基于ZigBee的無線網(wǎng)關解決方案
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Zigbee 協(xié)議軟件的構成包括硬件抽象層( HAL)， 應用庫( CUL)和系統(tǒng)主程序。HAL是簡單的建立和使用外部的單元(例如， 無線收發(fā)， 計時器， AD 變換等)。CUL 提供了一個簡單的無線協(xié)議， 一個管理器管理DMA 通道和一個以軟件方式實現(xiàn)處理安排的多任務計時器。而系統(tǒng)的主程序提供了一個程序調(diào)用的接口和中斷。本軟件實現(xiàn)一個簡單的點對點數(shù)據(jù)傳輸， 因此只需要一個精簡的數(shù)據(jù)包協(xié)議( SPP)。
簡單的協(xié)議包提供了簡單的數(shù)據(jù)包結構如表1， 其中Leng th(長度)， 接收信號強度( RSSI)和鏈路質(zhì)量LQ I區(qū)域由芯片設置， dest src address 和flags區(qū)域由SPP設置， Pay lOAd( length- 5bytes) 區(qū)域為有效的載荷由用戶設置(最大125字節(jié))。
表1 簡單的數(shù)據(jù)包結構
數(shù)據(jù)包的字節(jié)長度不包括長度字節(jié)本身， 目的地址和源地址每一個為一個字節(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)點接收， 標志包括ACK 位， 一個ACK 請求( DO _ACK )。通過重傳顯示、序列號位、序列號及重傳的位共同作用從而能夠區(qū)分新的數(shù)據(jù)包和當前接收的數(shù)據(jù)包， RSSI和LQ I顯示接收信號強度和鏈路的質(zhì)量， LQ I的第8位顯示是否CRC校驗成功或失敗。
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. 1 網(wǎng)絡管理功能
( 1)網(wǎng)絡形成。無線網(wǎng)關上電后， 無線協(xié)議棧各層首先進行初始化， 然后通過網(wǎng)絡請求來啟動一個新的網(wǎng)絡(僅具有協(xié)調(diào)器能力且當前還沒有與網(wǎng)絡連接的網(wǎng)關設備才可以建立一個新的網(wǎng)絡)。
組網(wǎng)開始時， 網(wǎng)絡層首先向MAC層請求分配協(xié)議所規(guī)定的信道， 或者由PHY層進行有效信道掃描，網(wǎng)絡層管理實體等待信道掃描結果， 然后根據(jù)掃描結果選擇可允許能量水平的信道。找到合適的信道后，為這個新的網(wǎng)絡選擇一個域網(wǎng)標識符( PAN ID )。
PAN ID可由網(wǎng)絡形成請求時指定， 也可以隨機選擇一個PAN ID (除廣播PAN ID 固定為0xFFFF外) ， PAN ID在所選信道中應該是唯一的。PAN ID一旦選定， 無線網(wǎng)關將選擇16位網(wǎng)絡地址0x0000作為自身短地址，同時進行相關設置。完成設置后， 通過MAC 層發(fā)出網(wǎng)絡啟動請求， 返回網(wǎng)絡形成狀態(tài)。
( 2)網(wǎng)絡維護。網(wǎng)絡維護主要包括設備加入網(wǎng)絡和離開網(wǎng)絡過程。當網(wǎng)絡形成后， 通過網(wǎng)絡管理實體設定MAC 層連接許可標志來判斷是否允許其他設備加入網(wǎng)絡。加入方式有聯(lián)合方式和直接方式， 在協(xié)議實現(xiàn)中采取直接加入網(wǎng)絡方式。這種方式下由待加入的設備發(fā)送請求加入信標幀， 網(wǎng)關接收到后， 網(wǎng)絡管理實體首先判斷這個設備是否已存在于網(wǎng)絡。若存在， 則使其加入網(wǎng)絡; 若不存在， 則向設備發(fā)送信標幀， 為這個設備分配一個網(wǎng)絡中唯一的16位短地址。這里的信標幀是由網(wǎng)關無線協(xié)議MAC層生成作為PHY 層載荷， 它包含PAN ID、加入時隙分配等信息。網(wǎng)內(nèi)設備也可以請求斷開網(wǎng)絡。當網(wǎng)關收到設備斷開連接請求后， MAC 層向網(wǎng)絡層發(fā)送報告， 開始執(zhí)行斷開流程， 從設備列表中刪除該設備相關信息。
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