| 随着现代技术的发展，无线通讯技术在很多领域得到了广泛的应用。与有线设备相比，它具有成本低、携带方便、无需布线的优势，特别适用于手持设备的通信、电池供电设备、遥控、遥测、小型无线网络、工业数据采集系统、信号采集、水文气象监控、数据图像传输系统的应用。在短距离的无线控制、监测、数据传输领域，通用的技术有Bluetooth、Wi-Fi等。它们各有优势，但同时也存在着局限性。
在一些科研工作中需要大量的实时数据，这些数据必须在野外采集，而数据采集站往往分布在气候条件恶劣、交通不便、人迹罕至的高山、沙漠、戈壁、冰原等处。大多数站环境艰苦，高海拔、多山、高寒或者干旱是这些站的普遍特征，而且电力、电信、移动信号在观测区域内无法保障，难以驻扎观测人员，所以建立自动观测网络能够提供很多便利。
野外自动观测网络的构成
本项目以某一野外研究站作为研究对象。
实验台站通讯环境现状为：
1.当前生活基地及观测点均无通讯信号。
2.卫星信号(GPS)可用。
3.多个观测点近期手机信号无望。
4.生活基地附近的中国移动和电信正在建设光缆，
近期可实现生活基地的互联网接入。
本项目包含野外数据采集和实时监控。所涉及的数据包括日照辐射、净辐射、气压、气温与湿度、土壤体积含水量、土壤温度、CO2浓度、雨雪量计、日照等等；
还有一些监控视频。原来，这些观测数据的采集、传输都采用人工方式，即先由人工在当地用笔记本电脑将数据读出，然后带回基地整理分析，这种做法不仅人力成本高，而且收集回来的数据通常会有三个月甚至半年以上的时间滞后，更无法实现数据实时采集、实时管理、系统实时监测，仪器设备的远程操作等。
为了方便观测数据的实时传递及数据的显示、共享与分析，本项目构建了一个覆盖所有野外台站的自动观测网络。通过对野外台站、示范区观测仪器的组网以及野外台站与远程基地的网络连接，实现基于网络的台站仪器的实时数据采集、数据传输和数据分类整合，并提供野外主要观测仪器运行状态的网上监控。
构建野外视频监控系统
野外视频图像是极具价值的资料，根据要求需要对该地域进行远距离监控。根据要求和踏勘结果将监控点选在位置适中视野良好的站点，将信号传到生活基地和信息中心。监控距离最远达5公里，需要选用长焦距高清晰度的摄像机、性能良好的云台。
两种数据传输方式
将所有数据通过无线方式传到移动或互联网接口，实现数据到信息中心的远距离传输。从野外试验研究站所处地理位置看，距离最近的接入点相距20多公里，高山阻挡，传网络信号需在高山上建中继站。因为有图像信号，数据量较大，需要用互联网信号传输，如果接入宽带网络。从发射到接收需要两个中继站，共4套设备。
如果只传输传感器数据信号，则有可能通过移动网络传输，系统相对简单一点。两种方式的传输如图2所示。
本方案使用ZigBee协议，并且根据野外试验研究站实际地理情况，在ZigBee的使用上进行扩展，在传输过程中添加了高增益天线，使得这个本来短距离、低功耗的协议增强到可以进行中距离传输，若使用定向增益天线，最远距离可达十几公里，若添加几个中继站，传输距离可以更远，基本满足了项目网络覆盖的需求。
(作者单位为兰州大学网络计算研究所)
ZigBee协议
为了弥补Bluetooth、Wi-Fi等技术的不足，ZigBee联盟于2004年12月推出了基于IEEE802.15.4的ZigBee协议。
ZigBee协议是一组基于IEEE批准通过的802.15.4无线表中研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化。完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点的4K字节或者作为Hub或路由器的协调器的32K字节。
每个协调器可以连接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目没有限制。Zigbee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄露其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。它具有低复杂度、低功耗、低数据传输率、高可靠性、低时延、网络容量大、高保密性、低成本等优势，但它受传输距离短的限制，所以主要用于近距离无线传输，主要应用领域包括工业、家庭自动化、遥测遥控、汽车自动化、农业自动化和医疗护理等。
若使用高增益定向天线则可以大幅拉长数据传输距离，有效地实现ZigBee网络在方圆10到20公里范围内的覆盖。
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