ZigBee和GPRS环保在线监测系统的设计与实现(5)
8) 通信费用低
可以采用包月计费方式 ， 运营成本低 。 GPRS 资费包月比有线电话网络资费还便宜 。
环保数据采集业务没有大数据量的信息传输 ， 不必要采用资费很高的专线 (DDN 、 帧中
继 ) 。 GPRS 还可根据通信的数据量和提供的服务质量迸行计费 。 在 GPRS 网中 ， 用户只需与网络建立一次连接 ， 就可长时间的保持这种连接 ， 并只在传输数据时才占用信道
并被计费 ， 保持时不占用信道不计费 。 这样 ， 监测点既不用频繁建立连接 ， 也不必支
付传输间隙时的费用。
表 2 - 1 对几种主要无线通信技术的比较
ZigBee Wi-Fi Bluetooth GPRS/GSM
标准 802.15.4 802.11b 802.15.1 1XRTT/CDMA
系统资源需求 4KB-32KB 1MB+ 250KB+ 16MB+
电池寿命（天） 100-1000+ 0.5-5 1-7 1-7
网络节点数 255/65KB 30 7 1000
带宽 (Kbps) 20-250 11000+ 720 64-128+
通信距离 ( m) 1-100+ 1-100 1-10+ 1000+
主要优点 高可靠性，低功耗，
低成本 、安全
高速率， 适
应性强
低成本，易操作 高覆盖， 传输质
量好
表 2 - 1 是对以上几种主要无线通信技术的比较总结。根据环保在线监测系统的
设计需要 ， 本文选择结合 ZigBee 和 GPRS 无线通信技术 ， 两者优势互补 。 一方面利 用
ZigBee 技术构建的无线传感器网络具有功耗低 、 低成本 、 网络容量大等特点 ， 解决了
监测现场布线困难 、 成本高和监测盲区等问题 ， 提高了网络的扩展性 ； 另一方面利 用
GPRS 远距离传输能力 ， 能够实时接收监测区域的数据 ， 并将监测到的数据和报警信息
实时传送到监测中心，有利于对事故的及时发现和处理。
2.2 2.2 2.2 2.2 ZigBee ZigBee ZigBee ZigBee 无线网络技术 无线网络技术 无线网络技术 无线网络技术
2.2.1 概述
ZigBee 是最近提出的一种近距离 、 低复杂度 、 低功耗 、 低速率 、 低成本的双向无
线通信技术，主要适用于自动控制和远程控制领域。
2.2.2 ZigBee 网络中设备的分类
(1) 全功能设备（ Full-Function Device ， FFD ）
在 ZigBee 网络中 ， FFD 是具有转发和路由能力的节点 。 FFD 担任网络协调者形成
网络 ， 能让其他的 FFD 或者是精简功能装置 （ RFD ） 连接起来 。 FFD 具备控制器的功能 ，
可以提供信息的双向传输 。 如果 FFD 的信息传输路由失效或者是脱离了网络 ， 则邻近
的 FFD 节点就会快速的承担起将数据传输至目的地的过程。 FFD 在空闲时可以充当路由器，同时也可以做终端设备用。
(2) 精简功能设备（ Reduced-Function Device ， RFD ）
RFD 的电路较为简单，并且存储容量较小。只能从 FFD 接受信息或是传送信息 给
FFD ，在网络中通常用作终端设备，不能起到转发器 / 路由的作用。它的存在降低 了
ZigBee 部件的成本。
每个独立的网络都有一个唯一的网络标识符（ Personal Area Network ID ， PA N
标识符 ） 。 利用 PAN 标识符采用 16 位的短地址码进行网络间的通信 ， 并可激活网络设
备之间的通信。每个网络都有一个唯一的协调器，它相当于有线局域网中的服务器 ，
具有对本网络的管理能力 [ 12 ]
。 通常协调器负责启动整个网络 ， 同时它也是网络的第一个节点。
协调器也可以用来协助建立网络中安全层和应用层的绑定 。 一旦其完成网络的启
动和配置等相关工作 ， 协调器的工作就像一个路由器 。 一个信号由网络的终端节点 RF D
产生，途径 FFD ，最终到达协调器。
2.2.3 ZigBee 构架
ZigBee 的协议栈结构如 图 2 - 1 所示 。 IEEE802.15.4 制定了物理层 、 MAC 层和数
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