ZigBee的研究開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)方案

　　ZigBee在無(wú)線傳感器領(lǐng)域中受到了人們的密切關(guān)注，主要是由于ZigBee承諾能為可靠、高性價(jià)比和低功率的無(wú)線通信提供全球性統(tǒng)一規(guī)范。并且在目前的無(wú)線設(shè)備市場(chǎng)中，ZigBee聯(lián)盟經(jīng)過(guò)不懈地努力已經(jīng)將ZigBee的地位提升了一大步。僅僅用了幾年的時(shí)間，該聯(lián)盟就發(fā)展了200多家聯(lián)盟成員。 ZigBee芯片組和協(xié)議棧已經(jīng)可以很容易地從許多供貨商那里得到。去年市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)第一套ZigBee終端產(chǎn)品。

　　通過(guò)精心地定義ZigBee規(guī)范中的網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層，ZigBee聯(lián)盟希望獨(dú)立的設(shè)備制造商能夠開(kāi)發(fā)出可以互操作的優(yōu)秀終端產(chǎn)品。成員們對(duì)ZigBee芯片組給予了很高的期望，希望能夠幫助OEM制造商進(jìn)一步降低成本，從而為系統(tǒng)集成商和終端用戶提供低成本的終端產(chǎn)品。

　　隨著市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)以及大量的志愿者投入研究ZigBee規(guī)范，現(xiàn)在已經(jīng)到了將一個(gè)低成本、低功率的無(wú)線通信系統(tǒng)的可行性方案提供給人們的時(shí)候了。本文將討論設(shè)計(jì)和集成一個(gè) ZigBee方案時(shí)應(yīng)該考慮的一些重要因素。文中的許多內(nèi)容來(lái)自MaxStream公司在研發(fā)其首套ZigBee認(rèn)證產(chǎn)品——XBee OEM無(wú)線模塊過(guò)程中所獲取的經(jīng)驗(yàn)。

　　1. ZigBee網(wǎng)絡(luò)

　　ZigBee定義了三種節(jié)點(diǎn)類(lèi)型：協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備。協(xié)調(diào)器可以通過(guò)選擇網(wǎng)絡(luò)的工作信道和個(gè)域網(wǎng)識(shí)別標(biāo)志（PAN ID）來(lái)啟動(dòng)一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)。一旦網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)，路由器和終端設(shè)備就能加入網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器和路由器都能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)射和路由數(shù)據(jù)，并且允許其它的路由器和終端設(shè)備加入。終端設(shè)備不能參與路由數(shù)據(jù)，因此在不發(fā)射和接收數(shù)據(jù)時(shí)可以休眠。當(dāng)設(shè)備加入 ZigBee PAN時(shí)，設(shè)備間的父子關(guān)系即形成，加入的設(shè)備為子，允許加入的設(shè)備為父。一個(gè)簡(jiǎn)單的ZigBee網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

　　2. ZigBee尋址

　　ZigBee設(shè)備支持兩種地址類(lèi)型：一種是64位IEEE地址，另一種是16位網(wǎng)址。64位地址在所有 ZigBee設(shè)備之中是唯一，其中包含一個(gè)由IEEE分配、也是全球唯一的24位制造商特定組織識(shí)別符（OUI）。

　　當(dāng)設(shè)備加入 ZigBee個(gè)域網(wǎng)時(shí)，它可以從允許其加入的父設(shè)備上獲取16位網(wǎng)址。該網(wǎng)址在個(gè)域網(wǎng)內(nèi)被規(guī)定為唯一。該網(wǎng)址用于數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)包路由。用于路由數(shù)據(jù)包的路由表存放著各個(gè)目標(biāo)設(shè)備和下一跳設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址。因此個(gè)域網(wǎng)的各設(shè)備都必須有明確且唯一的網(wǎng)絡(luò)地址，以保證數(shù)據(jù)能到達(dá)正確的設(shè)備。

　　然而，在有些條件下一個(gè)設(shè)備的地址可能會(huì)改變，或者是多個(gè)節(jié)點(diǎn)可能接收到同一個(gè)地址。例如，如果終端設(shè)備被移除或失去與父設(shè)備的聯(lián)系，它就必須重新連接網(wǎng)絡(luò)，這可能導(dǎo)致它接收到一個(gè)新的地址。另外，如果協(xié)調(diào)器被一臺(tái)新設(shè)備所替換，新協(xié)調(diào)器會(huì)不知道哪些地址是之前的協(xié)調(diào)器分發(fā)的。新協(xié)調(diào)器分發(fā)給設(shè)備的地址很容易與已有的網(wǎng)址重疊。

　　ZigBee聯(lián)盟正在加緊研究解決這些地址問(wèn)題的對(duì)策，并將解決方案整合到ZigBee規(guī)范中去。但是，一些協(xié)議棧和模塊提供者，譬如MaxStream公司已經(jīng)研發(fā)出解決這些問(wèn)題的方法。

　　3. ZigBee路由

　　ZigBee包括一個(gè)用于AODV網(wǎng)狀路由的基本框架。如果一個(gè)設(shè)備需要向其它設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，它首先需要發(fā)現(xiàn)一條可能要經(jīng)過(guò)多臺(tái)路由器才能到達(dá)目標(biāo)設(shè)備的路由。網(wǎng)狀路由允許動(dòng)態(tài)地建立、修改或替換傳輸路徑，從而保持設(shè)備間有一條可靠的路徑。

　　然而，除網(wǎng)狀路由之外，ZigBee規(guī)范還經(jīng)常依賴樹(shù)狀路由。在樹(shù)狀路由中，數(shù)據(jù)將在源設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備之間的“樹(shù)”狀路由上嚴(yán)格地按照從父到子或從子到父的路徑傳輸。

　　當(dāng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)或刪除時(shí)路由可能出現(xiàn)問(wèn)題。這時(shí)如果單個(gè)節(jié)點(diǎn)無(wú)法從一條路由中隔離開(kāi)來(lái)，那么整個(gè)樹(shù)狀路由就無(wú)法定位故障點(diǎn)。而網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)就能在現(xiàn)有路由發(fā)生故障時(shí)發(fā)現(xiàn)一條新路由。

　　ZigBee協(xié)議棧按照規(guī)范采用樹(shù)狀和網(wǎng)狀路由的ZigBee 1.0標(biāo)準(zhǔn)而建立。兩種路由之間的交互是相當(dāng)復(fù)雜的，而且協(xié)議棧之間的交互也是不斷變化的。但是，增強(qiáng)型ZigBee規(guī)范（2006）增加了一個(gè)nwkUseTreeRouting功能，該功能可以使整個(gè)樹(shù)狀路由徹底斷開(kāi)，再由（NLME）路由發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求（route-discovery-request）原語(yǔ)根據(jù)需要強(qiáng)制進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)。這些功能可以解決與樹(shù)狀路由相關(guān)的問(wèn)題，并且允許開(kāi)發(fā)商充分發(fā)揮網(wǎng)狀路由的優(yōu)勢(shì)。

　　4. ZigBee互操作性

　　ZigBee規(guī)范包括一些可以用來(lái)定義各種網(wǎng)絡(luò)的配置功能。開(kāi)發(fā)商可以很容易地配置以下參數(shù)：目標(biāo)系統(tǒng)中的路由器和/或終端設(shè)備數(shù)量；安全級(jí)別；路由表和鄰居表規(guī)模；網(wǎng)絡(luò)最大深度（從協(xié)調(diào)器到最遠(yuǎn)派生設(shè)備的連接深度）；協(xié)調(diào)器/父路由器允許的子路由器和終端設(shè)備的最大數(shù)量。