如何實現(xiàn)將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)升級到 ZigBeePRO
作者：深圳無線龍科技
嵌入式無線高級工程師 吳線
關(guān)鍵詞： 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
ZigBee 技術(shù)日趨完善
ZigBee 技術(shù)是一種工作在 900MHZ 和 2.4GHZ 頻段的新興無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有中等通訊距離（ 10 米 到數(shù)百米），比較靈活經(jīng)濟(jì)的通訊速率（ 40Kbps 到 250Kbps ），并且有星狀，網(wǎng)狀（ MESH ），樹狀等多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌偷墓牡忍攸c(diǎn)，所以在當(dāng)今無線通訊技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，占用重要的一席之地，圖一描述了以監(jiān)視和控制為主要應(yīng)用方向的 ZigBee 技術(shù)，在當(dāng)今新興無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的位置。
圖 1 在新興無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的位置
ZigBee 技術(shù)誕生后，經(jīng)歷了一個不斷完善的成長過程，其核心技術(shù)是軟件協(xié)議棧，從 2004 年 2 月的第一個版本 ZigBee2004 ，到 2007 年開發(fā)完成的 ZigBee2007 ， ZigBeePro ，歷時 4 年，不斷完善和不斷改進(jìn)，在網(wǎng)絡(luò)可靠性，網(wǎng)絡(luò)容量，低功耗，抗干擾等多個方面，技術(shù)日趨完善。
圖 2 是 ZigBee 協(xié)議棧升級的歷史
與ZigBee2004、ZigBee2006相比較， ZigBee2007/Pro進(jìn)行了如下技術(shù)上的完善和改進(jìn)：
l ZigBee 2007/Pro 是工業(yè)級和商業(yè)級協(xié)議棧
l ZigBee 2007/Pro 適合于大型網(wǎng)絡(luò)（超過 1000 個節(jié)點(diǎn)的大型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）
l ZigBee 2007/Pro 改進(jìn)了路由方式，是路由更加可靠，路由表格更加節(jié)省內(nèi)存。
l ZigBee 2007/Pro 增加了高級跳頻技術(shù)，具有超強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力。
l ZigBee 2007/Pro 可以分包傳輸長數(shù)據(jù)包。
l ZigBee 2007/Pro 提供商業(yè)級的加密通訊。
ZigBee2007 規(guī)范定于了兩套高級的功能指令集（ feature set ）：分別是 ZigBee 功能命令集和 ZigBeePro 功能命令集。（ ZigBee2004 和 2006 都沒有和不兼容這兩套新的命令集）。
ZigBee 協(xié)議棧模式 (Stack Profile 1) 是 2006 發(fā)布，目標(biāo)是消費(fèi)電子產(chǎn)品和燈光商業(yè)應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計簡單，使用在少于 300 個節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。
ZigBeePro 協(xié)議棧模式 (Stack Profile 2) 發(fā)布在 2007 年目標(biāo)是商業(yè)和工業(yè)環(huán)境，支持大型網(wǎng)絡(luò)， 1000 個以上網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，相應(yīng)更好的安全性。
圖 3 是 ZigBee2007 協(xié)議棧的新結(jié)構(gòu)
升級到 ZigBee 2007/PRO 對無線單片機(jī)的硬件要求
ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)的基本部件包括協(xié)調(diào)者（ coordinator ）路由器 (router) 和終端節(jié)點(diǎn) ( end device) ，這些基本部件的核心都是一個完整的，具有 IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)無線收發(fā)器和微處理器（單片機(jī)）的片上系統(tǒng) SoC( 也稱為無線單片機(jī) ) ，由于 ZigBee2007 和 ZigBeePro 軟件協(xié)議棧比較復(fù)雜，需要較大的內(nèi)存空間和較大的運(yùn)算處理能力，所以，需要無線單片機(jī)具有這樣的能力，才能升級到 ZigBee 2007/Pro 協(xié)議棧，表一是部分可以升級到 ZigBee2007/Pro 的無線單片機(jī)系統(tǒng)。
目前市場上的一些無線單片機(jī)由于設(shè)計定位和推出時間等原因，不能升級到 ZigBee 2007 和 ZigBeePro ，對于 8051 內(nèi)核的 8 位無線單片機(jī)，如果閃存少于 128K ，一般不能不能升級到 ZigBee 2007 ( 例如 CEL 公司最近推出的具有 8051 內(nèi)核的 ZIC2410 無線單片機(jī)，內(nèi)存只要 96K ，所以不能升級到 ZigBee2007) ， 另外采用 TINY OS 和 CC2420 組成的系統(tǒng)，由于缺乏 TI 和 FREESCALE 公司的支持，也很難很快升級到 ZigBeePro 協(xié)議棧。
將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)升級到 ZigBee PRO 的具體步驟
當(dāng)你選擇了具有升級能力的 ZigBee 無線單片機(jī)系統(tǒng)后，升級你的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)到功能強(qiáng)大的最新 ZigBeePro 協(xié)議棧，是一件不困難的事情，這是因為 FREESCALE 和 TI 公司強(qiáng)大的技術(shù)開發(fā)團(tuán)隊，已經(jīng)將 ZigBee2007 和 ZigBeePro 的龐大的而且復(fù)雜的技術(shù)規(guī)范，做成了完整的軟件代碼包和容易使用的 API 命令，各種直觀的表演和測試軟件，讓任何熟悉單片機(jī)的工程師，都很容易上手和入門。
下面，讓我們來看看一個典型升級的過程：
第一步，你需要去 Freescale 公司和 TI 公司網(wǎng)站，下載完整的 ZigBeePro 協(xié)議棧包裝，可能有幾十兆的大小，可能需要簡單的注冊，但是都是完全是免費(fèi)使用的。
第二步，你需要選擇一個具有 ZigBeePro 開發(fā)能力的開發(fā)系統(tǒng)，表 1 列出了部分系統(tǒng)，使用國產(chǎn)化的開發(fā)系統(tǒng)，最大的好處在于可以方便的獲得技術(shù)支持和服務(wù)。圖四是一個典型的深圳無線龍科技公司生產(chǎn)的 ZigBeePro 開發(fā)系統(tǒng)。
圖 4 典型的 ZigBeePRO 國產(chǎn)化開發(fā)平臺
第三步，你需要下載編譯調(diào)試工具，表 1 的列出系統(tǒng)都是使用 IAR 公司的強(qiáng)大開發(fā)平臺，你可以到 IAR 公司網(wǎng)頁下載評估版和快速開始評估系統(tǒng)，都是免費(fèi)的。安裝這些系統(tǒng)是非常容易的事情。
第四步，編譯和調(diào)試，從 IAR 編譯調(diào)試平臺，打開各種 ZigBeePro 的工程文件，你可以看得各種已經(jīng)做好的軟件代碼，這些代碼就是神秘的 ZigBeePro 協(xié)議棧和各種應(yīng)用接口軟件代碼和工程文件，圖五是一個打開文件的實例。
圖 5 典型的 ZigBeePro 工程文件和代碼
然后，你可以隨意在這個源代碼的工程上，添加你的應(yīng)用代碼，例如：“采集一個節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù) ，通過 ZigBeePro 網(wǎng)絡(luò)多跳路由發(fā)送到主機(jī) ”“ 數(shù)據(jù)鏈因為干擾中斷，立即將網(wǎng)絡(luò)跳頻到其他干凈頻段” ….. 等等高級功能，都可以通過軟件代碼輕松和容易的立即實現(xiàn)。
然后你使用開發(fā)系統(tǒng)的在線仿真器，將你修改，編譯的代碼，下載到無線傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，并采用 IAR 強(qiáng)大的差錯調(diào)試功能，進(jìn)行代碼測試運(yùn)行和修改。
第五步：將代碼分別下載到你的協(xié)調(diào)者（ coordinator ）路由器 (router) 和終端節(jié)點(diǎn) ( end device) ，然后開始運(yùn)行你的應(yīng)用，可能是開關(guān)一個燈泡，也可能是監(jiān)視煙霧報警器，也可能控制一個馬達(dá) ….. ，你會發(fā)現(xiàn)，你可以輕松控制你的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任何路由器和節(jié)點(diǎn)。
到這里我們祝賀你，你已經(jīng)完成了 ZigBeePro 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的升級過程，過程如此的輕松，并不是像網(wǎng)絡(luò)上有些文章講， ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)這樣的東西太復(fù)雜，只適合國外高技術(shù)環(huán)境，不適用于國內(nèi)弱技術(shù)環(huán)境。
我們認(rèn)為，任何熟悉單片機(jī)和嵌入式的電子工程師，軟件工程師，都可以借助成熟的 ZigBee 協(xié)議棧和國產(chǎn)化的開發(fā)系統(tǒng)，輕松駕馭 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，也可以很容易將自己的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)升級到最新的功能強(qiáng)大 ZigBeePro ， ZigBee2007 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
