摘要：無線傳感器網絡技術已日趨成熟，為了能實時、有效地對污染氣體排放企業進行監控，可采用Zigbee技術對污染氣體進行自動監測。設計中的無線收發模塊采用XBee-PRO DigiMesh 900芯片，利用單片機作為控制芯片，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網絡，將采集的數據經過處理變成串行數據后發送給匯聚節點，再由匯聚節點發送到控制中心。利用NS2進行了網絡仿真，通過仿真，網絡運行良好，丟包率低，延遲時間短，滿足系統自動監測的需求。
關鍵詞：無線傳感器網絡；NS2仿真；ZigBee技術；污染氣體

0 引言
空氣質量監測是環境保護的基礎，其目的是為環境保護提供科學決策的依據，目前我國對污染氣體的監測主要采用2種方法：一種是傳統人工取樣實驗室分析的方法；另一種是采用國外進口的自動化污染氣體監測進行在線監測的方法。這2種方法都有監測成本過高，移動不便的不足之處。為應對現有污染氣體監測設備的不足而設計了基于無線傳感器網絡的污染氣體監測系統，取2種監測方法的長處，切實地滿足了環境監測部門的需要。監測人員只需在易發大氣污染事件的現場布置傳感器節點，就可以實時的監測污染突發現場的各種污染氣體濃度，為及時處置大氣污染突發事件提供有力的技術保證。

1 無線傳感器網絡的系統結構
本文設計的污染氣體自動監測系統需要監測一個城市內的各種化工廠以及發電廠的空氣環境質量。本文的無線傳感器網絡的系統架構如圖1所示，通常包括傳感器節點(Sensor Node)、匯聚節點(Sink)和監測中心。在圖1中大量的傳感器節點分別放置在工廠內的各個角落以及周邊環境，通過自組織的方式構成網絡(即子站)，各子站之間相互獨立，互不通信，只有子站內部節點可以相互交換數據，子站內的傳感器節點負責對數據的感知和采集，數據沿著其他傳感器節點逐跳地進行傳輸，在傳輸過程中監測數據可能被多個節點處理，經多跳路由后到達匯聚節點(各子站網關)。匯聚節點對收集到的數據進行處理分析并通過以太網將結果傳送到監測中心，監測中心的管理員通過對收集到的數據，做出判斷或者決策。

2 Zigbee技術簡介
ZigBee無線傳感器網絡是由許多傳感器以自組織方式構成的無線網絡，它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、分布式信息處理技術和ZigBee技術，可廣泛應用于工業監測、安全系統、環境監測和軍事等領域。ZigBee技術是一種低速率、低功耗、低復雜度、低成本的雙向無線通信網絡技術。傳輸范圍一般介于10～100 m之間，在增加RF發射功率后，亦可增加到1～3 km。通過路由和各節點問通信的接力，傳輸距離將可以更遠。它工作在868 MHz，915 MHz和2．4 GHz3個頻段上，采用直接序列擴頻技術(DSSS)，共有27個信道。ZigBee的技術優勢有：低功耗、低成本、低速率、短時延、高容量、高安全、免執照頻段等。由這些技術優勢，選擇進行了支持ZigBee 802．15．4協議的無線傳感器網絡節點的硬件設計。

3 節點的硬件電路設計
本文無線收發模塊采用芯片XBee-PRO DigiMesh900。XBee-PRO DigiMesh 900是長距離通信的嵌入式無線射頻模塊。它充分結合了易于使用的網狀網絡和900 MHz工作頻段通信距離長的優勢，基于快速的156 Kb／s無線射頻平臺，實現了DigiMesh對等構架，簡化了網狀網網絡，同時提供了先進的網絡功能如支持路由器休眠模式和更高的網絡節點密度。從而可以使OEM廠商延長依靠電源供電的網絡運行時間，確保網絡的穩定性。產品特點如下：
(1)支持路由器休眠模式，延長電池壽命。
(2)高級的網狀網功能包括自愈和自動搜索。
(3)支持通過無線配置。
(4)采用2．1 dB全向天線最大1．8 mile／3 km可視通信距離。
(5)采用高增益天線最大6 mile／10 km可視通信距離。
(6)工業級寬溫(-40～+85℃)等。
利用此芯片開發的無線通信設備支持數據傳感器硬件節點組成框圖如圖2所示。