關鍵詞：Zigbee、無線網絡、GPRS/CDMA

 一、應用需求

      在人類生存環境日益惡化的今天，建立完整的環境監測系統是非常必要的，我國繼續把環境保護放在突出的戰略位置。致力于重點流域的水污染防治工程及城鎮污水和垃圾處理。環保儀器儀表主要用在環境質量監測和污染源監測等方面環保主要是解決我國水環境、大氣環境兩個戰略性和全局性的大環境生態污染問題。

具體說來，環保儀器儀表的主要需求如下：

(1)環境質量監測：目前全國環保系統及各部門、行業、企業已建監測站4000多個，國家環保局計劃在全國裝備400多個國家網絡監測站；350多個環境信息中心；100個城市空氣地面自動監測系統。

(2)污染源監測：國家要對全國1.8萬個重點污染企業實施主要污染物排放總量控制和消減，以改善環境質量，因此要求1.8萬個污染大戶要逐步安裝在線連續自動監控系統。

3)遙感遙測儀器儀表：包括對荒漠、草原、森林、海洋、農業生態環境進行監測，也需要對大氣污染、水域污染(如海洋赤潮、溢油污染)及污染源進行遙感遙測。

二、行業現狀

      當前我國生產的環境監測儀器儀表大多是中低檔產品，產品功能單一，故障率高，附加值低，在品種和數量上也遠遠不能滿足實際需求。

有關專家認為我國環境監測儀器的發展趨勢有以下幾點：

1、向三化即自動化、智能化和網絡化方向發展；

2、由勞動密集型向技術密集型方向發展；

3、由較窄領域監測向全方位領域監測的方向發展；

4、由單純的地面環境監測向遙感環境監測相結合的方向發展。

      處理分布在各處的環境檢測點的數據傳輸問題一直是建立環境監測系統的難點，如果沒有將分布在各處的環境檢測點的數據進行實時的在線的管理則會給管理部門帶來很多的問題。無法實施實時的管理及24小時監控和監管。本系統就是在現有的儀器設備的基礎上采用ZIGBEE無線技術實現實時的管理及24小時監控和監管。隨著我國對于環境監測越來越重視，在原有的單點環境監測的基礎上，各地的環境監測站紛紛建立了一些無人值守的檢測點，以監測更廣更實時的監測環境質量需要我們有更好方法將各個不同地方的測量設備的信息進行上傳共享處理。這里我們技術一種給予ZIGBEE 技術的無線技術來解決這樣的應用。

 三、Zigbee技術簡介

      zigbee是一種無線連接技術的商業化命名，該無線連接技術主要解決低成本、低功耗、低復雜度、低傳輸速率、近距離的設備聯網應用。

       國際上，IEEE802.15.4工作組及zigbee聯盟共同致力于該無線連接技術的推廣工作，其中，IEEE802.15.4工作組主要負責制定zigbee物理層及MAC層的協議，其余協議主要參照和采用現有標準，以便于今后不同廠商設備的互聯互通； zigbee聯盟則負責高層應用及市場推廣工作。而于2002年成立的zigbee聯盟如今已經吸引了上百家芯片公司、無線設備公司的加入。目前，Freescale、TI等國際巨頭都已推出了比較成熟的zigbee開發平臺。

      ZigBee標準基于802.15.4協議棧而建立，具備了強大的設備聯網功能，它支持三種主要的自組織無線網絡類型，即星型結構、網狀結構(Mesh)和簇狀結構(Cluster tree)，特別是網狀結構，具有很強的網絡健壯性和系統可靠性。

圖一  ZIGBEE星型網絡結構

星型網絡結構特點

  支持點對點、點對多點通信

  中心節點為ZIGBEE協調器，終端節點為ZIGBEE終端設備

  所有數據經過中心節點

  適合圓形分散、距離較近的設備聯網

圖二  ZIGBEE網狀網絡結構

MESH網狀網絡結構特點

  系統采用多跳式路由通信

  網絡容量很大

  可以跨越很大的物理空間，適合距離較遠比較分散的結構

     MESH網狀網絡拓撲結構的網絡具有強大的功能，網絡的所有實體只有要通信范圍之內，都可以互相通信，如果沒有直接通路，還可以通過“多級跳”的方式來通信；該拓撲結構還可以組成極為復雜的網絡；除此之外，網絡還具備自組織、自愈功能。

Zigbee技術特點

設備省電

    zigbee技術采用了多種節電的工作模式，可以確保兩節五號電池支持長達6個月到2年左右的使用時間；

通信可靠

      zigbee采用了CSMA－CA的碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙，避免了發送數據時的競爭和沖突；MAC層采用了完全確認的數據傳輸機制，每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息；

網絡的自組織、自愈能力強

      zigbee的自組織功能：無需人工干預，網絡節點能夠感知其他節點的存在，并確定連接關系，組成結構化的網絡；

      zigbee自愈功能：增加或者刪除一個節點，節點位置發生變動，節點發生故障等等，網絡都能夠自我修復，并對網絡拓撲結構進行相應地調整，無需人工干預，保證整個系統仍然能正常工作。

具備自組織、自愈能力的無線通信網絡才是自動抄表系統最理想的通信方式。

成本低廉

設備的復雜程度低，且Zigbee協議是免專利費的，這些可以有效地降低設備成本；

 Zigbee的工作頻段靈活，為免執照頻段的2.4GHz，就是沒有使用費的無線通信。

網絡容量大

     一個ZigBee網絡可以容納最多254個從設備和一個主設備，一個區域內可以同時存在200多個ZigBee網絡；

數據安全

       ZigBee提供了數據完整性檢查和鑒權功能，加密算法采用AES-128，同時各個應用可以靈活確定其安全屬性。

五、基于ZigBee技術的無線環保檢測系統的方案

      通過前面對環保檢測系統的技術要求分析，結合zigbee技術特點和技術優勢，采用zigbee技術來實現無線環保檢測系統是一個非常理想的解決方案：

系統組成：

一套完整的環境監測系統由各種環境監測的傳感器的設備和通信網絡組成：

環境監測傳