Zigbee无线组网技术的研究

冯艳如 孙运强

(中北大学 太原 030051)

0 引言

目前，短距离无线通信技术已成为无线通信技术的一个重要分支，这是因为在现实生活中，存在着许多这样的应用情况，系统所传输的数据通常为小量的突发信号，即数据特征为数据量小，要求进行实时传送，所以我们提出来zigbee 技术，它是一组基于IEEE 批准通过的802.15.4 无线标准研制开发的，zigbee 主要用在短距离无线控制系统，传输少量的控制信息，例如，在智能家居领域中，zigbee 可以用来传输控制灯亮或灯灭的控制信息。基于zigbee 的无线网络所使用的工作频段为868MHz、915MHz、2.4GHz，最大数据传输速率为250kbps。

现在ZigBee 技术已经成为研究的新热点，其弥补了短距离无线通信技术应用研究的空白，该在不久的未来，基于ZigBee 技术的产品将会将同计算机、互联网一样融入人们生活的每一个角落，给人们的生活带来方便和快捷。

1 cc2530 简介

进行zigbee2007 无线网络的开发，需要有相关的硬件和软件，在硬件方面，T1 公司推出了完全支持zigbee2007 的单片机cc2530，其正常工作需要的电压是2 ～3.6V，一般输入电压典型值为3.3V，ADC 接口是方便用户进行AD 采样实验，RS232 接口是串口通信电路接口，可以方便用户进行串口实验，在zigbee 网络实验过程中，可以使用串口输出相应的数据，仿真接口可以实现程序的在线仿真、调试、下载功能，天线接口用于实现无线信号的接收，图1 为cc2530-EB 开发板硬件图。

图1 cc2530-EB 开发板硬件图

2 zigbee 介绍

Zigbee 是一种短距离双向的无线通信技术，技术特点可以概括为四低，低复杂度，低功耗，低数据速率和低成本，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。Zigbee 的协议栈采用的是OSI分层结构，其中物理层(PHY)，媒体接入层(MAC)，链路层(LLC)，由IEEE802.15.4 工作小组制定，而网络层和应用层由zigbee 联盟制定，在Zigbee 协议规范中，应用层(APL)分为三个部分，应用支持子层、设备配置层和用户自己开发的应用程序。

Zigbee 是以一个个独立的工作节点为依托，通过无线通信组成星状、片状或网状网络，为降低成本，系统中大部分的节点为子节点，从组网通信上，它只是其功能的一个子集，称为精简功能设备;而另外还有一些节点，负责与所控制的子节点通信、汇集数据和发布控制，或起到通信路由的作用，称之为全功能设备(也称为协调器)，如下图所示:

协调器节点作为zigbee 网络的核心节点，每个zigbee 传感器网络都必须具有唯一的协调器节点设备，在zigbee 网络中起到了主导作用，由FFD 设备实现协调器功能，协调器设备在整个网络中的作用是网络的建立者和管理者，负责信道的选择、网络的建立和节点的加入或退出。

3 zigbee 组网研究

当建立一个新的网络时，必须告知协调器如何创建源端点和目标端点之间的链路。ZigBee 协议定义了一个称为端点绑定的特殊过程。作为绑定过程的一部分，一个远程网络或一个类似于设备管理器的节点会请求协调器修改其绑定表。协调器节点维护一个基本上包含两个或多个端点之间的逻辑链路的绑定表。每个链路根据其源端点和群集ID 来唯一定义。收到设备请求接入网络命令，网络协调器判断是否允许其加入自己的网络。若同意，为设备分配该网络一个地址，可以是该网络中独一无二的16 位短地址，也可以是设备本身的64 位长地址。图2 为星型网络组建流程图。

图2 星型网络组建流程图

Zigbee 组网过程中，所有节点都使用CC2530芯片作为中央处理芯片，改芯片集成了一个加强型的8051 单片机，在研究过程中使用IAR Embedded Workbench 作为节点设备的软件开发平台。TI公司为ZigBee 技术的开发人员提供了幵源的Z-stack协议栈，在此协议栈上进行ZigBee 应用的开发能够有效缩短开周期、提高开发效率。IAR 软件开发环境如图3所示。

图3 IAR 软件开发环境

通常只有网络协调器才能建立一个新的无线传感器网络。协调器可通过向网络层发送网络形成请求原语请求建立新网络，收到请求原语后，网络层管理实体会向MAC 子层请求对某一指定通道或是默认的可利用通道进行能量检测扫描，扫描的结果将通过MAC 子层回复的扫描确认原语被返回。

若返回的结果为能量检测扫描成功，网络层管理实体会根据能量测试的结果，抛弃那些能量值在可接受标准之上的通道。接着，网络管理实体第二次发布扫描请求原语进行主动扫描。通过主动扫描即可完成对其他Zigbee 设备的查找。为了确定建立新网络的最佳通道，网络层管理实体将审查返回的个域网描述符表，并找出ID 表中编号最低的通道。网络协调器建立了新的网络后，可允许其他设备加入到网络中。若协调器想将其他新设备加入到网络中，可通过向网络层发布允许加入请求原语来启动加入操作。

4 结语

无线组网通信是当今工业控制、计算机应用、家庭自动化等方面技术发展的一个热点，而低功耗、低成本的无线网络要求令Zigbee 应运而生;高度集成化的软、硬件架构和产品，也使应用人员如虎添翼，更快、更方便地进行最终产品设计。这些显示出Zigbee 具有超强的生命力和优势，应用前景十分看好。

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