引言
1 ZigBee精簡協(xié)議棧簡介
美國密西西比州立大學(xué)的Robert Reese教授出于教學(xué)、科研目的開發(fā)出一套精簡版（subset）ZigBee協(xié)議棧。標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議棧和精簡協(xié)議棧的功能對(duì)比如表1所列，可以看出，精簡協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)了ZigBee的主要功能。國內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)在此精簡協(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)充一些術(shù)語概念，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，也稱為長地址。
Network Address節(jié)點(diǎn)的2位網(wǎng)絡(luò)地址，也稱短地址。
PAN個(gè)人局域網(wǎng)。
PAN ID個(gè)人局域網(wǎng)標(biāo)識(shí)符。
PHY協(xié)議棧物理層。
MAC協(xié)議棧媒體訪問控制層。
APS協(xié)議棧應(yīng)用支持層。
APL協(xié)議棧應(yīng)用層。
精簡協(xié)議棧的代碼結(jié)構(gòu)如表2所列。
表1
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)研究" onclick="get_larger(this)" src="http://files.chinaaet.com/images/2011/03/19/8844807409469.gif" style="width: 327px; height: 245px" />
表2
2 ZigBee協(xié)議編程
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_ROUTER；如果兩者都沒有定義，將作為RFD節(jié)點(diǎn)。
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();//開中斷
while(apsBusy)()) {apsFSM();}//等待完成
while(1) {apsFSM();}//運(yùn)行協(xié)議棧棧
}
路由器節(jié)點(diǎn)通過調(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 cluster,//簇號(hào)(僅用于直接消息)
BYTE scrEP,//消息源端點(diǎn)
BYTE plen,//緩沖區(qū)字節(jié)數(shù)
BYTE tsn,//消息的事務(wù)隊(duì)列數(shù)
BYTE reqack//如果非0則要求確認(rèn)
)
消息從源節(jié)點(diǎn)的源端點(diǎn)發(fā)送到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)端點(diǎn)。消息分直接消息(指定了目標(biāo)地址)和非直接消息(僅定義了源節(jié)點(diǎn)、源端點(diǎn)和簇，沒有指定目標(biāo)地址)。端點(diǎn)號(hào)從1到255由應(yīng)用程序設(shè)置(端點(diǎn)0由棧保留使用)。消息發(fā)送以，協(xié)議棧會(huì)向父節(jié)點(diǎn)路由此消息。如果收到APS的ack確認(rèn)，協(xié)議棧就會(huì)將消息發(fā)送給目標(biāo)端點(diǎn)。
2.3 接收消息
協(xié)議棧使用以下APL訪問函數(shù)接收數(shù)據(jù)包。
aplGetRxDstEp()返回目的端點(diǎn)
aplGetRxCluster()返回簇號(hào)
aplGetRxSrcEp()返回源端點(diǎn)
aplGetRxSADDR()返回源端點(diǎn)的短地址
aplGetRxMsgLen()返回消息長度
aplGetRxMsgData()返回消息數(shù)據(jù)的指針
aplGetRxRSSI()返回收到消息的信號(hào)強(qiáng)度
編寫用戶應(yīng)用程序時(shí)，要確定端點(diǎn)的連接方式。一種簡單的方式是RFD節(jié)點(diǎn)周期性地向
協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)返回?cái)?shù)據(jù)。這樣做比較簡單，因?yàn)閰f(xié)調(diào)器的地址總是0。
圖1 有限狀態(tài)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖
整個(gè)程序的運(yùn)轉(zhuǎn)是靠一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)維持的。圖1給出了這個(gè)狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。
2.5 函數(shù)總結(jié)
鑒于APL層函數(shù)接口對(duì)程序設(shè)計(jì)的重要性，將這些函數(shù)做一個(gè)總結(jié)。
表3是APL服務(wù)，這些函數(shù)需要調(diào)用apsBusy()確定其是否完成，并且使用aplGetStatus()函數(shù)返回狀態(tài)。表4是APL/APS訪問及功能函數(shù)。
結(jié)語
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有廣闊的應(yīng)用前景，由ZigBee協(xié)議可以方便有效地組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。在整個(gè)應(yīng)用中，主要硬件設(shè)備可由一個(gè)51單片機(jī)加上2.4 GHz的收發(fā)模塊組成，采用CC2430是為了更加方便使用，而ZigBee的真正核心是安裝在單片機(jī)中的協(xié)議棧代碼。精簡版協(xié)議棧不論從開發(fā)難度到使用成本都具有一定的優(yōu)勢(shì)。本文對(duì)精簡版協(xié)議棧尤其是應(yīng)用層接口、代碼實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并以此為基礎(chǔ)給出了節(jié)點(diǎn)的軟、硬件設(shè)計(jì)。了解協(xié)議棧的使用，就可以在其上開發(fā)適合我們需要的各種應(yīng)用。