融合GPRS技術的ZigBee無線網(wǎng)絡

主控制微處理器連接有CAN總線收發(fā)器和CAN總線控制器，它們可以和本地控制單元有線連接，并且通過CAN總線協(xié)議和網(wǎng)絡協(xié)調器進行數(shù)據(jù)交換，再通過網(wǎng)絡協(xié)調器與ZigBee網(wǎng)絡進行局域數(shù)據(jù)交換或者通過GPRS進行廣域數(shù)據(jù)交換。CAN總線模塊采用Microchip公司的MCP2515和MCP2551組合實現(xiàn)，通過CAN總線模塊可以和本地控制單元實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互以實現(xiàn)應用工業(yè)控制或者科學醫(yī)療樓宇自動化控制等應用，CAN應用符合CAN2．0B總線規(guī)范。

對于射頻電路來說，器件的相互干擾成為一種敏感的負面因素，本混合系統(tǒng)網(wǎng)絡協(xié)調器由于包含了兩種射頻單元因而這個考慮變得更加重要，在PCB設計中，兩個射頻部分在布線的時候采取了分開布局的考慮，而且在射頻部分各自加裝了金屬板屏蔽以避免射頻的相互干擾，并在軟件設計時避免兩種射頻的同時發(fā)射或接收。
本混合系統(tǒng)的測試系統(tǒng)為RFD器件，RFD器件只進行數(shù)據(jù)的收發(fā)，并通過CAN總線收發(fā)器和局部控制單元進行數(shù)據(jù)交互。RFD器件的收發(fā)頻率和混合系統(tǒng)網(wǎng)絡協(xié)調器的ZigBee單元的收發(fā)頻率一致，應用802．15．4標準實現(xiàn)初始化和接入ZigBee網(wǎng)絡，實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡的組網(wǎng)和數(shù)據(jù)收發(fā)。
3．3 GPRS-ZigBee混合系統(tǒng)網(wǎng)絡協(xié)調器的軟件設計
3．3．1 ZigBee模塊軟件結構
ZigBee協(xié)議棧是基于OSI模型分層設計，分為驅動層、協(xié)議層和應用層。驅動層主要提供硬件控制和相應的接口，協(xié)議層主要包括基于802．15．4協(xié)議的物理層數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層，應用層調用協(xié)議層提供的服務，完成系統(tǒng)操作并和其他模塊通訊。
3．3．1．1 驅動層的設計
驅動層的設計主要是CCl000的驅動設計，CCl000可以由PDATA、PCLK和PALE實現(xiàn)通信配置，并由DIO和DCLK完成數(shù)據(jù)的傳輸。一個完整的CCl000配置要求發(fā)送29個數(shù)據(jù)幀，每個16位(7個地址位、1個讀／寫位和8個數(shù)據(jù)位)。驅動層的CCl000驅動以及驅動層和協(xié)議層的接口在AtMegal28中軟件實現(xiàn)。
3．3．1. 2 協(xié)議層的設計
協(xié)議層主要完成網(wǎng)絡的組成和網(wǎng)絡成員的管理，其中物理層主要負責物理層數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，MAC層主要負責幀控制和數(shù)據(jù)校驗，網(wǎng)絡層主要負責網(wǎng)絡的組建和網(wǎng)絡成員管理，本設計為一個網(wǎng)絡協(xié)調器和多個網(wǎng)絡節(jié)點組成的星型網(wǎng)絡，在組建網(wǎng)絡前網(wǎng)絡協(xié)調器首先檢查網(wǎng)絡環(huán)境，掃描網(wǎng)絡信道，發(fā)送組網(wǎng)廣播，通告網(wǎng)絡的PAN ID以及自己的64位MAC地址，等待網(wǎng)絡節(jié)點設備的連接請求，并依次登錄網(wǎng)絡節(jié)點設備。網(wǎng)絡節(jié)點掃描信道，向網(wǎng)絡協(xié)調器發(fā)出登錄或者離開請求，等待網(wǎng)絡協(xié)調器將該節(jié)點加入或刪除出網(wǎng)絡。
節(jié)點申請加入時搜索信道空閑狀態(tài)，發(fā)送信標幀，在接收到多個帶有鏈路質量信號參數(shù)的信標幀后，選取鏈路質量較好的節(jié)點并向協(xié)調器發(fā)出入網(wǎng)請求幀，協(xié)調器準許后會分配網(wǎng)內短地址給該節(jié)點。每個節(jié)點都有一個鄰居表，并且可以對其動態(tài)維護，在該鄰居表中含有一個父節(jié)點地址(除了根節(jié)點外)和多個子節(jié)點地址(除了葉結點外)，如此依次處理，則所有節(jié)點都登錄形成無線網(wǎng)絡，同理，一個節(jié)點離開網(wǎng)絡時，將向其父節(jié)點發(fā)送請求幀，父節(jié)點在接收到請求后會將該節(jié)點從網(wǎng)絡中摘除并向子節(jié)點發(fā)送響應幀。

網(wǎng)內傳播的信息幀有四種類型，分別為信標幀、數(shù)據(jù)幀、命令幀和確認幀。以通用NWK幀為例，信息幀的格式為：