基于Zigbee技術(shù)的家用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)的設計

摘要：針對現代社會(huì )對信息獲取便捷度和家庭網(wǎng)絡(luò )化的要求，設計了一種可以組織家用電器成小型網(wǎng)絡(luò )的家用網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)關(guān)采用Zigbee技術(shù)和嵌入式系統相結合的設計方案，采用了自行設計的Zigbee協(xié)議棧結構使其適合嵌入式系統，達到了連接組網(wǎng)和交換信息的能力。
關(guān)鍵詞：家用網(wǎng)關(guān)；Zigbee；TCP／IP；串口調試

0 引言
網(wǎng)關(guān)對于使用過(guò)網(wǎng)絡(luò )的人也許都不陌生，如家中或者辦公室中的連接個(gè)人電腦與國際互聯(lián)網(wǎng)的路由器。這里討論的網(wǎng)關(guān)，它的作用不是連接你的個(gè)人電腦到互聯(lián)網(wǎng)上遨游，而是將你家中大大小小的家用電器連接到你的個(gè)人電腦上，進(jìn)而不需要你走進(jìn)家中就能通過(guò)PC機控制家用網(wǎng)關(guān)來(lái)獲取家電信息和控制它們。因為采用了Zigbee無(wú)線(xiàn)技術(shù)，所以又稱(chēng)為家用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)。

1 Zigbee技術(shù)的體系結構和拓撲結構
在Zigbee技術(shù)中，其體系結構通常是通過(guò)“層”來(lái)量化它的各個(gè)簡(jiǎn)化標準的，每一層負責完成為其所規定的任務(wù)，并向上層提供服務(wù)。Zigbee技術(shù)的體系結構自下往上主要由物理(PHY)層、媒體接入控制(MAC)層、網(wǎng)絡(luò )／安全層以及應用框架層構成。

Zigbee技術(shù)網(wǎng)絡(luò )有2種拓撲結構：星型拓撲結構和對等拓撲結構(如圖1所示)。其中定義了兩種設備：全功能設備(FFD)和精簡(jiǎn)功能設備(RFD)。FFD在硬件功能上比較完備，可以與所有其他的FFD或RFD通信，而RFD只能和與其關(guān)聯(lián)的FFD進(jìn)行通信。與RFD相關(guān)聯(lián)的FFD設備稱(chēng)為該RFD的“協(xié)調器”。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中，有一個(gè)FFD充當網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器。除直接參與應用外，網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器還需要完成成員身份管理、鏈路狀態(tài)信息管理以及分組轉發(fā)等任務(wù)。

2 家用網(wǎng)關(guān)結構及其軟硬件組成
結合本課題中家用網(wǎng)關(guān)和家用電器的主從關(guān)系，本文采用基于星型拓撲結構的Zigbee網(wǎng)絡(luò )。因為Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)需要將基于TCP協(xié)議的信息轉發(fā)給Zigbee網(wǎng)絡(luò )其它的節點(diǎn)，故它必須為一個(gè)FFD設備，同時(shí)它在整個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò )還要管理其它節點(diǎn)的一些信息，故其又實(shí)現為一個(gè)協(xié)調器。