基于ZigBee網(wǎng)與以太網(wǎng)間數據傳輸系統的研究

　　(1)首先啟動(dòng)系統并初始化ZigBee網(wǎng)的各個(gè)節點(diǎn)，事件喚醒節點(diǎn)采集數據并將其轉化為電信號，然后經(jīng)過(guò)模/數轉換打包為ZigBee數據包，通過(guò)ZigBee收發(fā)單元發(fā)送數據包到網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)如接收成功將返回一個(gè)成功信息并進(jìn)行繼續的數據包傳輸處理，直至整個(gè)數據傳輸結束。反之不成功，程序就返回到繼續發(fā)送ZigBee數據包，直至完成整個(gè)傳輸規定的次數同時(shí)報錯。

　　(2)網(wǎng)關(guān)接收到ZigBee數據包后，經(jīng)過(guò)微處理器的處理，解包出ZigBee數據包中有用的數據，并將其寫(xiě)入到RTLS019AS芯片控制器中，轉換為T(mén)CP/IP數據包，發(fā)送給以太網(wǎng)絡(luò )。這時(shí)如果發(fā)送成功，就會(huì )返送回一個(gè)信息提示操作完畢，否則程序就繼續返回到網(wǎng)關(guān)發(fā)送數據到以太網(wǎng)絡(luò )，直至完成整個(gè)傳輸規定的次數同時(shí)報錯。

　　4 ZigBee網(wǎng)協(xié)議結構及數據轉換

　　4.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò )體系

　　要研究數據傳輸必須先了解ZigBee網(wǎng)的體系結構，按照OSI模型可分為4層，從下往上分別是物理層、媒體訪(fǎng)問(wèn)控制層(MAC)、網(wǎng)絡(luò )層(NWK)/安全層和應用層(APL)。其中物理層與MAC層使用的是IEEE802.15.4協(xié)議標準，而網(wǎng)絡(luò )層和應用層則是由ZigBee聯(lián)盟制定的。體系的每一層向它的上面層提供數據服務(wù)或管理服務(wù)。ZigBee的應用層支持子層(APS)、ZigBee設備對象和制造商定義的應用對象組成。

　　4.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò )拓撲

　　ZigBee支持含有主從設備的星型、樹(shù)形和對等型的3種拓撲結構。其中星型網(wǎng)絡(luò )中各個(gè)節點(diǎn)均需通過(guò)協(xié)調器節點(diǎn)的轉發(fā)，協(xié)調器在網(wǎng)絡(luò )中起到了網(wǎng)絡(luò )管理的作用;樹(shù)形網(wǎng)絡(luò )中包含協(xié)調器節點(diǎn)路由節點(diǎn)跟終端節點(diǎn)，路由節點(diǎn)作用則是完成路由功能，路由節點(diǎn)將信息轉發(fā)到協(xié)調器節點(diǎn)，通過(guò)協(xié)調器節點(diǎn)才能將信息傳遞給終端節點(diǎn);而對于對等型網(wǎng)絡(luò )，它的節點(diǎn)彼此相通，每個(gè)節點(diǎn)都具有轉發(fā)功能，一般對于大面積的監測，可以采用對等網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構。而星型和樹(shù)形網(wǎng)絡(luò )則多是用于一對多的短距離數據采集與傳輸上面。

　　4.3 ZigBee協(xié)議結構

　　ZigBee節點(diǎn)通過(guò)路由獲取來(lái)自網(wǎng)絡(luò )內的多元化采集信息，并自下而上通過(guò)各協(xié)議層次的規范化進(jìn)行解析。其轉換途徑為ZigBee網(wǎng)方面的物理層(PHY)、MAC層→網(wǎng)絡(luò )層(NWK)→應用支持子層(APS)、應用層(APL)。為使傳感器所采集的數據上傳至處理中心，網(wǎng)關(guān)必須接入以太網(wǎng)，故以太網(wǎng)方面的轉換途徑為應用層→傳輸層(TCP)→地址尋址層(IP)→以太網(wǎng)幀接入層(網(wǎng)卡)。綜上所述網(wǎng)關(guān)系統軟件與支撐軟件運行就是各層協(xié)議的分別執行，各層協(xié)議根據其接入和服務(wù)對象的業(yè)務(wù)與數據要求，按照各層協(xié)議的規范與標準，完成業(yè)務(wù)類(lèi)型確定、數據格式轉換、數據幀封裝等一系列操作，最終由網(wǎng)卡模塊實(shí)現接入功能。協(xié)議模型如圖5所示。

　　圖5 協(xié)議轉換模型

　　4.4網(wǎng)間數據轉換

　　協(xié)議轉換是前提，但根本的作用是實(shí)現數據幀在兩個(gè)不同類(lèi)型網(wǎng)絡(luò )之間的轉換，要將傳輸的數據幀用兩種協(xié)議規則實(shí)現各自的轉換方式，并在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行傳輸。轉換規則和格式各不相同，ZigBee數據幀的解析過(guò)程是自下而上通過(guò)各種協(xié)議層的規范來(lái)進(jìn)行數據幀解析，各層數據幀的格式如圖6所示。

　　圖6 ZigBee數據幀轉換示意圖

　　在物理層中脫去本層的同步幀頭和物理層幀頭后，形成上述MAC層的數據單元(MPDU);在MAC層里脫去本層的幀頭和幀尾后又形成網(wǎng)絡(luò )層的數據單元(NPDU)，在NWK層里脫去本層的幀頭后又形成應用支持子層的數據單元(APDU)，在應用支持子層直到應用層解析為原始數據。在以太網(wǎng)中的數據幀形成過(guò)程是自上而下通過(guò)以太網(wǎng)各協(xié)議層的規范來(lái)進(jìn)行數據幀轉換的，過(guò)程如圖7所示。

　　圖7 Tthernet數據幀轉換示意圖

　　5結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)應用的發(fā)展ZigBee技術(shù)使用范圍越來(lái)越廣泛，目前ZigBee技術(shù)已成為短距離數據無(wú)線(xiàn)傳輸應用中的常用技術(shù)，本文將該技術(shù)應用于ZigBee網(wǎng)到以太網(wǎng)間的數據傳輸。探討了從ZigBee節點(diǎn)的設計到網(wǎng)關(guān)的設計，實(shí)現了數據的采集、處理、存儲、傳輸到接收這一系列的過(guò)程，成功的實(shí)現了兩個(gè)不同網(wǎng)絡(luò )結構間數據的傳輸。說(shuō)明了采用Zig Bee技術(shù)來(lái)實(shí)現短距離、低功耗、低成本的傳輸體系，是最佳選擇。通過(guò)對數據傳輸系統的進(jìn)一步研究，對于加速物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推廣應用，具有重要的現實(shí)意義。