物联网通信及应用第三章 习题
1.填空题
(1)节点的网络深度是指从节点到根节点协调器的________
(2)网络层管理实体提供管理服务是允许一个应用程序与______相互作用。
(3) ZigBee是一种开放式的基于_____协议的无线个人局域网标准。
(4) ZigBee采用了______的碰撞避免机制，以提高系统的兼容性。
(5)节点的____ 标识节点在网络拓扑图中的层次位置。
(6) ZigBee 技术的安全性高，其加密技术采用了_____算法。
(7) ZigBee 网络典型的搜索设备时延为_____ms。
(8) ZigBee 协议栈共包括4个层次，分别为_____、 ____、 ____和应用层。
(9) ZigBee 协议栈的物理层和_____由IEEE 802.15.4标准定义。
(10) ZigBee协议栈的网络层和应用层标准由______制定。
(11) ZigBee 协议栈的每个协议层都有一个______和管理实体。
(12)物理层管理实体的英文缩写为_______。
(13) IEEE 802.15.4 有两个物理层，运行在两个不同的频率范围，分别为_____ MHz和2.4GHz。
(14) ZigBee使用的三个频段共定义了____个物理信道。
(15)父节点会为第一个与它关联的路由器节点分配比自己大_____的地址。
(16)节点存储的数据结构有路由表、________和邻居节点列表。
(17) IEEE 802系列标准把数据链路层分成_______和介质接入控制子层。
(18)当协调器建立一个新的网络后，首先将自己的16bit网络地址初始化为0，网络深度初始化为____
(19)当一个路由器节点的Cskip(d)为____时，它就不再具备为子节点分配地址的能力。
(20)应用层的主要功能包括______、 在绑定的设备之间传送消息。
(21)应用层由三部分构成，分别是应用支持子层APS、 厂商定义的应用对象AF和_______
(22) ZigBee网络中的应用框架是为ZigBge设备中的应用对象提供活动的环境，最多可以定义____个相对 独立的应用程序对象。
(23)ZigBee 协议按照开放系统互联的7层模型将协议分成了一系列的层结构， 各层之问通过相应的________来提供服务。
(24) ZigBee协议为了实现层与层之间的关联，采用了称为服务______的操作。
(25) ZigBee 原语有4种类型，分别是____ 、指示原语、响应原语和确认原语。
(26) RFD通常只能用作ZigBee网络中的________设备。
(27) ZigBee 网络中包括两种无线设备:________和精简功能设备。
(28) ZigBee 网络中的每一个节点都有一个_______和一个64bit IEEE扩展地址。
(29) ZigBee网络中有三种类型的节点，分别是_____ 、 _______和ZigBee终端节点。
(30) ZigBee网络中16bit网络地址是在节点加入网络时由______动态分配，仅用于路由机制和网络中数据传输。
2.选择题
(1)下面_____不是ZigBee技术的优点。
A.近距离 B.高功耗 C.低复杂度 D.低数据速率
(2)作为ZigBee技术的物理层和媒体接入层的标准协议是_________
A. IEEE 802.15.4 B. IEEE 802.11b C. IEEE 802.11a D. IEEE 802.12
(3) ZigBee 网络典型的休眠激活的时延是_____ms。
A.30 B. 20 C.10 D.15
(4)ZigBee适应的应用场合为_________
A.个人健康监护 B. 玩具和游戏 C.家庭自动化 D. 上述全部
(5) ZigBee 无线网络技术用于________无线连接。
A.近距离 B.远距离 C.任意距离 D.中远距离
(6) 根据IEEE 802.15.4标准协议，ZigBee的工作频段分为_________三个
A.868MHz、918MHz、2.3GHz
B.848MHz、915MHz、 2.4GHz
C.868MHz、915MHz、2.4GHz
D. 868MHz、960MHz、 2.4GHz
(7) ZigBee使用了3个频段，其中2450MHz定义了______个频道。
A.1 B.10 C.16 D.20
(8)中国使用的ZigBee工作的频段是_______。
A.848MHz B.915MHz C.2.4GHz D.868/915MHz
(9)在2.4GHz的物理层的数据传输速率为_______。
A.250Kb/s B.40Kb/s C.20Kb/s D.140Kb/s
(10)家居系统中负责监控信息和采集数据的是_________节点。
A.终端 B.路由 C.协调器 D.家庭网关
(11) 在ZigBee技术的体系结构中，具有信标管理、信道接入、时隙管理、发送确认帧、
发送连接及断开连接请求的特征的是________层。
A.物理(PHY)层休 B. 网络/安全层 C. MAC层 D.应用框架层
(12) ZigBee 物理层通过射频固件和射频硬件提供一个从_______到物理层的无线信道接口。
A.网络层 B.数据链路层 C. MAC层 D.传输层
(13) 新节点加入网络后，其短地址由________分配。
A.自己获取 B.协调器节点 C.路由器节点 D.父节点
(14) request 原语是_________
A.确认原语 B.指示原语 C.响应原语 D.请求原语
(15) indication 原语是______
A.确认原语 B. 指示原语 C.响应原语 D.请求原语
(16)下列在ZigBee技术中，各英文缩写与汉语解释对应错误的是___
A. FFD-完整功能的设备 B. RFD--简化功能的设备
C. MAC--应用框架层 D. CAP- 竞争接入时期
(17) PAN标识符值为0xffff，代表的是________。
A.以广播传输方式 B.短的广播地址
C.长的广播地址 D.以上都不对
(18)ZigBee中每个协调器节点最多可连接________个节点。
A.255 B.258 C.254 D.126
(19)一个ZigBee网络最多可容纳_____个节点。
A.1024 B.258 C.65535 D.526
(20) ZigBee不支持的网络拓扑结构是________。
A.星状 B.树状 C.环型 D.网状
3.简答题
(1)与同类通信技术相比，ZigBee 技术具备哪些优势?
(2)MAC子层的主要功能有哪些?
(3) ZigBee设备对象(ZDO)作用有哪些?
(4) ZigBee协议中各层间如何实现通信和服务?
(5) ZigBee 原语有几种，工作机制是什么?
(6) FFD和RFD的区别?
(7)PAN协调器节点的作用?
(8)网络拓扑结构有几种?各有什么优缺点?
(9)说明在ZigBee网络中16位短地址的分配机制。
(10)说明AODVjr路由建立的过程。
(11) AODVjr算法和Cluster-Tree算法各有哪些优点?
(12)组建网络的ZigBee节点须满足哪两个要求?
(13)网络初始化具体步骤有哪些?
(14)说明节点通过协调器加入网络的具体流程。
(15)节点通过已有节点加入网络的具体方式有哪些?
4.综合题
(1)计算如图3-45所示各个节点的网络地址，其中， 1号节点为ZigBee协调器，与协
调器相连的其他节点为路由器和终端:假设在当前的网络结构中，每个父节点最多可以连
接4个子节点，子节点中最多可以有4个路由器节点。当前网络的最大深度为3
(2)请给出如图3-46所示的图中节点2到节点7的路由建立过程。图中ZigBee网络包含7个节点，
白色节点为RN+节点，灰色节点为RN-节点，节点0为ZigBee协调器节点。
(3)基于ZigBce技术可组建应用于企业的设备监控系统，能够监控设备的当前工作环境和运行状况。
要求设备监控节点在现场检测车间设备情况，经无线传感器网络将所有数据传输至远距离的带有协
调器节点的中央监控中心，监控中心是基于PC机的监控平台，实现系统历史记录查询等功能。请
画出系统的总体框图，并给出具体的设计方案。
(4)基于ZigBee技术可组建应用于仓库的智能仓储系统，能够对仓库中现有的货物进行管理，
准确快速地找到目标货物，并可对进出的货物进行调配及对仓库的环境进行检测，如发现异常
可以及时反映到上位机。请画出系统的总体框图，并给出具体的设计方案。
(5)基于ZigBe技术可组建无线楼层呼叫系统，能够快捷而准确地对施工起吊送料设备进行合理
的调度，提高施工升降机效率。在此楼层呼叫系统中，楼高可达数十层，每层分布一个ZigBee
节点。请画出系统的总体框图，并给出具体的设计方案。
(6)基于ZigBee技术可设计体温监测系统，能够对群体体温大规模、快速、准确地监测，及时发现
患者体温异常现象，要求在病房区布置ZigBee 无线体温监测网络，通过腕带终端实现对佩戴人员
体温的测量，体温相关数据的通信通过ZigBee无线网络来完成，请画出系统的总体框图，并给出
具体的设计方案。
(7)如图3-47所示为基于ZigBge技术的智能照明系统总体设计方案模型。系统主要包括远端用户、
数据中心、接入节点和底层无线传感器网络。底层的无线传感器网络主要用于监测室内的电池电压、
光强和温度等环境信息，最终通过接入节点转发到数据中心或者远端手机用户。请给出采用ZigBe
技术实现的底层无线传感器网络的设计方案。
(8)请基于ZigBee技术模拟设计室内环境监控系统，通过组建无线传感器网络，用于监控室内
环境中空气的温度、湿度、光照度、甲醛浓度、二氧化碳浓度等。以CC2530芯片作为无线节点
的核心，选用配套的传感器，构成无线传感器网络检测子节点。无线传感器节点定时检测该区域
内的环境参数，将数据通过ZigBee 网络上传给中央监控端，监控端对数据进行接收、处理后将其
在软件界面上显示出并进行存储、分析和响应，同时将环境参数信息与用户设定值进行对比，若某
一检测参数超过报警阈值，则驱动声光报警器进行报警，提醒室内人员进行相应处理。系统的总体
设计结构如图3-48所示。
(9）请基于Zi gBee技术模拟设计学校寝室火灾报警系统。整个报警系统可分为终端探测器、
路由器、 系统协调器、火灾控制器，其中探测器、 路由器和协调器节点之间采用ZigBee
协议通信，协调器节点和控制器之间采用串口通信。以CC2530芯片作为无线节点的核心，
选用配套的传感器，构成无线传感器网络终端探测子节点。通过温度传感器和烟雾传感器
的变化来反应火灾的发生，然后将信息传递给路由探测器，同时触发报警器报警，再由系
统协调器传递给火灾报警器，实现火灾报警联网，系统的总体设计结构如图3-49所示
(10)请基于ZigBee技术模拟设计无线温湿度测控系统，系统要求由协调器节点、终端节点和
传感器模块组成，总体结构如图3-50 所示。监测主机通过RS232接口有线连接协调器节点实
时显示每个温、湿度传感器节点的信息。协调器节点负责网络的建立和管理，终端节点与温湿
度传感器模块连接，进行数据的采集、处理和发送等工作。
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1．填空题
（1） 最短跳数
（2） 协议栈
（3） IEEE802.15.4
（4） CSMA/CA
（5） 网络深度
（6） AES-128
（7） 30
（8） 物理层 数据链路层 网络层
（9） 数据链路层
（10）ZigBee 联盟
（11） 数据实体
（12） PHD
（13） 868/915MHz
（14） 27
（15） 1
（16） 路由发现表
（17） 逻辑链路控制子层
（18） 0
（19） 0
（20） 维持绑定表
（21） ZigBee 设备对象 ZDO
（22） 240
（23） 服务访问点
（24） 原语
（25） 请求原语
（26） 终端
（27） 全功能设备
（28） 16-bit 网络地址
3
（29） ZigBee 协调器 ZigBee 路由器节点 ZigBee 终端节点
（30） 父节点
2．选择题
（1） B （2） A （3） A （4） D （5） A
（6） C （7） C （8） C （9） A （10） A
（11） B （12） C （13） D （14） D （15） B
（16） C （17） A （18） A （19） C （20） C
3．简答题
（1）ZigBee 技术的数据传输率低；网络容量大；成本低、功耗低；安全、可靠；网络速度快、时延短。
（2）通过 CSMA-CA 机制解决信道访问时的冲突；并且可实现发送信标或检测、跟踪信标；能够处理和维护保护时隙（GTS）；实现设备间链路连接的建立和断开；为设备提供安全机制。
（3）初始化应用支持子层（APS），网络层（NWK），安全服务规范（SSS）；从终端应用中集合配置信息来确定和执行发现、安全管理、网络管理、以及绑定管理。
（4）ZigBee 设备在工作时，各种不同的任务在不同的层次上执行，通过层的服务，完成所要执行的任务。每一层的服务主要完成两种功能：根据它的下层服务要求，为上层提供相应的服务；另一种是根据上层的服务要求，对它的下层提供相应的服务。各项服务通过服务原语来实现。
（5）ZigBee 原语有四种类型，分别是 request 请求原语，indication 指示原语，response响应原语，confirm 确认原语。如下原语环境设置为一个具有 I 个用户的网络中，两个对等用户及其与 J 层或子层对等协议实体建立连接的服务原语：
① 请求原语是从第 I1 用户发送到它的第 J 层，请求服务开始。
② 指示原语是从第 I1 用户的第 J 层向第 I2 用户发送，指出对于第 I2 用户有重要意义的内部 J 层的事件。该事件可能与一个遥远的服务请求有关，或者可能是由一个 J 层的内部事件引起。
③ 响应原语是从第 I2 用户向它的第 J 层发送，用来表示用户执行上一条原语调用过程的响应。
④ 确认原语是由第 J 层向第 I1 用户发送，用来传递一个或多个前面服务请求原语的执行结果。
（6）FFD 具备控制器的功能，可设置网络；FFD 可以和 FFD，RFD 通信，而 RFD 只能和 FFD 通信，RFD 之间需要通信时只能通过 FFD 转发；FFD 不仅可以发送和接收数据，还具备路由器的功能；RFD 的应用相对简单，例如在无线传感器网络中，它们只负责将采集的数据信息发送给协调器节点，并不具备数据转发、路由发现和路由维护等功能。采用极少的存储容量就可以实现 RFD，它相对于 FFD 具有较低的成本。
（7）ZigBee 协调节点在 IEEE 802.15.4 标准中也称作 PAN 协调节点，在无线传感器网络中可以作为汇聚节点。需要注意的是：ZigBee 协调节点必须是全功能设备，也即 FFD，而且在一个 ZigBee 网络中只能有一个 ZigBee 协调节点，它往往相比网络中其他节点功能更强大，是整个网络的主控节点，主要负责发起建立新的网络，设定网络参数、管理网络中的节点以及存储网络中节点信息等，网络形成后也可以执行路由器的功能。ZigBee 协调节点是三种类型 ZigBee 节点最为复杂的一种，一般由交流电源持续供电。
（8）ZigBee 网络层主要支持三种拓扑结构：分别是星状结构、网状结构和树状结构。星状网络是由一个 ZigBee 协调节点和一个或多个 ZigBee 终端节点组成的．ZigBee 协调节点位于网络的中心，负责发起建立和维护整个网络。这种拓扑形式的优点是设计和同步
4
都比较简单、容易实现。缺点是节点间的通信路径只有一条。协调器节点有可能成为整个网络的瓶颈，若协调器节点故障，可致使整个网络瘫痪。
树状网络中枝干末端的叶子节点一般为 RFD。每一个在它的覆盖范围中充当协调点的 FFD 向与它相连的节点提供同步服务，这些协调点又受 ZigBee 协调点的控制，ZigBee 协调节点具有较强的处理能力和较大的存储空问。优点：网络覆盖范围较大，可实现网络范围内多跳的信息服务，具有一定的稳定性和可扩展性。缺点：信息的传输时延会增大，而且同步也会变得比较复杂。
网状网络一般是由若干个 FFD 连接在一起组成骨干网，它们之间是完全的对等通信，每个节点都可以与它的无线通信范围内的其他节点通信，但它们中也有一个会被推荐为 ZigBee 协调点。网状拓扑具有更加灵活的信息路由规则，在可能的情况下，路由节点之间可以直接通信，通信效率高。而且一个路由路径出现了问题，信息可以自动的沿着其他的路由路径进行传输。 优点：自组织、自愈；缺点：实现复杂。
（9）规定每个父节点最多可以连接 C 个子节点，这些子节点中最多可以有 R 个路由节点，网络的最大深度为 L，Cskip（d）是网络深度为 d 的父节点为其子节点分配的地址之间的偏移量，它的值按照如下公式计算：
（10）对于一个具有路由能力的节点，当接收到一个从网络层的更高层发出的发送数据帧的请求，且路由表中没有和目的节点对应的条目时，它就会发起路由发现过程。源节点首先创建一个路由请求分组，并使用多播的方式向周围节点进行广播。
（11）AODVjr算法的优点是相对于有线网络的路由协议而言，它不需要周期性的路由信息广播，节省了一定的网络资源，并降低了网络功耗。缺点是在需要时才发起路由寻找过程，会增加数据到达目的地址的时间。由于ZigBee网络中对数据的实时性要求不大，而更重视对网络能量的节省，因此AODVjr非常适合应用在ZigBee网络中。
Cluster-Tree算法的优点在于使不具有路由功能的节点间通过与各自的父节点间的通信仍然可以发送数据分组和控制分组，但它的缺点是效率不高。为了提高效率，ZigBee中允许具有路由功能的节点使用AODVjr算法去发现路由，让具有路由功能的节点可以不按照父子关系而直接发送信息到其通信范围内的其他节点。
（12）第一个要求是初始组建网络的节点必须是全功能设备，简称FFD，也即要求该节点具备Zigbee协调器的功能；第二个要求是该节点未与其他网络连接。
（13）第一步：确定网络协调器。在一个ZigBee网络中，哪个节点作为协调器一般由上层规定，不在ZigBee协议规定的范围内。节点可以通过主动扫描的形式，发送一个信标请求命令，并且设置一个扫描期限，如果在扫描期限内都没有检测到信标，就表明在其指定区域内没有协调器，则该节点可作为网络的协调器，可以建立ZigBee网络。
第二步： 进行信道扫描。信道扫描包括能量扫描和主动扫描两个过程：能量扫描的目的是避免可能的干扰，节点通过对指定的信道或者默认的信道进行能量检测，以能量值递增的方式对信道进行排序。在主动扫描阶段，节点搜索通信半径内的网络信息，通过主动扫描方式捕获网络中广播的信标帧，寻找一个最好的、相对安静的信道，该信道应存在最少的ZigBee网络，最好是没有ZigBee设备。
第三步：设置网络ID。在找到合适的信道后，协调器将为网络选定一个网络标识符，也即网络ID，网络 ID可以通过侦听或人为指定的方式获取，但要保证这个ID在所使用的信
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道中必须是唯一的，也不能和其他ZigBee网络冲突，而且不能为广播地址0xFFFF。
（14）节点首先会主动扫描，查找周围网络的协调器，如果在扫描期限内没有检测到信标，则间隔一段时间后，可重新发起扫描。若检测到信标即表明有协调器存在，节点可向协调器发送关联请求命令，协调器收到后立即回复一个确认帧，表示已经收到节点的连接请求。当节点收到协调器的确认帧后，节点将处于等待状态，在设置的等待响应时间内等待协调器对其加入请求命令的处理。 如果协调器在响应时间内同意节点加入，协调器会给节点分配一个16位的短地址，并产生包含新地址和连接成功状态的连接响应命令，并存储这个命令。当响应时间过后，节点发送数据请求命令给协调器，协调器收到后立即回复一个确认帧，然后将存储的关联响应命令发给节点。节点收到关联响应命令后，再立即向协调器回复一个确认帧，以确认接收到连接响应命令，表明入网成功。
（15）当靠近协调器的全功能节点和协调器关联成功后，处于这个网络范围内的其他节点就可以以该全功能节点作为父节点加入网络，具体加入网络有两种方式。一种是通过关联方式，由待加入的节点发起加入网络；另一种是直接方式，指定将待加入的节点加入到某个节点下，作为该节点的子节点。
4．综合题
（1）首先，计算偏移量。根据偏移量 Cskip 的计算公式，计算出不同网络深度的父节点为其子节点分配的地址之间的偏移量，具体结果见下表。
地址偏移量的计算结果
已知条件 网络深度（d） 偏移量（Cskip）
C = 4 0 21
1 5
R = 4
2 1
L = 3
3 0
然后，计算各个节点的网络地址，具体结果见下表。
节点的网络地址
节点编号 网络深度（d） 偏移量（Cskip） 地址（Addr）
1 0 21 0
2 1 5 1
3 1 5 22
4 1 5 43
5 1 5 64
6 2 1 70
7 2 1 23
8 2 1 44
9 2 1 65
（2）因为节点 2 是一个 RN+节点，所以它将发起路由建立过程。首先节点 2 创建 RREQ 并向周围节点广播此分组，节点 0、l、3 收到 RREQ 后建立到节点 2 的反向路由，并继续广
播 RREQ。节点 3 发现 RREQ 的目的节点是它的一个子节点，它便代替此目的节点沿着刚刚建立的反向路径向 RREQ 的源节点（节点 2）回复一个 RREP，收到 RREP 的节点建立到目的节点（节点 7）的正向路由。RREP 到达源节点 2 后，路由建立过程结束，数据分组沿着刚刚发现的路径 2-3-7 传输。
（3）设计方案
① 组网方式：系统设计采用网状网络结构实现设备监控。系统基于 ZigBee2007 无线协
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议通信, 采用 TI 公司的 CC2530/31 芯片传输无线数据。各设备监控节点及中心协调器节点组成一个分布式无线传感器网络。设备监控节点在现场检测车间设备情况, 经无线传感器网络将所有数据传输至远距离的带有协调器节点的中央监控中心。监控中心是基于 PC 机的监控平台，实现友好的人机界面、系统历史记录查询等功能。
② 系统监控中心：系统信息管理平台以 PC 机作为硬件平台，系统监控软件不仅需对无线传感网络的数据进行接收和分析处理，还需针对系统的特殊应用领域进行功能的专门定制，因此需融合程序设计、数据库设计、硬件接口设计、动画设计等多项计算机技术。该平台通过 RS232 串口与 ZigBee 无线传感网络协调器连接来接收、处理、存储、显示各设备监控节点的采集数据或向其发送配置和命令信息。系统允许用户远程管理和维护各设备监控节点，并提供相应的查询和操作界面，如查询某个节点的实时数据或历史数据、设置采集周期等。
③ 监控节点：通过合适的方式（如串口等）安放在设备端上的 Zig Bee 节点即设备监控节点，节点上的传感器可采集设备的温度、工作环境和运行状态信息，并将所收集的设备监控信息发送给系统监控中心，或接收系统监控中心的控制命令并执行相应的动作，如操作设备端的一些状态指示和开关量。设备监控节点包括监控、数据采集、数据传输和电源管理四个个模块。
系统的总体框图如下：
（4）设计方案
在仓库的出入口处，任何货物进入仓库之前，需要在不同的货物区上面安置一个终端设备，该终端设备会向仓库入口处的路由器申请加入网络，当终端设备加入无线网络后，终端设备就会将采集到的信息经过路由器发送给网络协调器，网络协调器接收到由终端设备发送来的货物信息后，会将信息发送给上位机系统，上位机系统接到信息后，会将货物信息显示给系统管理人员，因此，管理人员可以对货物出库入库进行实时的掌控与管理。在仓库的各库区的不同的货物区都安装相应的终端设备，不同货区的终端设备会采集相应货区货物的相关信息，然后经路由器将信息传递给网络协调器，网络协调器接收到信息后将信息发送给上位机系统，上位机系统接收到信息后对系统进行管理，并将库区的货物情况显示给系统管理人员，从而使得管理人员对仓库进行实时的管理与监控。
系统的总体框图如下：
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（5）设计方案
ZigBee作为一种低功耗、低数据速率（2.4GHz下最高为250Kb/S）、 低成本的无线技术，采用网络通信模式，具备先进的路由器协仪功能，断线自动重新搜索路由路径，通信可靠，抗干扰能力很强，通过路由器可大范围延长通信距离，在复杂的工业环境中更有应用之处。在此楼层呼叫系统中，楼高达数十层（30层左右），每层分布一个ZigBee节点，节点类型有三种：协调器、路由器、终端节点。系统以CC2530无线单片机作为ZigBee协议的载体，协调器首先对协议栈和硬件初始化，然后进行能量扫描，以某一信道建立网络，完成组网后其相当于路由器；路由器具有信息路由功能，终端节点不具路由功能，只能与具有路由功能的协调器或路由器父设备发送数据。协调器和路由器须使用外接电源供电，终端节点进入网络后直接进入睡眠状态，功耗极低，可用电池供电并维持很多时间。当某楼层有人需使用升降机时，按下呼叫按扭，则呼叫信息直接或通过路由间接传送至安装了移动路由节点的升降机上，从而响应楼层的呼叫要求。
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（6）设计方案
无线体温监测系统利用给被测人员佩戴的终端采集节点即腕带终端来测量体温数据。无线体温监测系统由协调器数据汇聚上传及指令发送节点、路由数据中继和转发节点、终端采集节点组成。系统以病房楼为监测单位，在每栋病房楼内布置基于ZigBee技术的无线体温监测网络，临床患者使用移动体温终端节点测量体温，体温数据通过ZigBee网络进行指令和数据的传输和汇聚，最终通过协调器的串口接入每栋楼护士站的计算机，体温数据将显示在接入的计算机上，便于护理人员观察、分析、处理体温数据。同时，设置体温阈值，如果体温终端节点佩戴者的体温高于或低于体温阈值时，发出报警信号，便于病情的及时发现。
系统的结构图如下：
（7）设计方案
底层的WSN主要用于监测室内的电池电压、光强和温度等环境信息，最终通过接入节点转发到数据中心或者远端手机用户，整个网络所具备的完整功能如下：
① 接入节点可以根据实际的外界环境的光线强弱，来自适应调整照明的亮度；
② 这里可以根据周期性的更新整个网络的拓扑信息，实际上接入节点可以周期性的发送网络地址和物理地址；
③ 及时的响应数据中心或者远端用户的信息查询命令，另外可以使用并且控制网络拓扑更新命令或开/关灯控制命令。
接入节点：WSN用于电压、光、温度之间的收集，最后通过GPRS实施定位，通过相应的通信网络发送到手机和PC上；接入点能够根据实际情况实施信息数据的查询和开关的控制，从而使得其产生新的命令，最后由此来传输到WSN的节点上。
数据中心与远端用户：数据中心的主要功能是用于WSN的显示，同时进行即时的显示和信息的查询，进而可以实施整个过程的及时统计和查询。另外，针对那些远端用户，这又可以进行WSN信息的发送和实时查询，最终接收WSN进行反馈。
（8）系统的硬件设计
系统中硬件部分的设计主要包括无线传感器和ZigBee网络协调器节点。无线传感器节点的硬件构成如图所示，包含电源模块、微控制器模块、传感器模块和无线发送模块。传感器节点采用电池供电，为减少节点电流损耗，设计时无线传感器节点采用周期工作的方式，节点模块空闲时进入休眠状态，CC2530在休眠模式下电流消耗小于1μA，在需要采集和上传数据时采用定时唤醒方式。稳压芯片也选用 HOLTEK 公司生产的静态电流比较小的HT7333芯片。网络协调器包括电源模块、微控制器模块、无线接收模块、串口电平变化模
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块。由于网络协调器需长时间工作，供电方式采用PC机的USB供电。
系统的软件设计：环境监控系统软件的设计主要包括上、下位机两部分。上位机软件是指运行在中央监控端平板计算机上的系统监控软件即客户端软件，下位机软件包括 ZigBee 网络协调节点和无线传感器节点软件的设计。
无线传感器节点结构图 ZigBee 网络协调器节点结构图
（9）设计思路
使用 ZigBee 技术来实现火灾报警，只要在各宿舍布置带有温度感应的 ZigBee 节点，并且各个节点通过无线方式连接路由探测器，就能大面积覆盖宿舍楼层，保证实时监控与预警。由于信息传递距离的限制，采用多级树状拓扑结构布局路由器。对于 ZigBee 芯片采用 TI 公司的 CC2530 芯片，它能以比较低的成本建立强大的网络节点，芯片本身有多种运行模式，特别适应低功耗要求的报警系统。节点硬件设备的核心部件为 CC2530、天线和电源、探测器、路由器，CC2530 由电源模块供电，协调器与火灾控制器使用串口 RS-232 进行通信。
（10）设计思路
采用 ZigBee 技术实现温度数据采集系统，主要包括节点的硬件设计和软件编程工作。
节点采用模块化的设计思想，主要包括微处理器模块、无线射频模块、数据采集模块和电源模块。采用 MSP430F1611 作为终端节点和协调器的主控芯片，CC2530 作为无线收发芯片,主控芯片和 CC2530 通过 SPI 总线进行数据通信和命令发送。温度传感器采用高精度的数字式温度传感器 DS18B20。软件程序主要是在 Z-STACK 协议栈的基础上进行的程序设计,包括数据采集程序、组网程序、无线通信程序和串口通信程序。
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