ZigBee2006協(xié)議棧的 無線傳感執(zhí)行網(wǎng)絡構建

1 ZigBee技術及ZigBee2006協(xié)議棧簡介
1．1 ZigBee技術概述
ZigBee技術是一種短距離、低速率的無線通信技術。由于其短距離、低速率及可以實時定位等特點，被廣泛應用于醫(yī)療、智能家居、智能建筑、工業(yè)自動化、智能空間等領域。
1．2 ZigBee2006協(xié)議棧簡析
ZigBee通信協(xié)議的基礎是IEEE 802．15．4。這是IEEE無線個人區(qū)域網(wǎng)工作組的一項標準，被稱作IEEE 802．15．4標準。該標準定義了物理層(PHY)和媒體訪問控制層(MAC)的標準。ZigBee聯(lián)盟則定義了ZigBee協(xié)議的網(wǎng)絡層(NWK)、應用層(APL)和安全服務規(guī)范。TI／Chipcon公司在IEEE 802．15．4標準和ZigBee聯(lián)盟所推出的ZigBee2006規(guī)范的基礎上，發(fā)布了全功能的ZigBee2006協(xié)議棧，并通過了ZigBee聯(lián)盟的認證。該協(xié)議棧全部用C語言編寫，免費提供給用戶，同時向后兼容。該協(xié)議棧在結構上分為應用層、網(wǎng)絡層、安全層、MAC層和物理層，每一層的函數(shù)都嚴格按照IEEE 802．15．4標準和ZigBee2006規(guī)范所規(guī)定的原語格式編寫。與此同時，在協(xié)議棧內部還嵌入了一個操作系統(tǒng)，用于對任務進行統(tǒng)一的調度。對于用戶而言，只需要了解應用層函數(shù)并進行恰當?shù)恼{用，就可以構建功能完善、性能穩(wěn)定的ZigBee無線網(wǎng)絡。

2 系統(tǒng)方案設計
ZigBee無線傳感執(zhí)行網(wǎng)絡必須要有一個協(xié)調器作為整個網(wǎng)絡的傳輸與控制中心，另外還要有若干路由器和終端節(jié)點。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單，只能組建包含較少節(jié)點的無線網(wǎng)絡，各個終端節(jié)點通過協(xié)調器實現(xiàn)網(wǎng)絡連接。網(wǎng)狀連接中任意節(jié)點之間都可以傳遞信息。串狀連接中增加了若干路由器，用于對數(shù)據(jù)進行轉發(fā)。
在ZigBee2006全功能協(xié)議棧中，網(wǎng)絡連接方式的選擇可通過在nwk_globals．c和nwk_globals．h中對 STACK_PROFILE_ID的設置來實現(xiàn)。STACK_PRO-FILE_ID有3種量，分別對應著星狀連接、網(wǎng)狀連接和樹狀連接網(wǎng)絡。
系統(tǒng)在nwk_globals．h中加入如下語句，從而在家庭環(huán)境中構建星狀結構的ZigBee無線傳感執(zhí)行網(wǎng)絡：
#define STACK_PROFILE_ID GENERIC_STAR
系統(tǒng)的整體結構如圖2所示。

系統(tǒng)中布置有一個協(xié)調器與PC機相連，同時布置有若干終端節(jié)點或路由器，使其連接溫度、濕度和光敏電阻等傳感器來監(jiān)測房間環(huán)境。另外，房間中還布置有一些終端節(jié)點與執(zhí)行器連接，用于控制窗簾的開關、臺燈的亮滅等。協(xié)調器和終端節(jié)點在房間內組成了一個星狀結構的ZigBee無線傳感執(zhí)行網(wǎng)絡。
系統(tǒng)的整體工作過程是：首先由協(xié)調器節(jié)點成功創(chuàng)建ZigBee網(wǎng)絡，然后等待終端節(jié)點加入。當終端節(jié)點及傳感器上電后，會自動查找空間中存在的 ZigBee網(wǎng)絡，找到后即加入網(wǎng)絡，并把該節(jié)點的物理地址發(fā)送給協(xié)調器。協(xié)調器把節(jié)點的地址信息等通過串口發(fā)送給計算機進行保存。當計算機想要獲取某一節(jié)點處的傳感器值時，只需要向串口發(fā)送相應節(jié)點的物理地址及測量指令。協(xié)調器通過串口從計算機端收到物理地址后，會向與其相對應的傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，傳達傳感器測量指令。傳感器節(jié)點收到數(shù)據(jù)后，通過傳感器測量數(shù)據(jù)，然后將測量結果發(fā)送給協(xié)調器，并在計算機端進行顯示。