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转 如何实现将无线传感器网络升级到ZigBee PRO  

2012-05-03 19:20:05|  分类: 物联网 |  标签: |举报 |字号 订阅

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一、ZigBee 技术日趋完善
          ZigBee技术是一种工作在900MHZ和2.4GHZ频段的新兴无线网络技术,具有中等通讯距离 (10米到数百米),比较灵活经济的通讯速率(40Kbps到250Kbps),并且有星状,网状(MESH),树状等多种网络拓扑,低的功耗等特点,所以在当今无线通讯技术和无线网络技术领域,占用重要的一席之地,图一描述了以监视和控制为主要应用方向的ZigBee技术,在当今新兴无线网络技术中的位置。

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 图1 ZigBee在新兴无线网络技术中的位置


ZigBee技术诞生后,经历了一个不断完善的成长过程,其核心技术是软件协议栈,从2004年2月的第一个版本ZigBee 2004,到2007年开发完成的ZigBee 2007,ZigBee PRO,历时4年,不断完善和不断改进,在网络可靠性,网络容量,低功耗,抗干扰等多个方面,技术日趋完善。


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 图2是ZigBee协议栈升级的历史


           与ZigBee 2004、ZigBee 2006相比较,ZigBee 2007/pro进行了如下技术上的完善和改进:
ZigBee 2007/pro 是工业级和商业级协议栈
ZigBee 2007/pro 适合于大型网络(超过1000个节点的大型无线传感器网络)
ZigBee 2007/pro 改进了路由方式,是路由更加可靠,路由表格更加节省内存。
ZigBee 2007/pro  增加了高级跳频技术,具有超强网络抗干扰能力。
ZigBee 2007/pro  可以分包传输长数据包。
ZigBee 2007/pro  提供商业级的加密通讯。
ZigBee-2007 规范定于了两套高级的功能指令集( feature set):分别是ZigBee 功能命令集和ZigBee PRO 功能命令集。(ZigBee 2004和2006都没有和不兼容这两套新的命令集)。
        ZigBee 协议栈模式(Stack Profile 1) 是2006发布,目标是消费电子产品和灯光商业应用环境,设计简单,使用在少于300个节点的网络。
       ZigBee PRO协议栈模式 (Stack Profile 2) 发布在 2007年目标是商业和工业环境,支持大型网络,1000个以上网络节点,相应更好的安全性。

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  图3是ZigBee 2007协议栈的新结构
 
升级到ZigBee 2007/PRO对无线单片机的硬件要求
         ZigBee无线网络的基本部件包括协调者(coordinator )路由器(router) 和终端节点( end device),这些基本部件的核心都是一个完整的,具有IEEE802.15.4标准无线收发器和微处理器(单片机)的片上系统SoC(也称为无线单片机),由于ZigBee 2007和ZigBee RO软件协议栈比较复杂,需要较大的内存空间和较大的运算处理能力,所以,需要无线单片机具有这样的能力,才能升级到ZigBee 2007/PRO协议栈,表一是部分可以升级到ZigBee2007/PRO的无线单片机系统。

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 目前市场上的一些无线单片机由于设计定位和推出时间等原因,不能升级到ZigBee 2007和ZigBee PRO , 对于8051内核的8位无线单片机,如果闪存少于128K,一般不能不能升级到ZigBee 2007 ( 例如CEL公司最近推出的具有8051内核的ZIC2410 无线单片机,内存只要96K, 所以不能升级到ZigBee 2007), 另外采用TINY OS 和CC2420组成的系统,由于缺乏TI和FREESCAL公司的支持,也很难很快升级到ZigBee PRO协议栈。

 

将无线传感器网络升级到ZigBee PRO的具体步骤
       当你选择了具有升级能力的ZigBee无线单片机系统后,升级你的无线传感器网络系统到功能强大的最新ZigBee PRO协议栈,是一件不困难的事情,这是因为FREESCAL和TI公司强大的技术开发团队,已经将ZigBee 2007和ZigBee PRO的庞大的而且复杂的技术规范,做成了完整的软件代码包和容易使用的API命令,各种直观的表演和测试软件,让任何熟悉单片机的工程师,都很容易上手和入门。
     下面,让我们来看看一个典型升级的过程:
      第一步,你需要去  Freescale公司和TI公司网站,下载完整的ZigBee PRO协议栈包装,可能有几十兆的大小,可能需要简单的注册,但是都是完全是免费使用的。
      第二步,你需要选择一个具有ZigBee PRO开发能力的开发系统,表1列出了部分系统,使用国产化的开发系统,最大的好处在于可以方便的获得技术支持和服务。图四是一个典型的无线龙通讯公司生产的ZigBee PRO开发系统。

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图4 典型的ZigBee PRO国产化开发平台


第三步,你需要下载编译调试工具,表1的列出系统都是使用IAR公司的强大开发平台,你可以到IAR公司网页下载评估版和快速开始评估系统,都是免费的。安装这些系统是非常容易的事情。


      第四步,编译和调试,从IAR编译调试平台,打开各种ZigBee PRO的工程文件,你可以看得各种已经做好的软件代码,这些代码就是神秘的ZigBee PRO协议栈和各种应用接口软件代码和工程文件,图五是一个打开文件的实例。
图5  典型的ZigBee PRO 工程文件和代码
        然后,你可以随意在这个源代码的工程上,添加你的应用代码,例如:“采集一个节点的温度数据 ,通过ZigBee PRO网络多跳路由发送到主机”“数据链因为干扰中断,立即将网络跳频到其他干净频段”…..等等高级功能,都可以通过软件代码轻松和容易的立即实现。
       然后你使用开发系统的在线仿真器,将你修改,编译的代码,下载到无线传感器节点内部,并采用IAR强大的差错调试功能,进行代码测试运行和修改。
     第五步:将代码分别下载到你的协调者(coordinator )路由器(router) 和终端节点( end device),然后开始运行你的应用,可能是开关一个灯泡,也可能是监视烟雾报警器,也可能控制一个马达…..,你会发现,你可以轻松控制你的无线传感器网络内的任何路由器和节点。
       到这里我们祝贺你,你已经完成了ZigBee PRO无线传感器网络的升级过程,过程如此的轻松,并不是像网络上有些文章讲,ZigBee无线网络技术这样的东西太复杂,只适合国外高技术环境,不适用于国内弱技术环境。
       我们认为,任何熟悉单片机和嵌入式的电子工程师,软件工程师,都可以借助成熟的ZigBee协议栈和国产化的开发系统,轻松驾驭ZigBee网络技术,也可以很容易将自己的无线传感器网络升级到最新的功能强大ZigBee PRO,ZigBee 2007无线传感器网络技术。


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