如何實(shí)現(xiàn)將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)升級到ZigBeePRO

時間：2009-07-06 13:07:20

關(guān)鍵字： Zigbee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) BSP 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

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[導(dǎo)讀]ZigBee技術(shù)是一種工作在900MHZ和2.4GHZ頻段的新興無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有中等通訊距離（10米到數(shù)百米），比較靈活經(jīng)濟(jì)的通訊速率（40Kbps到250Kbps），并且有星狀，網(wǎng)狀（MESH），樹狀等多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌偷墓牡忍攸c(diǎn)，所以在當(dāng)今無線通訊技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，占用重要的一席之地，圖一描述了以監(jiān)視和控制為主要應(yīng)用方向的ZigBee技術(shù)，在當(dāng)今新興無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的位置。

ZigBee技術(shù)日趨完善

ZigBee技術(shù)是一種工作在900MHZ和2.4GHZ頻段的新興無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有中等通訊距離（10米到數(shù)百米），比較靈活經(jīng)濟(jì)的通訊速率（40Kbps到250Kbps），并且有星狀，網(wǎng)狀（MESH），樹狀等多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌偷墓牡忍攸c(diǎn)，所以在當(dāng)今無線通訊技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，占用重要的一席之地，圖一描述了以監(jiān)視和控制為主要應(yīng)用方向的ZigBee技術(shù)，在當(dāng)今新興無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的位置。

圖1  ZigBee在新興無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的位置

ZigBee技術(shù)誕生后，經(jīng)歷了一個不斷完善的成長過程，其核心技術(shù)是軟件協(xié)議棧，從2004年2月的第一個版本ZigBee2004，到2007年開發(fā)完成的ZigBee2007，ZigBeePro，歷時4年，不斷完善和不斷改進(jìn)，在網(wǎng)絡(luò)可靠性，網(wǎng)絡(luò)容量，低功耗，抗干擾等多個方面，技術(shù)日趨完善。

圖2 是ZigBee協(xié)議棧升級的歷史

與ZigBee2004、ZigBee2006相比較，ZigBee2007/Pro進(jìn)行了如下技術(shù)上的完善和改進(jìn)：

ZigBee 2007/Pro 是工業(yè)級和商業(yè)級協(xié)議棧
ZigBee 2007/Pro 適合于大型網(wǎng)絡(luò)（超過1000個節(jié)點(diǎn)的大型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）
ZigBee 2007/Pro 改進(jìn)了路由方式，是路由更加可靠，路由表格更加節(jié)省內(nèi)存。
ZigBee 2007/Pro  增加了高級跳頻技術(shù)，具有超強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力。
ZigBee 2007/Pro  可以分包傳輸長數(shù)據(jù)包。
ZigBee 2007/Pro  提供商業(yè)級的加密通訊。

ZigBee2007規(guī)范定于了兩套高級的功能指令集（feature set）：分別是ZigBee功能命令集和ZigBeePro功能命令集。（ZigBee2004和2006都沒有和不兼容這兩套新的命令集）。
ZigBee協(xié)議棧模式(Stack Profile 1) 是2006發(fā)布，目標(biāo)是消費(fèi)電子產(chǎn)品和燈光商業(yè)應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計(jì)簡單，使用在少于300個節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。

ZigBeePro協(xié)議棧模式 (Stack Profile 2) 發(fā)布在2007年目標(biāo)是商業(yè)和工業(yè)環(huán)境，支持大型網(wǎng)絡(luò)，1000個以上網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)更好的安全性。

圖3 是ZigBee2007協(xié)議棧的新結(jié)構(gòu)

升級到ZigBee 2007/PRO對無線單片機(jī)的硬件要求

ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的基本部件包括協(xié)調(diào)者（coordinator）路由器(router) 和終端節(jié)點(diǎn)( end device)，這些基本部件的核心都是一個完整的，具有IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)無線收發(fā)器和微處理器（單片機(jī)）的片上系統(tǒng)SoC(也稱為無線單片機(jī))，由于ZigBee2007和ZigBeePro軟件協(xié)議棧比較復(fù)雜，需要較大的內(nèi)存空間和較大的運(yùn)算處理能力，所以，需要無線單片機(jī)具有這樣的能力，才能升級到ZigBee 2007/Pro協(xié)議棧，表一是部分可以升級到ZigBee2007/Pro的無線單片機(jī)系統(tǒng)。

目前市場上的一些無線單片機(jī)由于設(shè)計(jì)定位和推出時間等原因，不能升級到ZigBee 2007和ZigBeePro，對于8051內(nèi)核的8位無線單片機(jī)，如果閃存少于128K，一般不能不能升級到ZigBee 2007 ( 例如CEL公司最近推出的具有8051內(nèi)核的ZIC2410 無線單片機(jī)，內(nèi)存只要96K，所以不能升級到ZigBee2007)，另外采用TINY OS和CC2420組成的系統(tǒng)，由于缺乏TI和FREESCALE公司的支持，也很難很快升級到ZigBeePro協(xié)議棧。

將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)升級到ZigBee PRO的具體步驟

當(dāng)你選擇了具有升級能力的ZigBee無線單片機(jī)系統(tǒng)后，升級你的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)到功能強(qiáng)大的最新ZigBeePro協(xié)議棧，是一件不困難的事情，這是因?yàn)镕REESCALE和TI公司強(qiáng)大的技術(shù)開發(fā)團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)將ZigBee2007和ZigBeePro的龐大的而且復(fù)雜的技術(shù)規(guī)范，做成了完整的軟件代碼包和容易使用的API命令，各種直觀的表演和測試軟件，讓任何熟悉單片機(jī)的工程師，都很容易上手和入門。

下面，讓我們來看看一個典型升級的過程：
第一步，你需要去Freescale公司和TI公司網(wǎng)站，下載完整的ZigBeePro協(xié)議棧包裝，可能有幾十兆的大小，可能需要簡單的注冊，但是都是完全是免費(fèi)使用的。

第二步，你需要選擇一個具有ZigBeePro開發(fā)能力的開發(fā)系統(tǒng)，表1列出了部分系統(tǒng)，使用國產(chǎn)化的開發(fā)系統(tǒng)，最大的好處在于可以方便的獲得技術(shù)支持和服務(wù)。圖四是一個典型的深圳無線龍科技公司生產(chǎn)的ZigBeePro開發(fā)系統(tǒng)。

圖4 典型的ZigBeePRO國產(chǎn)化開發(fā)平臺

第三步，你需要下載編譯調(diào)試工具，表1的列出系統(tǒng)都是使用IAR公司的強(qiáng)大開發(fā)平臺，你可以到IAR公司網(wǎng)頁下載評估版和快速開始評估系統(tǒng)，都是免費(fèi)的。安裝這些系統(tǒng)是非常容易的事情。
第四步，編譯和調(diào)試，從IAR編譯調(diào)試平臺，打開各種ZigBeePro的工程文件，你可以看得各種已經(jīng)做好的軟件代碼，這些代碼就是神秘的ZigBeePro協(xié)議棧和各種應(yīng)用接口軟件代碼和工程文件，圖五是一個打開文件的實(shí)例。

圖5  典型的ZigBeePro工程文件和代碼

然后，你可以隨意在這個源代碼的工程上，添加你的應(yīng)用代碼，例如：“采集一個節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù) ，通過ZigBeePro網(wǎng)絡(luò)多跳路由發(fā)送到主機(jī)”“數(shù)據(jù)鏈因?yàn)楦蓴_中斷，立即將網(wǎng)絡(luò)跳頻到其他干凈頻段”…..等等高級功能，都可以通過軟件代碼輕松和容易的立即實(shí)現(xiàn)。

然后你使用開發(fā)系統(tǒng)的在線仿真器，將你修改，編譯的代碼，下載到無線傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，并采用IAR強(qiáng)大的差錯調(diào)試功能，進(jìn)行代碼測試運(yùn)行和修改。

第五步：將代碼分別下載到你的協(xié)調(diào)者（coordinator）路由器(router) 和終端節(jié)點(diǎn)( end device)，然后開始運(yùn)行你的應(yīng)用，可能是開關(guān)一個燈泡，也可能是監(jiān)視煙霧報(bào)警器，也可能控制一個馬達(dá)…..，你會發(fā)現(xiàn)，你可以輕松控制你的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任何路由器和節(jié)點(diǎn)。

到這里我們祝賀你，你已經(jīng)完成了ZigBeePro無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的升級過程，過程如此的輕松，并不是像網(wǎng)絡(luò)上有些文章講，ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)這樣的東西太復(fù)雜，只適合國外高技術(shù)環(huán)境，不適用于國內(nèi)弱技術(shù)環(huán)境。

我們認(rèn)為，任何熟悉單片機(jī)和嵌入式的電子工程師，軟件工程師，都可以借助成熟的ZigBee協(xié)議棧和國產(chǎn)化的開發(fā)系統(tǒng)，輕松駕馭ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，也可以很容易將自己的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)升級到最新的功能強(qiáng)大ZigBeePro，ZigBee2007無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。