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2023-08-29
无线传感器网络在BACnet标准与楼宇自控系统技术中的应用
【摘要】：无线传感器网络是一种具有低速率、低功耗、短距离的无线网络。无线传感器网络由一组微型传感器通过Ad Hoc方式组成，网络中的传感器可以协作地感知、采集和处理被监控区域的感知对象的信息及数据，发布给使用一定形式终端设备的用户。无线传感器网络的感知对象具体地表现为被监控对象的物理量信息，如温度、湿度、速度和有害气体的含量等。它依据IEEE 802.15.4标准，在很多个无线传感器之间相互协调实现通信。
无线传感器网络是一种具有低速率、低功耗、短距离的无线网络。越来越多的BAS中引入了无线传感器网络技术。由于无线传感器网络是物联网的核心技术，无线传感器网络融入BAS，可以提高BAS的性能，可以实现各种传感器以及执行器在各种类型和用途的建筑物内高密度有效分布，实施精细的监测和控制。
1.无线传感器网络
无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是由多个节点组成的面向任务的无线自组织网络。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，通过各类微型传感器对目标信息进行实时监测，由嵌入式计算模块对信息进行处理，并通过无线通信网络或其他形式的传输网络将信息传送至远端监控中心。
无线传感器网络由4个基本部分组成：无线传感器节点、网关节点（sink节点）、传输网络和远程监控中心，其组成结构如图13-3所示。
无线传感器网络的微型传感器具有感知、计算和通信能力。无线传感器网络由一组微型传感器通过Ad Hoc方式组成，网络中的传感器可以协作地感知、采集和处理被监控区域的感知对象的信息及数据，发布给使用一定形式终端设备的用户。无线传感器网络属于Ad Hoc网络，“Ad Hoc”在拉丁语中的意思是“专用的、特定的”，Ad Hoc网络通常也被称为“无固定设施的网络”或“自组织网络”，Ad Hoc网络能够快速、灵活和方便地自动组网。
图13-3 无线传感器网络的基本组成结构
无线传感器节点分布在需要监测的区域，监测特定的信息、物理参量等；网关节点将监测现场中的许多传感器节点获得的被监测量数据收集汇聚后，通过传输网络传送到远端的监控中心。
传输网络为传感器之间、传感器与监控中心之间提供通畅的通信，用于在传感器与监控终端之间建立通信路径。
无线传感器网络中的部分节点可以移动，甚至网络中的全部节点都可以移动，但网络节点发生较大范围内的移动，势必会使网络拓扑结构也会随着节点的移动而不断地动态变化。节点间以Ad Hoc的自组网方式进行通信，网络中每个节点都可以充当路由器的作用：本身能够对现场环境进行特定物理量的监测，还能够接收从其他方向传感器送来的监测信息数据并通过一定的路由选择算法和规则将信息数据转发给下一个接力节点。网络中每个节点还具备动态搜索、定位和恢复连接的能力。
微型传感器主要由感知单元、传输单元、存储单元和电源组成，完成对感知对象的信息采集、存储和简单的计算后，通过传输网络传送给远端的监控中心。
用户和接收终端可以主动地查询或收集无线传感器网络的感知信息，也可以被动地接收无线传感器网络发布的信息，并对感知信息进行观察、分析、挖掘、制定决策或对感知对象采取相应的行动。
无线传感器网络的感知对象具体地表现为被监控对象的物理量信息，如温度、湿度、速度和有害气体的含量等。
“ZigBee”一词由“Zig”和“Bee”两部分组成，“Zig”取自英文单词“zigzag”，词义是：“之字形的线条、道路”，“Bee”在英文中是蜜蜂，所以“ZigBee”的合成意义是沿着“之”字形路线起舞的蜜蜂。“ZigBee”较形象地描述了无线传感器网络中的传感器节点在传送数据时依循的路径形同蜜蜂起舞，实际上，“ZigBee”与蓝牙类似，是一种新兴的短距离无线通信技术。
2.ZigBee网络与IEEE 802.15.4标准
因为蓝牙技术的出现，价格低廉、短距离低传输速率、低功耗的无线网络就出现在社会生活当中了。蓝牙的出现，曾让工业控制、家用自动控制和很多领域的制造商欢欣不已，但由于蓝牙芯片的售价一直居高不下，严重影响了这些厂商的使用意愿。后来许多制造商都参加了IEEE802.15.4小组，负责制定ZigBee的物理层和媒体接入控制层的通信协议及规范。IEEE 802.15.4规范是一种经济、高效、低数据传输速率（＜250kbit／s）、工作在2.4GHz和868MHz／915MHz上的无线技术，用于个人区域网和对等网状网络。它是ZigBee应用层和网络层协议的基础。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，主要用于近距离无线连接。它依据IEEE 802.15.4标准，在很多个无线传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线传递数据的方式将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率很高。
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