ZigBee2006協(xié)議棧的 無(wú)線傳感執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

1 ZigBee技術(shù)及ZigBee2006協(xié)議棧簡(jiǎn)介
1．1 ZigBee技術(shù)概述
ZigBee技術(shù)是一種短距離、低速率的無(wú)線通信技術(shù)。由于其短距離、低速率及可以實(shí)時(shí)定位等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、智能家居、智能建筑、工業(yè)自動(dòng)化、智能空間等領(lǐng)域。
1．2 ZigBee2006協(xié)議棧簡(jiǎn)析
ZigBee通信協(xié)議的基礎(chǔ)是IEEE 802．15．4。這是IEEE無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)工作組的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，被稱作IEEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層(PHY)和媒體訪問(wèn)控制層(MAC)的標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee聯(lián)盟則定義了ZigBee協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)和安全服務(wù)規(guī)范。TI／Chipcon公司在IEEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee聯(lián)盟所推出的ZigBee2006規(guī)范的基礎(chǔ)上，發(fā)布了全功能的ZigBee2006協(xié)議棧，并通過(guò)了ZigBee聯(lián)盟的認(rèn)證。該協(xié)議棧全部用C語(yǔ)言編寫，免費(fèi)提供給用戶，同時(shí)向后兼容。該協(xié)議棧在結(jié)構(gòu)上分為應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、安全層、MAC層和物理層，每一層的函數(shù)都嚴(yán)格按照IEEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee2006規(guī)范所規(guī)定的原語(yǔ)格式編寫。與此同時(shí)，在協(xié)議棧內(nèi)部還嵌入了一個(gè)操作系統(tǒng)，用于對(duì)任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度。對(duì)于用戶而言，只需要了解應(yīng)用層函數(shù)并進(jìn)行恰當(dāng)?shù)恼{(diào)用，就可以構(gòu)建功能完善、性能穩(wěn)定的ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
ZigBee無(wú)線傳感執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)必須要有一個(gè)協(xié)調(diào)器作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸與控制中心，另外還要有若干路由器和終端節(jié)點(diǎn)。它有3種最基本的連接方式：星狀連接、網(wǎng)狀連接和串狀連接，如圖1所示。

星狀連接方式比較簡(jiǎn)單，只能組建包含較少節(jié)點(diǎn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)通過(guò)協(xié)調(diào)器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。網(wǎng)狀連接中任意節(jié)點(diǎn)之間都可以傳遞信息。串狀連接中增加了若干路由器，用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
在ZigBee2006全功能協(xié)議棧中，網(wǎng)絡(luò)連接方式的選擇可通過(guò)在nwk_globals．c和nwk_globals．h中對(duì) STACK_PROFILE_ID的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。STACK_PRO-FILE_ID有3種量，分別對(duì)應(yīng)著星狀連接、網(wǎng)狀連接和樹(shù)狀連接網(wǎng)絡(luò)。
系統(tǒng)在nwk_globals．h中加入如下語(yǔ)句，從而在家庭環(huán)境中構(gòu)建星狀結(jié)構(gòu)的ZigBee無(wú)線傳感執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)：
#define STACK_PROFILE_ID GENERIC_STAR
系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

系統(tǒng)中布置有一個(gè)協(xié)調(diào)器與PC機(jī)相連，同時(shí)布置有若干終端節(jié)點(diǎn)或路由器，使其連接溫度、濕度和光敏電阻等傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)房間環(huán)境。另外，房間中還布置有一些終端節(jié)點(diǎn)與執(zhí)行器連接，用于控制窗簾的開(kāi)關(guān)、臺(tái)燈的亮滅等。協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)在房間內(nèi)組成了一個(gè)星狀結(jié)構(gòu)的ZigBee無(wú)線傳感執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)。
系統(tǒng)的整體工作過(guò)程是：首先由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)成功創(chuàng)建ZigBee網(wǎng)絡(luò)，然后等待終端節(jié)點(diǎn)加入。當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)及傳感器上電后，會(huì)自動(dòng)查找空間中存在的 ZigBee網(wǎng)絡(luò)，找到后即加入網(wǎng)絡(luò)，并把該節(jié)點(diǎn)的物理地址發(fā)送給協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器把節(jié)點(diǎn)的地址信息等通過(guò)串口發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行保存。當(dāng)計(jì)算機(jī)想要獲取某一節(jié)點(diǎn)處的傳感器值時(shí)，只需要向串口發(fā)送相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的物理地址及測(cè)量指令。協(xié)調(diào)器通過(guò)串口從計(jì)算機(jī)端收到物理地址后，會(huì)向與其相對(duì)應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，傳達(dá)傳感器測(cè)量指令。傳感器節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后，通過(guò)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)，然后將測(cè)量結(jié)果發(fā)送給協(xié)調(diào)器，并在計(jì)算機(jī)端進(jìn)行顯示。