近年來
，隨著網絡和通信技術的發展

，人們對無線通信的要求越來越高，短程、低速、廉價的“ZigBee”無線網絡技術正逐漸成為關注的焦點。ZigBee技術是一種近距離
、低複雜度、低功耗、低數據速率、低di成cheng本ben的de雙shuang向xiang無wu線xian通tong信xin技ji術shu或huo無wu線xian網wang絡luo技ji術shu，主zhu要yao適shi合he於yu承cheng載zai數shu據ju流liu量liang較jiao小xiao的de業ye務wu，可ke嵌qian入ru各ge種zhong設she備bei中zhong，同tong時shi支zhi持chi地di理li定ding位wei功gong能neng。相xiang對dui於yu現xian有you的de各ge種zhong無wu線xian通tong信xin技ji術shu，ZigBee技術是最低功耗和成本的技術,也是目前嵌入式應用的一大熱點。

　　muqian，guoneidemeitanshengchananquanshigubuduanfasheng，tebieshiwasibaozhashigujielianfasheng，geirenminshengmingcaichandailailejudasunshi。mianduixianshiqingkuang，buduanjiaqiangzaihaiyufang
、事故救助等措施將事故帶來的損失降至最低


，已經成為當務之急。因此，實現井下人員的定位和各種安全生產要素以及井下環境（如瓦斯、溫度
、濕度等環境指標）的無人自動采集尤為重要。由於礦山井下環境複雜，對功耗、抗幹擾性等方麵有較嚴格的要求，因此可以選擇ZigBee技術的無線通訊網絡來實現井下環境監測和人員定位。正偉就這一行業寫出了相應的應用方案。

　　2. ZigBee技術

　　ZigBee是基於IEEE 802. 15. 4的無線通信協議,它是一種短距離、低功耗協議,專用於小型設備如溫度調節裝置
、照明控製器、鎮流器、環境檢測傳感器與醫療設備等。一個基於ZigBee 的無線個域網(WPAN)能持高達254個節點,外加一個全功能器件,即實現雙向通訊。

　　ZigBee技術的較低數據速率以及較小通信範圍的特點決定ZigBee技術適於承載數據量較小的業務。

　　2．1 ZigBee 聯盟

　　ZigBee 技術的物理層和鏈路層主要采用IEE802.15.4標準，而網絡層
、安全協議、應用文檔以及市場推廣由ZigBee 聯盟[3]負責。ZigBee 聯盟成立立於2002年8月, 由英國Invensys公司、日本三菱電氣公司
、美國摩托羅拉公司及荷蘭飛利浦半導體公司組成, 如今已吸引了上百家芯片公司、無線設備公司和開發商的加入。

　　2．2 ZigBee協議棧

　　ZigBee 協議棧[4]采用分層結構, 包括: 物理層(PHY Layer)、媒體接入控製層(MAC Layer)、網絡層和應用層。如圖1所示：

　　網絡層以上協議由ZigBee聯盟製定, IEEE組織負責定製PHY 層和MAC 層標準。應用層包括應用對象終端設備和應用接口層, 且最多隻能包含31 個應用對象。應用接口層將主要負責把不同的應用映射到ZigBee 網絡層上, 其中包括: 安全與鑒權、多個業務數據流的會聚
、設備發現及業務發現。網絡層主要考慮采用基於ad2hoc 技術的網絡協議, 包含以下功能: 通用的網絡層功能, 拓撲結構的搭建和維護, 命名和關聯業務, 包含了尋址、路由和安全，有自組織
、自維護功能, 以最大程度減少消費者的開支和維護成本。媒體接入控製層協議包括以下功能: 設備間無線鏈路的建立

、維護和取消; 確認模式的幀傳送與接收; 信道接入控製; 幀校驗; 預留時隙管理; 廣播信息管理。

　　2．3 ZigBee 技術的特點

　　ZigBee 技術的具有以下特點[5]：

　　① 低功耗:由於ZigBee 的傳輸速率低,發射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee設備非常省電。據估算,ZigBee 設備僅靠兩節5 號電池就可以維持長達6 個月到2 年左右的使用時間,其功耗遠遠小於其它無線設備。

　　② 成本低: ZigBee 模塊的初始成本在6 美元左右,估計很快就能降到115～215 美元,並且ZigBee 協議是免專利費的。低成本對於ZigBee 也是一個關鍵的因素。

　　③ 時延短:通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短,典型的搜索設備時延為30ms ,休眠激活的時延是15ms ,活動設備信道接入的時延為15ms。因此ZigBee 技術適用於對時延要求苛刻的無線控製(如工業控製場合等) 應用。

　　④ 網絡容量大:一個星型結構的ZigBee 網絡最多可以容納254 個從設備和一個主設備,而且網絡組成靈活。

　　⑤ 可靠:采取了碰撞避免策略,同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙,避開了發送數據的競爭和衝突。MAC 層采用了完全確認的數據傳輸模式,每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息。如果傳輸過程中出現問題可以進行重發。

　　⑥ 安全:ZigBee 提供了基於循環冗餘校驗(CRC)的數據包完整性檢查功能,支持鑒權和認證,采用了AES - 128 的加密算法,各個應用可以靈活確定其安全屬性。

　　正是這些全新的特點，將使ZigBee技ji術shu將jiang在zai無wu線xian數shu傳chuan
，無wu線xian傳chuan感gan器qi網wang絡luo，無wu線xian實shi時shi定ding位wei
，射she頻pin識shi別bie
，數shu字zi家jia庭ting
，安an全quan監jian視shi，無wu線xian鍵jian盤pan，無wu線xian遙yao控kong器qi，無wu線xian抄chao表biao，汽qi車che電dian子zi，ZigBee在礦山中的應用

　　利用ZigBee無線網絡技術，實現井下人員的定位和各種安全生產要素以及井下環境（如瓦斯、溫度、濕度等環境指標）dewurenzidongcaiji。conger，zaishigufashengqian，anquanshengchanjiankongzhongxin，keyisuishizhangwojingxiabutongweizhidegezhonganquanshengchandeyaosu。congercaiqujijiyouxiaodeyufangcuoshi；事shi故gu發fa生sheng後hou，可ke以yi掌zhang握wo事shi故gu發fa生sheng當dang時shi

，甚shen至zhi事shi故gu發fa生sheng後hou相xiang當dang一yi段duan時shi間jian內nei
，井jing下xia工gong作zuo人ren員yuan的de具ju體ti分fen布bu位wei置zhi，不bu同tong位wei置zhi的de瓦wa斯si濃nong度du等deng情qing況kuang
，從cong而er製zhi定ding及ji時shi有you效xiao的de搶qiang救jiu措cuo施shi，並bing實shi施shi有you效xiao的de現xian場chang搶qiang救jiu指zhi揮hui。

　　3．1 建立定位網絡

　　根據現場實際需要，沿坑道每隔一定距離（50 - 500米）在坑道頂部設置一個ZigBee網絡模塊（可采用電池驅動或使用其他電源），同時在其他需要定位和網絡連接的地方，也安置一個ZigBee網絡模塊；weilebimianjingxiahuanjingduiwuxianxinhaodeganrao，suoyouwuxianwangluomokuaishiyongdedoushikangganraodezhixukuopintongxinfangshi，erqie，meigemokuaidouyoujieshouxinhaoqiangruozhishigongneng（RSSI）。

　　所安置的網絡模塊將自動組成一個ZigBee通信網絡[6]
，在布置網絡模塊的位置時，注意應使每個模塊至少可與兩個以上的模塊進行通信，即避免單線聯係以保證ZigBee 網絡通信的可靠性。這個通信網絡實際就是一個定位網絡，每一個網絡節點就是一個定位點，不同的是
，ZigBee網絡節點體積要小得多
，耗電也小，而且網絡節點之間的通信，不需要使用光纖或通信電纜連接。

　　3．2 建立移動目標的無線身份碼

　　每一個需要定位的移動目標（例如礦工），都需要隨身攜帶一個無線身份卡，或固定在安全帽上的一個紐扣電池驅動的全封閉的模塊約（50 x 40 x 8 mm）大小，每個模塊的發射功率小於1mW.

　　為了增加電池使用壽命
，無線身份模塊每隔10 – 30 秒發射一個身份碼信號。為了避免井下環境對無線信號的幹擾

，所有無線身份卡模塊使用的都是抗幹擾的直序擴頻通信方式；該無線身份模塊與瓦斯探測傳感器等相連，當出現瓦斯超標時，該無線模塊可以立即通過ZigBee網絡,將報警信號傳往監控中心
，必要時，將同時啟動其它聯動的應急設備
；

　　3．3 移動目標位置的確定

　　dangyidongmubiaozaibutongdeweizhifasheshenfenmaxinhaoshi
，ruguodingweijingduyaoqiubugao
，kengdaoqingkuangbijiaofuzashi，renyuanmidujiaogaoshi，zejiangrenheyigejieshoudaogaiyidongmubiaoshenfenmaxinxidewangluojiedianweizhi，dangzuoyidongmubiaoweizhi，zhezhongfangfawangwangxuyaojiaoxiaodewangluojiedianjianju（例如50米），和較小的無線身份模塊的發射功率。

　　當定位精度要求較高，坑道環境相對簡單時，則可使用兩點信號強度定位法；即(ji)當(dang)移(yi)動(dong)目(mu)標(biao)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)位(wei)置(zhi)發(fa)射(she)身(shen)份(fen)碼(ma)信(xin)號(hao)時(shi)，處(chu)於(yu)該(gai)移(yi)動(dong)目(mu)標(biao)兩(liang)端(duan)的(de)網(wang)絡(luo)節(jie)點(dian)
，因(yin)距(ju)該(gai)移(yi)動(dong)目(mu)標(biao)距(ju)離(li)遠(yuan)近(jin)的(de)不(bu)同(tong)，所(suo)收(shou)到(dao)的(de)信(xin)號(hao)強(qiang)度(du)也(ye)不(bu)同(tong)。 ZigBeewangluojiangbagaiyidongmubiaoshenfenma，yijizaixiangyingdelianggewangluojiedianjieshoudaogaishenfenmashidexinhaoqiangduchuanwangkongzhizhongxin，tongguojiandanjisuan，zaijiashangxianchangshicexiaozheng，henrongyiquedinggaiyidongmubiaodeweizhi。

　　在(zai)使(shi)用(yong)以(yi)上(shang)方(fang)法(fa)定(ding)位(wei)時(shi)，為(wei)了(le)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)定(ding)位(wei)的(de)準(zhun)確(que)性(xing)，還(hai)需(xu)要(yao)對(dui)網(wang)絡(luo)節(jie)點(dian)，移(yi)動(dong)目(mu)標(biao)節(jie)點(dian)收(shou)發(fa)機(ji)的(de)接(jie)收(shou)靈(ling)敏(min)度(du)，和(he)發(fa)射(she)功(gong)率(lv)進(jin)行(xing)適(shi)當(dang)的(de)調(tiao)整(zheng)。

　　4.結束語

　　ZigBee所具有的短距離
、低成本
、低功耗
、易實現、安全可靠的優點非常適合於礦山井下環境監測、renyuandingwei。zheshiyizhongshiyongyudazhongxingkuangjingdewuxianwangluo，nenggouyouxiaodelejiekuangshanjingxiayunxinghuanjingcanshu，jishitiaodushengchan，fangzhishigudefasheng
，anquanshengchan。zaidazhongkuangjinghegongchangjuyoulianghaodetuiguangyingyongqianjing。