基于精簡(jiǎn)協(xié)議棧的ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)研究

1、基于精簡(jiǎn)協(xié)議棧的ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)研究摘要：實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程電路對(duì)所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫(kù)仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte引言ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、低復(fù)雜度的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。ZigBee在整個(gè)協(xié)議棧中處于網(wǎng)絡(luò)層

2、的位置，其下是由IEEE 802.15.4規(guī)范實(shí)現(xiàn)PHY（物理層）和MAC（媒體訪問(wèn)控制層），對(duì)上ZigBee提供了應(yīng)用層接口。ZigBee可以組成星形、網(wǎng)狀、樹(shù)形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，可用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的組網(wǎng)以及其他無(wú)線應(yīng)用。ZigBee工作于2.4 GHz的免執(zhí)照頻段，可以容納高達(dá)65 000個(gè)節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)的功耗很低，單靠2節(jié)5號(hào)電池就可以維持工作624個(gè)月。除此之外，它還具有很高的可靠性和安全性。這些優(yōu)點(diǎn)使基于ZigBee的WSN廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、消費(fèi)性電子設(shè)備、汽車(chē)自動(dòng)化、家庭和樓宇自動(dòng)化、醫(yī)用設(shè)備控制等。ZigBee協(xié)議由ZigBee聯(lián)盟制定，是ZigBee的核心。目前國(guó)外帶有

3、ZigBee協(xié)議棧的全功能開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的價(jià)格非常高昂，而且ZigBee/802.15.4協(xié)議棧全部只提供二進(jìn)制/不可修改的目標(biāo)代碼庫(kù)供用戶(hù)使用。本文研究的ZigBee精簡(jiǎn)版協(xié)議棧代碼開(kāi)放，在某些應(yīng)用中可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)版協(xié)議棧的效果，但是費(fèi)用卻低很多，因此具有較高的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。1 ZigBee精簡(jiǎn)協(xié)議棧簡(jiǎn)介美國(guó)密西西比州立大學(xué)的Robert Reese教授出于教學(xué)、科研目的開(kāi)發(fā)出一套精簡(jiǎn)版（subset）ZigBee協(xié)議棧。標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧和精簡(jiǎn)協(xié)議棧的功能對(duì)比如表1所列，可以看出，精簡(jiǎn)協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)了ZigBee的主要功能。國(guó)內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)在此精簡(jiǎn)協(xié)議上進(jìn)行擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)了一些其原本不具備的功能。這里再補(bǔ)充

4、一些術(shù)語(yǔ)概念，這有助于理解協(xié)議棧的代碼結(jié)構(gòu)。IEEE Address節(jié)點(diǎn)的8位802.15.4網(wǎng)絡(luò)地址，也稱(chēng)為長(zhǎng)地址。Network Address節(jié)點(diǎn)的2位網(wǎng)絡(luò)地址，也稱(chēng)短地址。PAN個(gè)人局域網(wǎng)。PAN ID個(gè)人局域網(wǎng)標(biāo)識(shí)符。HAL協(xié)議棧物理抽象層。PHY協(xié)議棧物理層。MAC協(xié)議棧媒體訪問(wèn)控制層。NWK協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層。APS協(xié)議棧應(yīng)用支持層。APL協(xié)議棧應(yīng)用層。精簡(jiǎn)協(xié)議棧的代碼結(jié)構(gòu)如表2所列。表1500)this.style.width=500; border=0 /表2500)this.style.width=500; border=0 /2 ZigBee協(xié)議編程對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)，最重要的是

5、協(xié)議棧的APL函數(shù)。協(xié)議棧的每一層都有自己的有限狀態(tài)機(jī)(FSM)以追蹤要進(jìn)行的操作。頂層的狀態(tài)機(jī)函數(shù)為apsFSM()，這個(gè)函數(shù)需要最早被調(diào)用以使協(xié)議棧運(yùn)行，這與標(biāo)準(zhǔn)棧中的APLTask()函數(shù)等價(jià)。所有的應(yīng)用層函數(shù)都以apl或者aps開(kāi)頭，這些函數(shù)被分為兩類(lèi)： 一類(lèi)是對(duì)棧內(nèi)數(shù)據(jù)的存取函數(shù)，一類(lèi)是數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程觸發(fā)一系列事件的服務(wù)函數(shù)(調(diào)用)。這里需要說(shuō)明的是服務(wù)調(diào)用不能重疊，這可以通過(guò)調(diào)用apsBusy()函數(shù)進(jìn)行判斷。2.1 節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)如果節(jié)點(diǎn)作為協(xié)調(diào)器(coordinator)，那么需要定義LRWPAN_COORDINATOR；而如果節(jié)點(diǎn)作為路由器(router)則需要定義LRWPAN_

6、ROUTER；如果兩者都沒(méi)有定義，將作為RFD節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)形成網(wǎng)絡(luò)，然后進(jìn)入一個(gè)無(wú)限循環(huán)并調(diào)用apsFSM()運(yùn)行協(xié)議棧。調(diào)用aplFormNetwork()服務(wù)后調(diào)用函數(shù)aplGetStatus()，如果返回了LRWPAN_SUCCESS則表示服務(wù)調(diào)用成功。代碼如下：main() halInit();/初始化HAL 層evbInit();/初始化評(píng)估板aplInit();/初始化協(xié)議棧ENABLE_GLOBAL_INTERRUPT();/開(kāi)中斷aplFormNetwork();/形成網(wǎng)絡(luò)while(apsBusy)() apsFSM();/等待完成while(1) apsFSM();/運(yùn)

7、行協(xié)議棧棧路由器節(jié)點(diǎn)通過(guò)調(diào)用aplJoinNetwork()運(yùn)行協(xié)議棧。代碼如下：main() halInit();/初始化HAL 層evbInit();/初始化評(píng)估板aplInit();/初始化協(xié)議棧ENABLE_GLOBAL_INTERRUPT();/開(kāi)中斷嘗試接入網(wǎng)絡(luò)直至成功do aplJoinNetwork(); /接入網(wǎng)絡(luò)while(apsBusy)() apsFSM();/等待完成while(aplGetStatus() !=LRWPAN_SUCCESS);while(1) apsFSM();/運(yùn)行協(xié)議棧2.2 發(fā)送消息應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用aplSendMSG()函數(shù)發(fā)送消息包。此函數(shù)的定義如下：aplSendMSG(BYTE dstMode,/目標(biāo)地址的地址模式LADDR_UNION * dstADDR, /目的地址的指針BYTE dstEP,/目標(biāo)端點(diǎn)(直接消息方式不用)BYTE c