基于CC2430的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

3 ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)
3．1 ZigBee協(xié)議棧
ZigBee協(xié)議由一組子層構(gòu)成。每層為其上層提供一組特定的服務(wù)；數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；管理實(shí)體提供全部其他服務(wù)。每個(gè)服務(wù)實(shí)體通過(guò)一個(gè)服務(wù)接入點(diǎn)(SAP)為其上層提供服務(wù)接口，并且每個(gè)SAP提供一系列基本服務(wù)指令來(lái)完成相應(yīng)的功能。
ZigBee協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)包括：ZigBee應(yīng)用層、ZigBee網(wǎng)絡(luò)層、IEEE．802．15．4 MAC層和IEEE802．15．4 PHY層。IEEE．802．15．4 2003標(biāo)準(zhǔn)定義最下面的2層：物理層(PHY)和介質(zhì)接入控制層(MAC)。ZigBee聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層(APL)框架的設(shè)計(jì)。其中應(yīng)用層框架主要包括3部分：應(yīng)用支持子層(APS)、ZigBee設(shè)備對(duì)象(ZDO)和由制造商制定的應(yīng)用對(duì)象。
3．2 ZigBee信道分配
ZigBee的通信頻率在物理層規(guī)范，在不同的國(guó)家或區(qū)域ZigBee提供了不同的工作頻率范圍，其所使用的頻率范圍為2．4 GHz和816／915 MHz。因此，在ZigBee中定義2．4 GHz和816／915 MHz 2個(gè)物理層標(biāo)準(zhǔn)，它們都基于直接序列擴(kuò)頻(DSSS)技術(shù)。
這里采用全球統(tǒng)一的2．4 GHz波段，無(wú)須申請(qǐng)ISM頻段，適合ZigBee設(shè)備推廣及降低生產(chǎn)成本。2．4 GHz物理層采用16相調(diào)制技術(shù)，能夠提供250 kb／s的傳輸速率，提高數(shù)據(jù)吞吐量，縮短通信時(shí)延和數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)間，降低功耗。
3．3 網(wǎng)絡(luò)的建立與加入
ZigBee設(shè)備通過(guò)NLME-NETWORK-FORMATION．request原語(yǔ)來(lái)啟動(dòng)一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)的建立過(guò)程。僅當(dāng)具有ZigBee協(xié)調(diào)器能力且當(dāng)前無(wú)與網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備，才可嘗試建立一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)。如果此過(guò)程由其他設(shè)備開(kāi)始，則網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將終止該過(guò)程，并向其上層發(fā)出非法請(qǐng)求報(bào)告。
該步驟通過(guò)發(fā)出狀態(tài)參數(shù)為INVAUD_REQUEST的NLME-NETWORK-FORMATION．confirm原語(yǔ)來(lái)完成。只有當(dāng)設(shè)備為ZigBee協(xié)調(diào)器或路由器時(shí)，才能試圖允許設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的連接?？赏ㄟ^(guò)NLME-PERMIT-JOINING．request原語(yǔ)允許連接。
3．4 數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收
發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先按照協(xié)議中規(guī)定的幀形式構(gòu)建幀數(shù)據(jù)。幀數(shù)據(jù)包括幀頭和幀內(nèi)容。其中幀頭包括幀類型、源地址、目的地址、PAN、CLUSTERID等信息。幀構(gòu)建好后調(diào)用MAC層的原語(yǔ)MCPS-DATA．request，并將接收到的結(jié)果通過(guò)MCPS-DATA．confirm返回。在Z-Stack中，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都必須通過(guò)應(yīng)用層調(diào)用。應(yīng)用層提供的Flash發(fā)送函數(shù)，其程序如下：

為了接收數(shù)據(jù)，設(shè)備必須打開(kāi)其接收機(jī)。上層使用NLME-SYNC．request原語(yǔ)初始化設(shè)備，打開(kāi)其接收機(jī)，該原語(yǔ)將引起網(wǎng)絡(luò)層使用MLME-POLL．request原語(yǔ)對(duì)其父設(shè)備進(jìn)行輪詢。ZigBee協(xié)調(diào)器或路由器的網(wǎng)絡(luò)層必須在最大程度上保證任何時(shí)間接收機(jī)總是處于接收狀態(tài)。
網(wǎng)絡(luò)層使用NLDE-DATA．indication原語(yǔ)向其高層表明所接收到的數(shù)據(jù)幀。一旦接收到幀信息，網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體將會(huì)檢查幀控制域中安全子域的值。如果該值不為零，則網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體將把該幀傳送到安全服務(wù)提供單元，并根據(jù)所指定的安全標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行安全處理。
接收到Flash發(fā)送方式的數(shù)據(jù)后，網(wǎng)絡(luò)層會(huì)根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)計(jì)算小燈閃爍的數(shù)據(jù)間隔，其源函數(shù)程序如下：

4 結(jié)束語(yǔ)
將本文所設(shè)計(jì)的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用于軍用車載記錄儀，用來(lái)向基站傳送車的速度，油量，水溫，行駛路程等數(shù)據(jù)。經(jīng)測(cè)量，在距離基站292 m以內(nèi)的地方，數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確地傳送到基站，基本達(dá)到了預(yù)定設(shè)計(jì)目標(biāo)。
ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、開(kāi)銷小、應(yīng)用范圍廣，適用于家庭自動(dòng)化、健康醫(yī)療服務(wù)、無(wú)線自動(dòng)讀表系統(tǒng)、智能小區(qū)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線工業(yè)控制、智慧型標(biāo)簽等領(lǐng)域。例如在精確農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)使用孤立的、無(wú)通信能力的機(jī)械設(shè)備，主要依靠人力檢測(cè)作物的生長(zhǎng)狀況，而采用傳感器和ZigBee網(wǎng)絡(luò)后，農(nóng)業(yè)將逐漸轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，使用更多的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和遠(yuǎn)程控制的設(shè)備來(lái)耕種。