第一章 绪论
1.1 研究工作的背景与意义
本项研究内容来源于 2016 年泸州市科技局立项项目课题《基于无线定位技术的连续远程移动视频监控系统的研发与应用》，作者本人参与该项目，并主要负责ZigBee 网络传输部分研究与设计。
Zigbee 组网技术是一种低成本、短距离、低速率、自组网方式的无线网络传输技术，对其进行开发的目的是为设计出一种低成本、低功耗的小范围区域无线视频监控辅助数据传输方式，在此基础上通过软件协议栈开发设计出易于部署的、不依赖于现有视频监控有线网络和无需有线供电的无线传输网络。
基于物联网技术的视频监控正在改变一些应用传统的方案，最明显的变化就是实用、方便、易整合无线物联网技术的应用，给传统的视频、视频监控数据传输方式带来了新的商机，通过物联网无线技术将家中的各种电器以无线方式非常方便地实现互联，形成一个完整的智能控制系统，从而可以实现无缝感知和全面控制管理。使得之前需要高昂的连接成本的应用在今天变得轻松、方便并且非常有趣。相比基于物联网传输技术的视频监控系统，传统的视频监控方案受限于传输线缆、供电等问题，导致传统的视频监控传输网络不易扩展，灵活性低，兼容性差，升级成本昂贵，维护成本高等缺陷。
随着 Internet 的普及，各种互联网应用的推广，让信息在世界上无处不可达，逐渐改变了人与人之间的沟通和交流方式，而物联网的出现再次对互联网应用进行了拓展，基于物联网技术的无线传感器网络可以将物理世界的所有事物通过传感器网络连接成一个完善的信息系统，为人类与世界的交互方式带来革命性的改变。人们可以通过普遍存在的传感器网络和无处不在的传感设备直接感知客观世界的状态和变化，从而最大化地扩展现有互联网的功能和人类感知世界万物的能力。
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1.2 国内外的研究现状
1.2.1 无线传感网络应用现状
军用领域：以无线传感网络应用项目有遥控战场传感器系统（ Remote Battlefield Sensor System）为代表，各国都在开发与战场监测相关的物联网感知系统，用以战场目标精确定位、武器自动控制等方面。Sensor IT 项目通过探索将无线传感技术应用于军事领域的战场监测，实现包括弹道查询、目标定位等功能的“超视距”战场监测。
民用领域：美日等国家利用无线传感技术展开了包括智能家居、智能医疗等多种领域进行应用：英特尔与加利福尼亚州大学伯克利分校合作针对微尘技术进行研究，并在 2002 年实现了将无线传感网络技术应用到大鸭岛海燕生活习性监测项目中[2]。
2004 年 11 月，日立制作所和 YRP 泛在网络化研究所研制出了集成搭载了包含温度、亮度、红外线、加速度等各种功能的传感器，并且可以使用安装电池供电。
2004 年 9 月 29 日三菱电机宣布支持 ZigBee 近距离无线传输技术的无线传感器试制成功。同时在旧金山，科学家为了实时监测大桥从一端到另一端的摆动幅度，从而及时发现大桥隐患，设计并实现了将 200 多个 Mica2 节点部署在金门大桥组成无线传感网络。
国内现状：因为国家对物联网技术非常重视，我国的无线传感网络及其应用研究启动几乎与国外同步，而且发展速度有赶超国外的趋势。最早在 2001 年，以中国科学院上海微系统联合声学所为代表的十多个校所开始开展无线传感网络相关研究工作，并很快在传输技术、应用系统研究、各种功能传感器等多个领域取得了研究成果。
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第二章 Zigbee 协议栈结构和原理
2.1 Zigbee 协议栈概述
Zigbee 协议栈由一组子层构成。采用与传统网络层次结构类似的结构，系统中每层为其上层提供一组特定的服务，每层由一个数据实体和一个管理实体分别提供数据传输服务和全部其他服务。服务实体通过 SAP 提供一系列的基本服务指令来完成相应的功能，为其上层提供服务接口。
Zigbee 协议栈的体系结构包括物理层、介质控制层、网络层合应用层，结构划分原理借鉴了标准的 7 层 OSI 模型；但它仅仅对那些涉及 Zigbee 相关联的层给予定义。最下面的物理层和介质接入控制层由 IEEE802.15.4 标准提出了定义。另外两层网络层和应用层由 Zigbee 联盟提供框架设计。
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2.2 总体系统设计
在 Zigbee 网络中有全功能设备和精简功能设备两种功能类型设备，根据在网络中扮演角色不同分为协调器 ZC、路由器 ZR 以及终端节点 ZE 三种节点功能类型，支持星状、树状和网状三种拓扑结构及信标（Beaeon）和非信标（Non-beaeon）两种工作模式。
2.2.1 两种功能类型设备
ZigBee 网络根据节点功能可分为全功能设备 FFD 与精简功能设备 RFD 两种。所谓全功能设备（FFD）顾名思义可以实现标准中描述的所有功能与特性；而精简功能设备（RFD）对标准定义的功能进行简化，存储器容量要求减少。从智能化的功能范围、使用需求分析，无线传感网的应用将在以下方面得到发展：
1．逐渐统一的接口协议
国内无线传感网络技术起步相对更晚，各种应用系统爆发式出现，但由于没有统一的接口规范使得兼容性较差，限制了技术的推广与应用。统一接口协议就成为必经之路。
2．互联、无线、PC 无关
物与物的互联将是未来信息技术的主题，带视频数据的设备互联更是人们对可视化通信的要求的支撑，随着 IP 技术的升级以及通信速度的提高，未来万物互联将不再遥不可及。而无线传输的特点，使得部署灵活、无需布线施工，网络的自由伸缩将是逐步扩展传感网络应用的必要特征。PC 无关的目的是用户不再依赖于 PC 对网络进行访问与管理，这将使得应用系统的搭建和使用成本更低，让无线传感网应用真正被老百姓接受。
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第三章 CC2430 功能模块的设计与数据应用实现 .......................... 29
3.1 总体系统设计 ............................................. 29
3.1.1 系统结构设计 ................................... 29
3.1.2 功能概述 ............................ 29
第四章 全文总结与展望 .......................... 71
第三章 CC2430 功能模块的设计与数据应用实现
3.1 总体系统设计
3.1.1 系统结构设计
系统分为前端监控模块与后台监控管理中心模块两个部分构成。如图 3-1 所示。
图 3-1 中可见，前端监控模块（由各类高清网络摄像机 IPCAM 实现）主要包括：视频采集单元与图像数据处理和传送单元。前者完成视频采集，后者完成对摄像机所拍摄到的视频数据的格式转换并向后端监控管理中心模块上传的功能。
后台监控管理中心主要由视频数据库服务器和视频数据调度管理器两个部分构成。其中，视频数据库服务器的主要功能是对前端监控模块上传的视频数据按照摄像机设置点位（摄像机的位置信息预先设定）分类进行存储。视频数据调度管理器的主要功能是根据综合管理平台发出的视频请求里的点位信息去选择和提供相应视频数据。
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第四章 全文总结与展望
通过对基于 IEEE802.15.4/ZigBee 协议传输方式的视频监控系统辅助应用的设计与研究，我对 IEEE802.15.4/ZigBee 网络技术的应用和特点有了深入的了解并设计出了初步的解决方案，对于监控系统中实时语音数据以及其他数据采集以及处理的研究方法也建立了基本概念，课题最终设计出采用 IEEE802.15.4 标准的的无线语音传输的技术路线，验证 ZigBee 网络技术进行语音以及其他数据传输的实际应用的可行性，为 ZigBee 网络技术应用场景的拓展提供了一些参考。由于一些客观原因，该项目最终终止开发，工期受到限制。本文没有对基于 ZigBee 的视频监控辅助功能的其他数据传输做进一步的详细研究，根据前文所述，设计语音数据帧长度为 57 字节。按照 MAC 层协议定义，如果按照 ZigBee 协议网络层包格式中包头的长度按最大值 8 字节计算，则数据包总大小 65 字节，仍比网络层规定的最大 94 字节的包负荷小，所以结论是在星型拓扑结构下，使用 ZigBee 协议的网络层实现语音传输理论上是可行的。对于树型网络，由于可能存在多跳，每个节点的时延至少要加倍。在理想状态下所有节点都能完成数据传输，那么唯一的问题是语言会延迟，要避免延迟的增加可以牺牲传输效率而减少包长度。最好的办法是通过对语音进一步压缩，因此，为了在这种情况下获得更理想的视频监控辅助数据传输的效果，如果能找到一个较低的比特率编码器把当前 32kbps 数据速率降低到 16kbps 或更低就会得到理想的效果，带宽使用也能减少到一半。同时，针对特定的应用，可以删除 ZigBee 协议栈和不必要的网络协议功能，使单片机更好地完成语音数据的编解码。
参考文献（略）