ZigBee2006協議棧的 無線傳感執行網絡構建

1 ZigBee技術及ZigBee2006協議棧簡介
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，被廣泛應用于醫療、智能家居、智能建筑、工業自動化、智能空間等領域。
1．2 ZigBee2006協議棧簡析
ZigBee通信協議的基礎是IEEE 802．15．4。這是IEEE無線個人區域網工作組的一項標準，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聯盟則定義了ZigBee協議的網絡層(NWK)、應用層(APL)和安全服務規范。TI／Chipcon公司在IEEE 802．15．4標準和ZigBee聯盟所推出的ZigBee2006規范的基礎上，發布了全功能的ZigBee2006協議棧，并通過了ZigBee聯盟的認證。該協議棧全部用C語言編寫，免費提供給用戶，同時向后兼容。該協議棧在結構上分為應用層、網絡層、安全層、MAC層和物理層，每一層的函數都嚴格按照IEEE 802．15．4標準和ZigBee2006規范所規定的原語格式編寫。與此同時，在協議棧內部還嵌入了一個操作系統，用于對任務進行統一的調度。對于用戶而言，只需要了解應用層函數并進行恰當的調用，就可以構建功能完善、性能穩定的ZigBee無線網絡。

2 系統方案設計
ZigBee無線傳感執行網絡必須要有一個協調器作為整個網絡的傳輸與控制中心，另外還要有若干路由器和終端節點。它有3種最基本的連接方式：星狀連接、網狀連接和串狀連接，如圖1所示。

星狀連接方式比較簡單，只能組建包含較少節點的無線網絡，各個終端節點通過協調器實現網絡連接。網狀連接中任意節點之間都可以傳遞信息。串狀連接中增加了若干路由器，用于對數據進行轉發。
在ZigBee2006全功能協議棧中，網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。STACK_PRO-FILE_ID有3種量，分別對應著星狀連接、網狀連接和樹狀連接網絡。
系統在nwk_globals．h中加入如下語句，從而在家庭環境中構建星狀結構的ZigBee無線傳感執行網絡：
#define STACK_PROFILE_ID GENERIC_STAR
系統的整體結構如圖2所示。

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