM、96 KB RAM以及丰厚的模仿和数字外设。它在单芯片内集成了用于无线传感器网络的收发器和微操控器，具有本钱灵敏的ROM/RAM架构，能够满意批量运用的需求[4]。
各传感器单元之间及其与基站之间经过无线通讯的办法传输，传感器节点选用2.4 GHz的免费频段。无线传感器网络由许多功用相同或不同的无线传感器节点组成。传感器节点由功用模块(传感器、A/D转化器)、操控模块(微处理器、存储器)、通讯模块(无线收发器)和供电模块(电池、DC/DC能量转化器)组成。功用模块担任监测区域内信息的搜集和数据转化；操控模块担任操控整个传感器节点的操作，存储和处理自身搜集的数据以及其他节点发来的数据；通讯模块担任与和谐器或路由器进行通讯，交流操控信息和发送搜集数据；供电模块为传感器节点供给运转所需的能量。因为数据搜集节点的安置办法、定位办法、通讯手法往往是相同的，仅仅是节点因为衔接了不同类型的传感器或数据搜集设备而导致节点感知才能的差异。因而，将测验单元规划成功用模块，并与操控和通讯模块相衔接就能够依据测验使命的需求对其便利地增加和删去。传感器节点整体规划图如图4所示。
3.1.2 SPI总线规划
节点中操控模块和各功用模块的操控器材都集成了SPI接口，他们的数据交互是经过SPI总线完结的。当基站宣布指令时，节点中的操控模块进行判别并转发给功用模块，功用模块上报给基站的数据也需求经过操控模块进行仲裁并打包发送。
SPI能够作为主器材或从器材，并支撑在同一总线上衔接多个从器材和主器材。SPI接口包括1个从挑选信号（SS），用于挑选SPI为从器材；当SPI作为主器材时，能够用额定的通用I/O端口作为从挑选输出。
只要SPI主器材能发动数据传输。当处于主办法时，向SPI数据寄存器写入1个字节将发动1次数据传输。SPI主器材立即在SPIMOSI线上串行移出数据，一起在SPISCK上供给串行时钟。在全双工操作中，SPI主器材在SPIMOSI线上向从器材发送数据，被寻址的从器材能够一起在SPIMOSI线上向主器材发送其移位寄存器中的内容。所接纳到的来自从器材的数据替换主器材数据寄存器中的数据。2个方向上的数据传输由主器材发生的串行时钟同步。当SPI被使能而未被配备为主器材时，它将作为从器材作业。另1个SPI主器材经过将其SS信号驱动为低电平发动1次数据传输。主器材用其串行时钟将移位寄存器中的数据移出到SPIMOSI引脚。从器材能够经过写SPI数据寄存器为下一次数据传输装载它的移位寄存器。从器材有必要在主器材开端下一次数据传输之前至少1个SPI串行时钟写数据寄存器；不然，现已坐落从器材移位寄存器中数据字节将被发送。传感器节点中JN5139与外围功用模块依据SPI总线的衔接联系如图5所示。
3.2 软件规划
传感器节点程序首要完结接纳并转发基站的指令、与功用模块进行交互、上报功用模块搜集到的数据等功用。在网络中，每个传感器节点都分配有地址，基站以播送的办法发送指令后，各个节点上的主操控器都对其进行解析，若地址与本节点相同，则进一步剖分出功用模块的编号并经过SPI总线进行转发，功用模块在收到指令后，由协处理器进行再次解析，将指定数据上报。
3.2.1 树立ZigBee网络
树立1个网络首要需求对每1个设备IEEE 802.15.4协议栈的PHY和MAC层进行初始化，然后创立本网络的PAN Co-ordinator，每1个网络有且只能有1个PAN Co-ordinator，树立网络的第1个进程便是挑选而且初始化这个Co-ordinator。PAN Co-ordinator一旦初始化完结就有必要为它的网络选定1个PAN ID作为网络的标识，PAN ID能够被人为地预界说，也能够经过侦听其他网络的ID然后挑选1个不会抵触的ID的办法来获取。每1个PAN Co-ordinator设备都现已具有了1个仅有的、固定的64 bit IEEE MAC地址，一般称为扩展地址。可是作为组网的标识它还有必要分配给自己1个16 bit的网络地址，一般称之为短地址。运用短地址进行通讯能够使网络通讯更轻量级且更高。这一短地址是预先界说好的，PAN Co-ordinator的短地址一般被界说为0x0000。
PAN Co-ordinator有必要挑选1个网络所树立的射频频率通道。它能够经过进行1次能量扫描检测来找到1个相对安静的通道。经过通道能量扫描检测，API将回来每一个通道的能量水平，能量水平高就标志着这个通道的无线信号比较活泼。接下来PAN Co-ordinator就能够依据这些信息挑选1个能够运用的通道来树立自己的无线网络。
完结上述作业后，PAN Co-ordinator就将敞开关于参加网络的恳求应对。一旦网络中呈现了能够运用的Co-ordinator，其他的网络设备就能够参加网络了。1个预备参加网络的设备在完结初始化之后，需求经过频道扫描找到PAN Co-ordinator，并在特定的频率通道中发送信标恳求。当PAN Co-ordinator检测到信标恳求后，Co-ordinator将回应相应的信标来向设备标识自己，既而判别是否有满足的资源承受新的设备，而且决议是否承受和回绝设备参加网络。假如PAN Co-ordinator接纳了设备，它将发送1个16 bit的短地址给设备，作为设备在网络中的标识[5-6]。ZigBee网络的树立进程如图6所示。
3.2.2 ZigBee网络内设备之间的传输数据
当网络中呈现了PAN Co-ordinator和至少1个端节点设备后，网络就能够进行数据传输了。Co-ordinator向端节点设备传输数据时，有直接传输和直接传输2种办法能够完结数据传输：
(1)直接传输：PAN Co-ordinator能够将数据直接发送给端节点设备，当端节点设备接纳到数据后就能够发送承认音讯给Co-ordinator。这种数据传输办法要求端节点设备随时都处于数据接纳的状况，也便是要求其随时都要处于唤醒的状况。
(2)直接传输：这种传输办法便是Co-ordinator能够将数据保存起来等候端节点设备恳求读取数据。选用这种办法时，端节点设备为了取得数据有必要先要发送数据恳求。发送数据恳求后，Co-ordinator就会判别是否有需求发送给这个设备的数据，假如有就发送相应的数据给端节点设备。接到数据的设备将发送承认信息。这一办法适用于端节点设备需求较低功耗的状况，其大部分的作业状况都处于休眠状况以节约能量。上述数据传输办法如图7所示。
端节点设备向Co-ordinator传输数据时，一般选用直接发送的办法，Co-ordinator接到数据后能够发送承认信息[5-6]。
3.2.3 SPI总线数据传输[7-10]
JN5139支撑从16 MHz到250 kHz的数据传输速率，SPICLK时钟的相位和极性都是可配备的。时钟极性操控SCLK在空闲时置高仍是置低(也就决议了传输中第1个时钟边缘的极性)，时钟的相位决议了JN5139在时钟周期SPICLK的哪个边缘采样SPIMOSI线上的数据。
依据SPI总线的数据传输由vAHI_SpiConfigure()函数进行配备，从设备的挑选由vAHI_SpiSelect()函数完结。当处于主办法时，向SPI数据寄存器写入1个字节将发动1次数据传输。调用vAHI_SpiStartTransferxx(xx代表8、16或32 bit)开端1次传输进程，数据被放入数据寄存器并立即在SPIMOSI上串行移出，一起发生时钟信号SPICLK。在全双工操作中，SPI主器材在MOSI线上向从器材发送数据，被寻址的从器材能够一起在MISO线上向主器材发送其移位寄存器中的内容，所接纳到的来自从器材的数据替换主器材数据寄存器中的数据。在这一传输进程中，用u32AHI_SpiReadTransferxx(xx代表8、16或32 bit)进行数据的读取。因为从处理器作为从机不会发生移位时钟脉冲，主机接纳从机发送的数据时，协处理器的数据传输有必要依托主操控器的合作。从处理器有数据需求传输时，会发生1个低电平的呼叫信号，预备发动1次通讯进程。主操控器呼应后，会拉低SS引脚，并在SPIMOSI引脚上输出1个字节无效数据，然后在SP%&&&&&%LK线上发生时钟脉冲，将1个字节数据经过SPIMISO引脚送入主操控器[4，7]。数据传输流程如图8所示。
无线传感器网络是一项新式的信息技能，传感器节点和网络结构的规划对无线传感器网络有着至关重要的效果。本文提出的依据ZigBee无线传感器网络的指控配备状况监控体系，用较为先进的ZigBee无线通讯技能替代了传统的有线通讯。它选用ZigBee分簇式拓扑结构完结对指控体系中各指控配备状况信息的实时搜集、处理和剖析，大大进步了体系的可扩展性和移动性，达到了低功耗、自组网，监控灵敏便利的技能要求，具有较为重要的运用价值。
