ZigBee无线网络传输系统的设计

2018-03-20高祖宇

数字通信世界 2018年7期

高祖宇

（东莞职业技术学院，东莞 523808）

一般情况下，信息传输的主要路径都是依靠基础的通信网络，一旦受外界因素的影响出现不同程度的损坏，就会影响传输信息的完整性。经过长期的研究，无线传输系统逐渐被使用，其中，ZigBee技术是重要的组成部分。因此，研究如何合理科学地设计此系统，对提高无线传输系统的效用十分重要。

1 ZigBee无线系统概述

ZigBee技术是符合IEEE802标准（传输介质上传输数据的方法和网络设备连接的途径）的功耗程度较低的局域网通信协议，也可以称之为紫蜂协议。这一技术的特点，可以分成功耗、成本、效率、距离、延时和容量六点。相比较蓝牙和wi fi系统而言，功耗较低，待机的情况下两节五号电池可支持六到十四个小时。成本上，传输协议的简化降低了对通信控制器的要求，芯片消耗的金额在十元左右。ZigBee的运行效率约在20-250每秒千位节的范围内，可以提供2.4兆赫兹、40kbps等原始数据吞吐率，能够满足传输系统低效率的要求。而适用的距离多为短、近的范围，介乎10-100米之间，且系统反应时间短延时性低，容量也相对较高。

自2012年始，ZigBee的标准统一，以自动化技术和灯控应用信息传递协议为主，进一步地提高了无线传输系统的低功率、低功效和安全[1]。

2 设计ZigBee无线传输系统的方法

现阶段，人们可接触到的无线传输系统以蓝牙等移动无线通信设备为主，像智能手机、电脑等设备都可以支持无线功能，为ZigBee的应用提供了良好的基础支持。为了做好ZigBee无线传输系统的设计工作，可以从以下的三点出发。

2.1 系统结构的设计

ZigBee系统的设计工作中，硬件结构的设计是首要的环节。通常情况下，结构的设计可以分成三个步骤。

2.1.1 芯片和协议结构设计

ZigBee系统的运行系统主要存储在不同功能的芯片上，主控芯片的设计对后期的使用有着直接的影响。市面上流通的芯片类型很多。目前，ZigBee技术的形式有ZigBee RF+MCU、单芯片集成SOC和单芯片内置ZIGBEE协议栈＋外挂芯片三种，在设计选择时，要根据性能的要求，从四个方面进行，分别是微处理器符合标准的8051处理器、ZigBee网状网络拓扑的全功能协议栈、单片机的成本较低以及开发工具的方便性，像CC2430芯片就比较符合这些要求。而协议结构体系的设计上，因ZigBee系统具有协议设计灵活性，可依据实际地需要自行定义，但传输标准上要统一，以IEEE802.15.4标准为主[2]。

2.1.2 协调器结构设计

ZigBee系统可以支持网络站点相互连接形式中的树形拓扑结构、星形拓扑结构和无规则结构三种，其中节点较多、结构较为简单的星形结构使用较广。对于这三种系统结构，协调器结构的设计需要将整体的系统结构划分为高层应用规范、应用汇聚层、网络层以及协议标准层。需要注意地是协调器的协议标准有两种，IEEE802.15.4标准需要设计869MHz/915MHz物理层，而IEEE802.2需设计2.4GHz物理层。最终形成的结构，由计算机设备和协调器通过RS-232通讯接口连接，通信信号经由ZigBee路由器，与终端的节点相连，实现无线传输。

2.1.3 节点结构设计

ZigBee系统的应需要借助协调器运行，而协调结构是依靠各个节点的工作，确保系统稳定和正常。这一部分的节点结构包含了诸多的硬件设备，设计时要综合考量各设备之间的联系和协调。实际的设计环节，先要分成供电模块、RS-232通讯接口、控制电路、无线模拟插座、灯控显示电路和无核心模块六个部分。之后，执行数据采集、转换和传输指令，完成无线网络传输的过程。

2.2 内部系统的设计

通过上述的结构设计，系统内容也要进行设计。在设计时，可分成协调器设计和终端设计。其一，协调器设计。协调器是ZigBee系统的重要部分，属于核心控制模块。在保证结构设计的准确后，内部系统的设计必须围绕职能重点即启动软件，合理地为各个节点分配不超过范围的网络地址，以实现数据的分类和传输处理。具体的流程，先要设计硬件并初始化协议结构，接着启动无线网络，接受和执行指令，再对指令的处理模式进行选择，可分为节点传输和接受数据两种，对应的结果为接受并存储和数据传输到上位机。在这一过程中，终端节点的设计要特别注意，需要确保能够将数据完整地发送给协调器，提高无线传输的准确性。

其二，终端系统设计。ZigBee系统终端的重点就是作为数据的中转站，把前端采集到的数据根据不同的类别和要求，分别传输给协调器的节点。由于终端系统可自行放搜索网络，并链如网络，设计时可以依据系统提示音判断操作的成功与否。设计步骤上，与协调器系统的起始步骤存在相同之处，后续的步骤为自动搜索和接入网络、成功入网、待机、指令接受和执行。