基于ZigBee網(wǎng)與以太網(wǎng)間數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究

　　(1)首先啟動系統(tǒng)并初始化ZigBee網(wǎng)的各個節(jié)點，事件喚醒節(jié)點采集數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)化為電信號，然后經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換打包為ZigBee數(shù)據(jù)包，通過ZigBee收發(fā)單元發(fā)送數(shù)據(jù)包到網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)如接收成功將返回一個成功信息并進行繼續(xù)的數(shù)據(jù)包傳輸處理，直至整個數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。反之不成功，程序就返回到繼續(xù)發(fā)送ZigBee數(shù)據(jù)包，直至完成整個傳輸規(guī)定的次數(shù)同時報錯。

　　(2)網(wǎng)關(guān)接收到ZigBee數(shù)據(jù)包后，經(jīng)過微處理器的處理，解包出ZigBee數(shù)據(jù)包中有用的數(shù)據(jù)，并將其寫入到RTLS019AS芯片控制器中，轉(zhuǎn)換為TCP/IP數(shù)據(jù)包，發(fā)送給以太網(wǎng)絡(luò)。這時如果發(fā)送成功，就會返送回一個信息提示操作完畢，否則程序就繼續(xù)返回到網(wǎng)關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)到以太網(wǎng)絡(luò)，直至完成整個傳輸規(guī)定的次數(shù)同時報錯。

　　4 ZigBee網(wǎng)協(xié)議結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

　　4.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)體系

　　要研究數(shù)據(jù)傳輸必須先了解ZigBee網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，按照OSI模型可分為4層，從下往上分別是物理層、媒體訪問控制層(MAC)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)/安全層和應(yīng)用層(APL)。其中物理層與MAC層使用的是IEEE802.15.4協(xié)議標準，而網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層則是由ZigBee聯(lián)盟制定的。體系的每一層向它的上面層提供數(shù)據(jù)服務(wù)或管理服務(wù)。ZigBee的應(yīng)用層支持子層(APS)、ZigBee設(shè)備對象和制造商定義的應(yīng)用對象組成。

　　4.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓撲

　　ZigBee支持含有主從設(shè)備的星型、樹形和對等型的3種拓撲結(jié)構(gòu)。其中星型網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點均需通過協(xié)調(diào)器節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)，協(xié)調(diào)器在網(wǎng)絡(luò)中起到了網(wǎng)絡(luò)管理的作用;樹形網(wǎng)絡(luò)中包含協(xié)調(diào)器節(jié)點路由節(jié)點跟終端節(jié)點，路由節(jié)點作用則是完成路由功能，路由節(jié)點將信息轉(zhuǎn)發(fā)到協(xié)調(diào)器節(jié)點，通過協(xié)調(diào)器節(jié)點才能將信息傳遞給終端節(jié)點;而對于對等型網(wǎng)絡(luò)，它的節(jié)點彼此相通，每個節(jié)點都具有轉(zhuǎn)發(fā)功能，一般對于大面積的監(jiān)測，可以采用對等網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。而星型和樹形網(wǎng)絡(luò)則多是用于一對多的短距離數(shù)據(jù)采集與傳輸上面。

　　4.3 ZigBee協(xié)議結(jié)構(gòu)

　　ZigBee節(jié)點通過路由獲取來自網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多元化采集信息，并自下而上通過各協(xié)議層次的規(guī)范化進行解析。其轉(zhuǎn)換途徑為ZigBee網(wǎng)方面的物理層(PHY)、MAC層→網(wǎng)絡(luò)層(NWK)→應(yīng)用支持子層(APS)、應(yīng)用層(APL)。為使傳感器所采集的數(shù)據(jù)上傳至處理中心，網(wǎng)關(guān)必須接入以太網(wǎng)，故以太網(wǎng)方面的轉(zhuǎn)換途徑為應(yīng)用層→傳輸層(TCP)→地址尋址層(IP)→以太網(wǎng)幀接入層(網(wǎng)卡)。綜上所述網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)軟件與支撐軟件運行就是各層協(xié)議的分別執(zhí)行，各層協(xié)議根據(jù)其接入和服務(wù)對象的業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)要求，按照各層協(xié)議的規(guī)范與標準，完成業(yè)務(wù)類型確定、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)幀封裝等一系列操作，最終由網(wǎng)卡模塊實現(xiàn)接入功能。協(xié)議模型如圖5所示。

　　圖5 協(xié)議轉(zhuǎn)換模型

　　4.4網(wǎng)間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

　　協(xié)議轉(zhuǎn)換是前提，但根本的作用是實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀在兩個不同類型網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換，要將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀用兩種協(xié)議規(guī)則實現(xiàn)各自的轉(zhuǎn)換方式，并在兩個網(wǎng)絡(luò)中進行傳輸。轉(zhuǎn)換規(guī)則和格式各不相同，ZigBee數(shù)據(jù)幀的解析過程是自下而上通過各種協(xié)議層的規(guī)范來進行數(shù)據(jù)幀解析，各層數(shù)據(jù)幀的格式如圖6所示。

　　圖6 ZigBee數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換示意圖

　　在物理層中脫去本層的同步幀頭和物理層幀頭后，形成上述MAC層的數(shù)據(jù)單元(MPDU);在MAC層里脫去本層的幀頭和幀尾后又形成網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)單元(NPDU)，在NWK層里脫去本層的幀頭后又形成應(yīng)用支持子層的數(shù)據(jù)單元(APDU)，在應(yīng)用支持子層直到應(yīng)用層解析為原始數(shù)據(jù)。在以太網(wǎng)中的數(shù)據(jù)幀形成過程是自上而下通過以太網(wǎng)各協(xié)議層的規(guī)范來進行數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換的，過程如圖7所示。

　　圖7 Tthernet數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換示意圖

　　5結(jié)束語

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展ZigBee技術(shù)使用范圍越來越廣泛，目前ZigBee技術(shù)已成為短距離數(shù)據(jù)無線傳輸應(yīng)用中的常用技術(shù)，本文將該技術(shù)應(yīng)用于ZigBee網(wǎng)到以太網(wǎng)間的數(shù)據(jù)傳輸。探討了從ZigBee節(jié)點的設(shè)計到網(wǎng)關(guān)的設(shè)計，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲、傳輸?shù)浇邮者@一系列的過程，成功的實現(xiàn)了兩個不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)間數(shù)據(jù)的傳輸。說明了采用Zig Bee技術(shù)來實現(xiàn)短距離、低功耗、低成本的傳輸體系，是最佳選擇。通過對數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的進一步研究，對于加速物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推廣應(yīng)用，具有重要的現(xiàn)實意義。