基于ZigBee的無(wú)線網(wǎng)關(guān)解決方案

　　Zigbee 協(xié)議軟件的構(gòu)成包括硬件抽象層( HAL)， 應(yīng)用庫(kù)( CUL)和系統(tǒng)主程序。HAL是簡(jiǎn)單的建立和使用外部的單元(例如， 無(wú)線收發(fā)， 計(jì)時(shí)器， AD 變換等)。CUL 提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)線協(xié)議， 一個(gè)管理器管理DMA 通道和一個(gè)以軟件方式實(shí)現(xiàn)處理安排的多任務(wù)計(jì)時(shí)器。而系統(tǒng)的主程序提供了一個(gè)程序調(diào)用的接口和中斷。本軟件實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸， 因此只需要一個(gè)精簡(jiǎn)的數(shù)據(jù)包協(xié)議( SPP)。

　　簡(jiǎn)單的協(xié)議包提供了簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如表1， 其中Leng th(長(zhǎng)度)， 接收信號(hào)強(qiáng)度( RSSI)和鏈路質(zhì)量LQ I區(qū)域由芯片設(shè)置， dest src address 和flags區(qū)域由SPP設(shè)置， Pay lOAd( length- 5bytes) 區(qū)域?yàn)橛行У妮d荷由用戶設(shè)置(最大125字節(jié))。

表1 簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)

　　數(shù)據(jù)包的字節(jié)長(zhǎng)度不包括長(zhǎng)度字節(jié)本身， 目的地址和源地址每一個(gè)為一個(gè)字節(jié)， 另外， 0x00是廣播地址， 這一地址的數(shù)據(jù)包被所有的節(jié)點(diǎn)接收， 標(biāo)志包括ACK 位， 一個(gè)ACK 請(qǐng)求( DO _ACK )。通過(guò)重傳顯示、序列號(hào)位、序列號(hào)及重傳的位共同作用從而能夠區(qū)分新的數(shù)據(jù)包和當(dāng)前接收的數(shù)據(jù)包， RSSI和LQ I顯示接收信號(hào)強(qiáng)度和鏈路的質(zhì)量， LQ I的第8位顯示是否CRC校驗(yàn)成功或失敗。

　　Zigbee數(shù)據(jù)包發(fā)送的部分流程圖如圖2 所示，接收數(shù)據(jù)的部分流程圖如圖3所示。

圖2 發(fā)送數(shù)據(jù)的部分流程圖

圖3 接收數(shù)據(jù)的部分流程圖

2. 4 Z igBee無(wú)線網(wǎng)關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究

　　2. 4. 1 網(wǎng)絡(luò)管理功能

　　( 1)網(wǎng)絡(luò)形成。無(wú)線網(wǎng)關(guān)上電后， 無(wú)線協(xié)議棧各層首先進(jìn)行初始化， 然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求來(lái)啟動(dòng)一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)(僅具有協(xié)調(diào)器能力且當(dāng)前還沒(méi)有與網(wǎng)絡(luò)連接的網(wǎng)關(guān)設(shè)備才可以建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò))。

　　組網(wǎng)開(kāi)始時(shí)， 網(wǎng)絡(luò)層首先向MAC層請(qǐng)求分配協(xié)議所規(guī)定的信道， 或者由PHY層進(jìn)行有效信道掃描，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體等待信道掃描結(jié)果， 然后根據(jù)掃描結(jié)果選擇可允許能量水平的信道。找到合適的信道后，為這個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)選擇一個(gè)域網(wǎng)標(biāo)識(shí)符( PAN ID )。

　　PAN ID可由網(wǎng)絡(luò)形成請(qǐng)求時(shí)指定， 也可以隨機(jī)選擇一個(gè)PAN ID (除廣播PAN ID 固定為0xFFFF外) ， PAN ID在所選信道中應(yīng)該是唯一的。PAN ID一旦選定， 無(wú)線網(wǎng)關(guān)將選擇16位網(wǎng)絡(luò)地址0x0000作為自身短地址，同時(shí)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。完成設(shè)置后， 通過(guò)MAC 層發(fā)出網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)請(qǐng)求， 返回網(wǎng)絡(luò)形成狀態(tài)。

　　( 2)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。網(wǎng)絡(luò)維護(hù)主要包括設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)和離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)過(guò)程。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)形成后， 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理實(shí)體設(shè)定MAC 層連接許可標(biāo)志來(lái)判斷是否允許其他設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)。加入方式有聯(lián)合方式和直接方式， 在協(xié)議實(shí)現(xiàn)中采取直接加入網(wǎng)絡(luò)方式。這種方式下由待加入的設(shè)備發(fā)送請(qǐng)求加入信標(biāo)幀， 網(wǎng)關(guān)接收到后， 網(wǎng)絡(luò)管理實(shí)體首先判斷這個(gè)設(shè)備是否已存在于網(wǎng)絡(luò)。若存在， 則使其加入網(wǎng)絡(luò); 若不存在， 則向設(shè)備發(fā)送信標(biāo)幀， 為這個(gè)設(shè)備分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中唯一的16位短地址。這里的信標(biāo)幀是由網(wǎng)關(guān)無(wú)線協(xié)議MAC層生成作為PHY 層載荷， 它包含PAN ID、加入時(shí)隙分配等信息。網(wǎng)內(nèi)設(shè)備也可以請(qǐng)求斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)網(wǎng)關(guān)收到設(shè)備斷開(kāi)連接請(qǐng)求后， MAC 層向網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送報(bào)告， 開(kāi)始執(zhí)行斷開(kāi)流程， 從設(shè)備列表中刪除該設(shè)備相關(guān)信息。