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
、dichengbendeshuangxiangwuxiantongxinjishuhuowuxianwangluojishu，zhuyaoshiheyuchengzaishujuliuliangjiaoxiaodeyewu，keqianrugezhongshebeizhong
，tongshizhichidilidingweigongneng。xiangduiyuxianyoudegezhongwuxiantongxinjishu
，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。

　　目(mu)前(qian)
，國(guo)內(nei)的(de)煤(mei)炭(tan)生(sheng)產(chan)安(an)全(quan)事(shi)故(gu)不(bu)斷(duan)發(fa)生(sheng)
，特(te)別(bie)是(shi)瓦(wa)斯(si)爆(bao)炸(zha)事(shi)故(gu)接(jie)連(lian)發(fa)生(sheng)，給(gei)人(ren)民(min)生(sheng)命(ming)財(cai)產(chan)帶(dai)來(lai)了(le)巨(ju)大(da)損(sun)失(shi)。麵(mian)對(dui)現(xian)實(shi)情(qing)況(kuang)，不(bu)斷(duan)加(jia)強(qiang)災(zai)害(hai)預(yu)防(fang)、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）的de無wu人ren自zi動dong采cai集ji。從cong而er，在zai事shi故gu發fa生sheng前qian，安an全quan生sheng產chan監jian控kong中zhong心xin，可ke以yi隨sui時shi掌zhang握wo井jing下xia不bu同tong位wei置zhi的de各ge種zhong安an全quan生sheng產chan的de要yao素su。從cong而er采cai取qu積ji極ji有you效xiao的de預yu防fang措cuo施shi；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；為wei了le避bi免mian井jing下xia環huan境jing對dui無wu線xian信xin號hao的de幹gan擾rao，所suo有you無wu線xian網wang絡luo模mo塊kuai使shi用yong的de都dou是shi抗kang幹gan擾rao的de直zhi序xu擴kuo頻pin通tong信xin方fang式shi

，而er且qie，每mei個ge模mo塊kuai都dou有you接jie收shou信xin號hao強qiang弱ruo指zhi示shi功gong能neng（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

　　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)，如(ru)果(guo)定(ding)位(wei)精(jing)度(du)要(yao)求(qiu)不(bu)高(gao)
，坑(keng)道(dao)情(qing)況(kuang)比(bi)較(jiao)複(fu)雜(za)時(shi)，人(ren)員(yuan)密(mi)度(du)較(jiao)高(gao)時(shi)，則(ze)將(jiang)任(ren)何(he)一(yi)個(ge)接(jie)收(shou)到(dao)該(gai)移(yi)動(dong)目(mu)標(biao)身(shen)份(fen)碼(ma)信(xin)息(xi)的(de)網(wang)絡(luo)節(jie)點(dian)位(wei)置(zhi)，當(dang)作(zuo)移(yi)動(dong)目(mu)標(biao)位(wei)置(zhi)，這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)往(wang)往(wang)需(xu)要(yao)較(jiao)小(xiao)的(de)網(wang)絡(luo)節(jie)點(dian)間(jian)距(ju)（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)。 ZigBee網(wang)絡(luo)將(jiang)把(ba)該(gai)移(yi)動(dong)目(mu)標(biao)身(shen)份(fen)碼(ma)
，以(yi)及(ji)在(zai)相(xiang)應(ying)的(de)兩(liang)個(ge)網(wang)絡(luo)節(jie)點(dian)接(jie)收(shou)到(dao)該(gai)身(shen)份(fen)碼(ma)時(shi)的(de)信(xin)號(hao)強(qiang)度(du)傳(chuan)往(wang)控(kong)製(zhi)中(zhong)心(xin)
，通(tong)過(guo)簡(jian)單(dan)計(ji)算(suan)
，再(zai)加(jia)上(shang)現(xian)場(chang)實(shi)測(ce)效(xiao)正(zheng)
，很(hen)容(rong)易(yi)確(que)定(ding)該(gai)移(yi)動(dong)目(mu)標(biao)的(de)位(wei)置(zhi)。

　　zaishiyongyishangfangfadingweishi
，weilejinyibutigaodingweidezhunquexing，haixuyaoduiwangluojiedian
，yidongmubiaojiedianshoufajidejieshoulingmindu

，hefashegonglvjinxingshidangdetiaozheng。

　　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、人(ren)員(yuan)定(ding)位(wei)。這(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)適(shi)用(yong)於(yu)大(da)中(zhong)型(xing)礦(kuang)井(jing)的(de)無(wu)線(xian)網(wang)絡(luo)，能(neng)夠(gou)有(you)效(xiao)的(de)了(le)解(jie)礦(kuang)山(shan)井(jing)下(xia)運(yun)行(xing)環(huan)境(jing)參(can)數(shu)，及(ji)時(shi)調(tiao)度(du)生(sheng)產(chan)，防(fang)止(zhi)事(shi)故(gu)的(de)發(fa)生(sheng)，安(an)全(quan)生(sheng)產(chan)。在(zai)大(da)中(zhong)礦(kuang)井(jing)和(he)工(gong)廠(chang)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)推(tui)廣(guang)應(ying)用(yong)前(qian)景(jing)。