基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能家居設(shè)計(jì)
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1．3 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)
如圖2所示，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的基本組成和功能包括如下幾個(gè)單元：(1)傳感單元，將節(jié)點(diǎn)與物理世界聯(lián)系起來，由一組傳感器、激勵裝置和數(shù)模轉(zhuǎn)換功能模塊構(gòu)成。(2)處理單元，由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，包括CPU、存儲器、嵌入式操作系統(tǒng)等。(3)通信單元，由無線通信模塊組成。(4)供電裝置，此外可以選擇的其他功能單元包括：定位系統(tǒng)、移動系統(tǒng)以及電源自供電系統(tǒng)等。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/154878.htm
在傳感器網(wǎng)絡(luò)中大量的節(jié)點(diǎn)部署在感知對象內(nèi)部或者附近。這些節(jié)點(diǎn)通過自組織的方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，并以協(xié)作的方式感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中特定的信息，從而實(shí)現(xiàn)對任意地點(diǎn)信息在任意時(shí)間的采集、處理和分析。
監(jiān)控節(jié)點(diǎn)主要完成兩方面工作：將傳感器放大電路輸出的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再將這個(gè)數(shù)字信號通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。監(jiān)控節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)后，一直處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)收到來自外部的喚醒信號后，開始進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集或發(fā)送報(bào)警信號，完成任務(wù)后再次回到睡眠狀態(tài)，直到下一次喚醒。
2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
2．1 網(wǎng)絡(luò)的建立
ZigBee協(xié)議規(guī)定：只有當(dāng)前還沒有加入網(wǎng)絡(luò)且具有ZigBee協(xié)調(diào)器能力的設(shè)備，可以嘗試建立一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)建網(wǎng)過程開始后，協(xié)調(diào)器首先對協(xié)議所規(guī)定的信道或由物理層所默認(rèn)的有效信道進(jìn)行能量檢測掃描。如果某個(gè)信道的能量低于預(yù)定值，則表示該信道是可用信道，并進(jìn)行標(biāo)記。然后，在可用信道中進(jìn)行主動掃描，尋找信道中存在的ZigBee設(shè)備，找到一個(gè)最佳信道，即存在ZigBee設(shè)備相對較少的信道，由該信道所組建的網(wǎng)絡(luò)即為佳ZigBee網(wǎng)絡(luò)。這時(shí)，協(xié)調(diào)器通過一個(gè)PAN標(biāo)識符來標(biāo)注該信道，以識別該新建的網(wǎng)絡(luò)。一旦選擇一個(gè)PAN標(biāo)識符后，協(xié)調(diào)器將會為自己分配一個(gè)0x0000的16位邏輯地址，這樣就成功地啟動了一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。
(1)在網(wǎng)絡(luò)開始建立前，首先要確定這個(gè)設(shè)備為ZigBee協(xié)調(diào)器。我們通過協(xié)議棧配置文件ZigBee．def中的#define I_AM_COORDINATOR來定義這個(gè)設(shè)備為ZigBee協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器的應(yīng)用層調(diào)用NLME_NETWORK_FORMATION．request原語，發(fā)出建立網(wǎng)絡(luò)請求，網(wǎng)絡(luò)層收到這個(gè)原語后，要求MAC層執(zhí)行信道能量掃描。
(2)MAC層調(diào)用MLME_SCAN．request，主要找到信道能量低于設(shè)定能量值的信道，標(biāo)注這些信道是可用信道。通過函數(shù)NWKStartDiscovery()，對掃描的起始信道進(jìn)行設(shè)置假定起始值為N。然后執(zhí)行MACStartED()對信道進(jìn)行能量檢測掃描，得到信道能量值。
(3)通過MACStartScan(TRUE)對信道N進(jìn)行主動掃描，判斷是否發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。通過記錄每次接收到的信標(biāo)幀信息掃描可用信道中網(wǎng)絡(luò)活動情況，并將掃描結(jié)果記錄在個(gè)域網(wǎng)描述符列表中，最后找到一個(gè)最優(yōu)信道。
(4)調(diào)用函數(shù)APLNetworkForm()在最優(yōu)信道上建立網(wǎng)絡(luò)，給網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)分配一個(gè)PAN ID，通過MACSetShortAddrLSB(0x00)和MACSetShort AddrMSB(0x00)給協(xié)調(diào)器分配一個(gè)0x0000的網(wǎng)絡(luò)地址，并把協(xié)調(diào)器的MAC地址存入鄰居表中。網(wǎng)絡(luò)層向MAC層發(fā)送MLME_START．request原語請求開始發(fā)送信標(biāo)幀運(yùn)行新的個(gè)域網(wǎng)，MAC層將運(yùn)行結(jié)果通過MLME_START．confirm原語返回網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層收到個(gè)域網(wǎng)啟動狀態(tài)后，通過NL ME_NETWORK_FORMATION．confirm原語將告知應(yīng)用層建立要求的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。最后協(xié)調(diào)器應(yīng)用層通過發(fā)送NLME_PERMIT_JOIN．request原語允許設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接。
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