ZigBee2006协议栈的无线传感执行网络构建

　　1 ZigBee技术及ZigBee2006协议栈简介

　　1.1 ZigBee技术概述

　　ZigBee技术是一种短距离、低速率的无线通信技术。由于其短距离、低速率及可以实时定位等特点，被广泛应用于医疗、智能家居、智能建筑、工业自动化、智能空间等领域。

　　1.2 ZigBee2006协议栈简析

　　ZigBee通信协议的基础是IEEE 802.15.4。这是IEEE无线个人区域网工作组的一项标准，被称作IEEE 802.15.4标准。该标准定义了物理层(PHY)和媒体访问控制层(MAC)的标准。ZigBee联盟则定义了ZigBee协议的网络层(NWK)、应用层(APL)和安全服务规范[13]。

　　TI/Chipcon公司在IEEE 802.15.4标准和ZigBee联盟所推出的ZigBee2006规范的基础上，发布了全功能的ZigBee2006协议栈，并通过了ZigBee联盟的认证。该协议栈全部用C语言编写，免费提供给用户，同时向后兼容。该协议栈在结构上分为应用层、网络层、安全层、MAC层和物理层，每一层的函数都严格按照IEEE 802.15.4标准和ZigBee2006规范所规定的原语格式编写[45]。与此同时，在协议栈内部还嵌入了一个操作系统，用于对任务进行统一的调度。对于用户而言，只需要了解应用层函数并进行恰当的调用，就可以构建功能完善、性能稳定的ZigBee无线网络。

　　2 系统方案设计

　　ZigBee无线传感执行网络必须要有一个协调器作为整个网络的传输与控制中心，另外还要有若干路由器和终端节点。它有3种最基本的连接方式：星状连接、网状连接和串状连接[6]，如图1所示。

　　星状连接方式比较简单，只能组建包含较少节点的无线网络，各个终端节点通过协调器实现网络连接。网状连接中任意节点之间都可以传递信息。串状连接中增加了若干路由器，用于对数据进行转发。

　　在ZigBee2006全功能协议栈中，网络连接方式的选择可通过在nwk_globals.c和nwk_globals.h中对STACK_PROFILE_ID的设置来实现。STACK_PROFILE_ID有3种量，分别对应着星状连接、网状连接和树状连接网络。

　　系统在nwk_globals.h中加入如下语句，从而在家庭环境中构建星状结构的ZigBee无线传感执行网络：

　　#define STACK_PROFILE_ID GENERIC_STAR

　　系统的整体结构如图2所示。

　　系统中布置有一个协调器与PC机相连，同时布置有若干终端节点或路由器，使其连接温度、湿度和光敏电阻等传感器来监测房间环境。另外，房间中还布置有一些终端节点与执行器连接，用于控制窗帘的开关、台灯的亮灭等。协调器和终端节点在房间内组成了一个星状结构的ZigBee无线传感执行网络。

　　系统的整体工作过程是：首先由协调器节点成功创建ZigBee网络，然后等待终端节点加入。当终端节点及传感器上电后，会自动查找空间中存在的ZigBee网络，找到后即加入网络，并把该节点的物理地址发送给协调器。协调器把节点的地址信息等通过串口发送给计算机进行保存。