基于Zigbee技術的家用無線網關的設計

摘要：針對現代社會對信息獲取便捷度和家庭網絡化的要求，設計了一種可以組織家用電器成小型網絡的家用網關。該網關采用Zigbee技術和嵌入式系統相結合的設計方案，采用了自行設計的Zigbee協議棧結構使其適合嵌入式系統，達到了連接組網和交換信息的能力。
關鍵詞：家用網關；Zigbee；TCP／IP；串口調試

0 引言
網關對于使用過網絡的人也許都不陌生，如家中或者辦公室中的連接個人電腦與國際互聯網的路由器。這里討論的網關，它的作用不是連接你的個人電腦到互聯網上遨游，而是將你家中大大小小的家用電器連接到你的個人電腦上，進而不需要你走進家中就能通過PC機控制家用網關來獲取家電信息和控制它們。因為采用了Zigbee無線技術，所以又稱為家用無線網關。

1 Zigbee技術的體系結構和拓撲結構
在Zigbee技術中，其體系結構通常是通過“層”來量化它的各個簡化標準的，每一層負責完成為其所規定的任務，并向上層提供服務。Zigbee技術的體系結構自下往上主要由物理(PHY)層、媒體接入控制(MAC)層、網絡／安全層以及應用框架層構成。

Zigbee技術網絡有2種拓撲結構：星型拓撲結構和對等拓撲結構(如圖1所示)。其中定義了兩種設備：全功能設備(FFD)和精簡功能設備(RFD)。FFD在硬件功能上比較完備，可以與所有其他的FFD或RFD通信，而RFD只能和與其關聯的FFD進行通信。與RFD相關聯的FFD設備稱為該RFD的“協調器”。在整個網絡中，有一個FFD充當網絡協調器。除直接參與應用外，網絡協調器還需要完成成員身份管理、鏈路狀態信息管理以及分組轉發等任務。

2 家用網關結構及其軟硬件組成
結合本課題中家用網關和家用電器的主從關系，本文采用基于星型拓撲結構的Zigbee網絡。因為Zigbee無線網關需要將基于TCP協議的信息轉發給Zigbee網絡其它的節點，故它必須為一個FFD設備，同時它在整個Zigbee網絡還要管理其它節點的一些信息，故其又實現為一個協調器。