引言
ZigBee是信息一種低速短距離傳輸的無線網絡協議，底層是化解采用IEEE802.15.4標準規范的媒體存取層與實體層。主要特色有低速、樂山旅游低耗電、景區決方低成本、信息支援大量網絡節點、支援多種網絡拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全。ZigBee協定層從下到上分別為實體層(PHY)、媒體存取層(MAC)、網絡層(NWK)、應用層(APL)等。網絡裝置的角色可分為ZigBeeCoordinator,ZigBeeRouter、ZigBeeEndDevice等三種。
ZigBee模塊是一種物聯網無線數據終端，可利用ZigBee網絡為用戶提供無線數據傳輸功能。組建一個完整的ZigBee網狀網絡通常包括網絡初始化和節點加入網絡等兩個步驟，其中節點加入網絡又包括兩個步驟:一是通過與協調器連接入網；二是通過已有父節點入網。
1ZigBee網絡初始化
ZigBee網絡的建立是由網絡協調器發起的，任何一個ZigBee節點要組建一個網絡，必須要滿足兩點要求：第一是節點是FFD節點，并具備ZigBee協調器的能力；第二是節點還沒有與其他網絡連接，也就是說，當節點已經與其他網絡連接時，此節點只能作為該網絡的子節點，因為一個ZigBee網絡中有且只有一個網絡協調器。圖1所示是一個ZigBee網絡的組織結構圖。
圖1ZigBee網絡的組織結構圖
ZigBee網絡初始化的流程如下：
(1)確定網絡協調器。首先判斷節點是否是FFD節點，接著判斷此FFD節點是否在其他網絡里或者網絡里是否已經存在協調器，然后通過主動掃描發送一個信標請求命令(Beaconrequestcommand)，設置—掃描期限(T_scan_duration)。如果在掃描期限內沒有檢測到信標，那么就認為FFD在其pos內沒有協調器，此時就可以建立自己的ZigBee網絡，并且作為這個網絡的協調器不斷地產生信標并廣播出去。
進行信道掃描過程。主要包括能量掃描和主動掃描兩個過程：在能量掃描過程，首先對指定的信道或者默認的信道進行能量檢測，以避免可能的干擾，然后以遞增的方式對所測量的能量值進行信道排序，拋棄那些能量值超出可允許能量水平的信道，選擇可允許能量水平的信道并標注這些信道是可用信道；接著進行主動掃描，搜索節點通信半徑內的網絡信息，這些信息會以信標幀的形式在網絡中廣播，節點通過主動信道掃描方式獲得這些信標幀，然后根據這些信息找到一個最好的、相對安靜的信道，再通過記錄的結果選擇一個信道，該信道應存在最少的ZigBee網絡，最好是沒有ZigBee設備。在主動掃描期間，mac層將丟棄phy層數據服務接收到的除信標以外的所有幀。
設置網絡ID。找到合適的信道后，協調器將為網絡選定一個網絡標識符(PANID，取值＜=0x3FFF)。這個ID在所使用的信道中必須是唯一的，也不能和其他ZigBee網絡產生沖突，而且不能是廣播地址oxFFFF(此地址為保留地址，不能使用)。PANID可以通過偵聽其他網絡的ID然后選擇一個不會沖突的ID的方式來獲取，也可以人為指定掃描的信道后來確定不和其他網絡沖突的PANID。
2數據收發的流程及步驟
2.1查找網絡協調器
首先應主動掃描查找周圍網絡的協調器，如果在掃描期限內檢測到信標，那么將獲得協調器的有關信息，這時就可向協調器發出連接請求。在選擇合適的網絡之后，上層將請求mac層對物理層和mac層的phyCurrentChannel、macPANID等PIB屬性進行相應的設置。如果沒有檢測到，則在間隔一段時間后，由節點重新發起掃描。
2.2發送關聯請求命令(Associaterequestcommand)
節點將關聯請求命令發送給協調器后，協調器將立即回復一個確認幀(ACK)，同時向它的上層發送連接指示原語，以表示已經收到節點的連接請求。但是，這并不意味著已經建立了連接，而只表示協調器已經收到節點的連接請求。當協調器的mac層的上層接收到連接指示原語后，將根據自己的資源情況(存儲空間和能量)決定是否同意此節點的加入請求，然后再給節點的mac層發送響應。
2.3等待協調器處理
當節點收到協調器加入請求命令的ACK后，節點mac將等待一段時間，接收協調器的連接響應。在預定的時間內，如果接收到連接響應，便將這個響應向它的上層通告。而協調器給節點的mac層發送響應時會設置一個等待響應時間(T_ResponseWaitTime),以等待協調器對其加入請求命令的處理。若協調器的資源足夠，協調器會給節點分配一個16位的短地址，并產生包含新地址和連接成功狀態的連接響應命令，至此，此節點將成功地和協調器建立連接并可以開始通信。若協調器資源不夠，貝惰加入的節點將重新發送請求信息，直至入網成功。2.4發送數據請求命令
如果協調器在響應時間內同意節點加入，那么將產生關聯響應命令(Associateresponsecommand)并存儲這個命令。當響應時間過后，節點發送數據請求命令(Datarequestcommand)給協調器，協調器收到后立即回復ACK，然后將存儲的關聯響應命令發給節點。如果在響應時間到后，協調器還沒有決定是否同意節點加入，那么，節點將試圖從協調器的信標幀中提取關聯響應命令，成功的話，就可以成功入網，否則重新發送請求信息直到入網成功。
3旅游景區信息化系統的應用
3.1游客流量的管理
旅游景區的客流量控制包括區內游客總量的控制和景區內各個景點的客流量控制。區內游客總量的控制直接通過電子門票技術就可以輕松獲取當前景區內的游客總數量，以便在超過景區最大承載量時可以采取停止售票、放緩售票等方式進行相應控制；而對于景區內各個景點的客流量控制，則可以根據景區內各個景點的分布情況，將景區劃分為相對獨立的小區域，在小區域內一些關鍵的位置點設置RFID讀寫器,并配置多對天線，比如將天線配置在門(或是其他關鍵點)的位置來覆蓋關鍵點。這樣，當游客通過關鍵點時，RFID讀寫器就可以通過不同的天線獲取游客的ID號，這樣，經過位置點的所有RFID標簽都可以通過讀寫器獲取，并在第一時間將數據發送到數據中心。系統根據讀取信息的結果判定游客的進出，實時了解景點的游客分布情況，做到系統的實時監控。一臺高性能的RFID讀寫器能夠每秒處理數百張電子門票，完全可以滿足大量的游客數據處理工作。
這樣一來，就可以通過了解景點游客的實時分布情況調整游客量，當景區內游客分布不均勻時，就可以通過工作人員的適當弓導來緩解那些人氣較高景點的壓力。
3.2安全管理
根據不同類型的旅游景區，物聯網在安全管理方面的應用形式也有所區別。對于森林公園、山岳等范圍較大的景區，經常會出現游客走散、失蹤等現象。對于這些地貌環境多變而復雜的地區，在有限的人手下，如何合理調配人手，以最快的速度進行現場救護工作就顯得非常重要，也很有必要利用ZigBee技術來構建一套旅游景區內的游客定位系統，組建一個無線定位網絡。
其具體方案如下：
首先，可在旅游景區的合適位置布置適量的無線定位網絡的參考節點，可設計采用CC2530模塊。這一方面是因為CC2530模塊能進行數據的傳輸和轉發，實現路由功能，作為無線定位網絡的路由節點；另一方面，在景區適當的地方安放協調器節點，也可以捜集相關的無線信號并最終通過以太網將這些搜集到的信息傳送到上位機，從而起到網關節點的作用，它與參考節點的區別就是其內部增加了網絡擴展模塊。
其次，讓進入景區的游客佩戴設計好的電子標簽作為定位節點并采用CC2530模塊內置定位引擎。這樣，每一個電子標簽就會擁有唯一的16位或者64位ID地址和地理位置信息；每個游客佩戴電子標簽后，在數據終端庫中就會記錄游客的相關信息。
最后，當游客進入某一景區內后，電子標簽觸發，定位節點就會啟動內置定位引擎進行識別。這樣，相應的定位信息、游客ID號等信息就會用多跳的方式經過一定數量的路由節點傳送至網關節點，通過以太網傳送到上位機數據庫作相應的處理。
3.3票務系統的管理
在客流量比較集中的時段，會給游客的購票、檢票帶來很大的壓力，耽誤游客大量的時間。為了解決這些問題，我們可以利用RFID電子標簽技術建立一個景區電子門票系統，實現計算機售票、驗票、查詢、匯總以及統計和報表等門票控制管理功能。一般的RFID標簽門票具有以下技術特點：
可支持特殊信息的寫入和讀取，并可以回收利用，這樣就滿足了低碳環保和降低成本的要求；
超高頻技術帶有一定的穿透性，而且讀取速度快，不用通過激光或紅外線瞄準就能獲取數據，故可達到高效的人性化驗票效果；
在堆疊的情況下依然能夠讀取信息，可滿足大流量識別，識別距離可以達到10m左右，能滿足景區內對游客和車輛的管理。
3.4景區智能導游
通過ZigBee無線網絡的智能導游系統，可使得便攜終端與各個ZigBee子節點之間實現實時通信，從而實現便攜終端的一系列導游功能以及景區管理人員的宏觀監控。圖2所示是ZigBee無線網絡智能導游系統的系統框圖。
本系統運行時，游客通過使用便攜終端取得使用權限。這樣，在游覽開始時，游客就可以選擇系統提供的游覽路線,也可以根據個人愛好選擇景點，此時，便攜終端軟件會根據游客興趣、各個景點的客流量等情況給出各景點的推薦指數,同時根據特定算法，計算出游覽的最優路徑為游客做向導。在游客接近某一景點時，該景點處的ZigBee子節點會自動識別便攜終端，并且向該終端發送指令開啟終端上的電子解說語音設備，對游客進行實時講解。對于組團旅游的游客，通過給該團成員所持客戶端進行統一編號，還可以使該團負責人通過向管理員PC端請求數據，來動態獲得該團旅客的分布情況，同時也可以獲得權限給該團旅客發送消息。
圖2ZigBee無線網絡智能導游系統的系統框圖
如果游客有就餐、休息、購物、去洗手間等需求的時候,游客只要在便攜終端的軟件上進行選擇，終端就可以通過算法給出前往距離最近、排隊時間最短的目的地的路徑。此外,如果游客不幸受傷或發生意外，只要在便攜終端選擇相應服務，數據就可以由ZigBee無線網絡傳送到終端服務器，從而使景區管理人員通過PC得到消息，進而派出工作人員立即趕往現場進行處理。
4結語
無線傳感網絡的興起，促進著很多行業的發展和技術更新。利用ZigBee技術來組建一個旅游景區內的智能系統，就可以用低廉的設備成本、較高的定位精度和簡單系統設計，很好地實現一個無線的二維定位。實際使用證明，本ZigBee無線網絡智能導游系統較其他無線傳感網絡來說，比在一維定位上的應用具有較大的優勢。
20211014_6168296e6cdef__樂山旅游景區信息化解決方案
