基于EM250的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡解決方案

本文介紹了ZigBee的協(xié)議框架、各層的功能及ZigBee無線網(wǎng)絡的
組成，闡述了基于Ember公司EM250片上系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡解
決方案，對系統(tǒng)的硬軟件組成及設計進行了仔細的說明。
ZigBee協(xié)議框架
ZigBee協(xié)議是一種低成本、低功耗、低速率嵌入式設備互相間及
與外界網(wǎng)絡通信的組網(wǎng)解決方案，它是ZigBee聯(lián)盟基于IEEE 802.
15.4技術標準物理層和媒體訪問控制層(MAC層)協(xié)議對網(wǎng)絡層協(xié)議
和API進行標準化而制定的無線局域網(wǎng)組網(wǎng)、安全和應用軟件方面
的技術標準。
ZigBee協(xié)議棧結構如圖1所示
ZigBee協(xié)議物理層和媒體訪問控制層采用了IEEE 802.15.4 2003協(xié)議規(guī)范物理層無線頻段為全世界通用
的。2.4GHZ、歐洲適用的868MHz、美國適用的915MHz，使用直接序列擴頻技術，提供27個信道，20Kb/s、4
0Kb/s、250Kb/s三種數(shù)據(jù)速率用于數(shù)據(jù)收發(fā)物理層功能包括了激活和休眠射頻收發(fā)器、信道能量檢測、信
道接收數(shù)據(jù)包的鏈路質量指示、空閑信道*估、收發(fā)數(shù)據(jù)等。
ZigBee的MAC層負責設備間無線數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護和結束，確認模式的數(shù)據(jù)傳送和接收，采用載波偵聽
多址/沖突避免接入方式，數(shù)據(jù)包的最大長度為127字節(jié)，每個數(shù)據(jù)包均由頭字節(jié)和16位CRC校驗值組成。
網(wǎng)絡層為ZigBee協(xié)議棧的核心部分，實現(xiàn)節(jié)點接入或離開網(wǎng)絡、路由查找及傳送數(shù)據(jù)等功能，支持星形、
樹形、網(wǎng)絡三種拓撲結構，網(wǎng)絡拓撲結構根據(jù)具體的ZigBee應用來選擇節(jié)點按功能分為全功能設備(FFD)、
簡化功能設備(RFD)、協(xié)調器(ZCRD)和路由器，協(xié)調器與路由器通常也是全功能設備。
ZigBee的應用層包括了應用支持子層(APS)、ZigBee設備對象(ZDO)和制造商制訂的應用對象應用支持子層
負責維護綁定表，根據(jù)服務和需求在兩個綁定實體間傳遞信息ZDO負責定義設備節(jié)點在網(wǎng)絡中的角色，并負
責網(wǎng)絡設備的發(fā)現(xiàn)，決定提供何種應用服務，還負責初始化或響應綁定請求及建立網(wǎng)絡設備間安全關系。
ZigBee網(wǎng)絡采用多點接入，有使能信標網(wǎng)絡或不使能信標網(wǎng)絡兩種類型使能信標的網(wǎng)絡中，協(xié)調器在預定
義的時隙周期性發(fā)送信標幀用于節(jié)點關聯(lián)、加入網(wǎng)絡、同步傳送數(shù)據(jù)在不使能信標的網(wǎng)絡中，協(xié)調器也周
期性發(fā)送信號，但這只用于終端設備并檢測協(xié)調器的存在，設備要隨時準備好進行點對點通信，通過發(fā)送
數(shù)據(jù)請求和應答進行通信。