如何实现将无线传感器网络升级到ZigBeePRO

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如何实现将无线传感器网络升级到ZigBeePRO


ZigBee技术日趋完善

ZigBee技术是一种工作在900MHZ和2.4GHZ频段的新兴无线网络技术，具有中等通讯距离（10米到数百米），比较灵活经济的通讯速率（40Kbps到250Kbps），并且有星状，网状（MESH），树状等多种网络拓扑，低的功耗等特点，所以在当今无线通讯技术和无线网络技术领域，占用重要的一席之地，图一描述了以监视和控制为主要应用方向的ZigBee技术，在当今新兴无线网络技术中的位置。




图1  ZigBee在新兴无线网络技术中的位置


ZigBee技术诞生后，经历了一个不断完善的成长过程，其核心技术是软件协议栈，从2004年2月的第一个版本ZigBee2004，到2007年开发完成的ZigBee2007，ZigBeePro，历时4年，不断完善和不断改进，在网络可靠性，网络容量，低功耗，抗干扰等多个方面，技术日趋完善。




图2 是ZigBee协议栈升级的历史



与ZigBee2004、ZigBee2006相比较，ZigBee2007/Pro进行了如下技术上的完善和改进：

l         ZigBee 2007/Pro 是工业级和商业级协议栈

l         ZigBee 2007/Pro 适合于大型网络（超过1000个节点的大型无线传感器网络）

l         ZigBee 2007/Pro 改进了路由方式，是路由更加可靠，路由表格更加节省内存。

l         ZigBee 2007/Pro  增加了高级跳频技术，具有超强网络抗干扰能力。

l         ZigBee 2007/Pro  可以分包传输长数据包。

l         ZigBee 2007/Pro  提供商业级的加密通讯。

ZigBee2007规范定于了两套高级的功能指令集（feature set）：分别是ZigBee功能命令集和ZigBeePro功能命令集。（ZigBee2004和2006都没有和不兼容这两套新的命令集）。

ZigBee协议栈模式(Stack Profile 1) 是2006发布，目标是消费电子产品和灯光商业应用环境，设计简单，使用在少于300个节点的网络。

ZigBeePro协议栈模式 (Stack Profile 2) 发布在2007年目标是商业和工业环境，支持大型网络，1000个以上网络节点，相应更好的安全性。






图3 是ZigBee2007协议栈的新结构



升级到ZigBee 2007/PRO对无线单片机的硬件要求

ZigBee无线网络的基本部件包括协调者（coordinator）路由器(router) 和终端节点( end device)，这些基本部件的核心都是一个完整的，具有IEEE802.15.4标准无线收发器和微处理器（单片机）的片上系统SoC(也称为无线单片机)，由于ZigBee2007和ZigBeePro软件协议栈比较复杂，需要较大的内存空间和较大的运算处理能力，所以，需要无线单片机具有这样的能力，才能升级到ZigBee 2007/Pro协议栈，表一是部分可以升级到ZigBee2007/Pro的无线单片机系统。





目前市场上的一些无线单片机由于设计定位和推出时间等原因，不能升级到ZigBee 2007和ZigBeePro，对于8051内核的8位无线单片机，如果闪存少于128K，一般不能不能升级到ZigBee 2007 ( 例如CEL公司最近推出的具有8051内核的ZIC2410 无线单片机，内存只要96K，所以不能升级到ZigBee2007)， 另外采用TINY OS和CC2420组成的系统，由于缺乏TI和FREESCALE公司的支持，也很难很快升级到ZigBeePro协议栈。



将无线传感器网络升级到ZigBee PRO的具体步骤

当你选择了具有升级能力的ZigBee无线单片机系统后，升级你的无线传感器网络系统到功能强大的最新ZigBeePro协议栈，是一件不困难的事情，这是因为FREESCALE和TI公司强大的技术开发团队，已经将ZigBee2007和ZigBeePro的庞大的而且复杂的技术规范，做成了完整的软件代码包和容易使用的API命令，各种直观的表演和测试软件，让任何熟悉单片机的工程师，都很容易上手和入门。

下面，让我们来看看一个典型升级的过程：

第一步，你需要去Freescale公司和TI公司网站，下载完整的ZigBeePro协议栈包装，可能有几十兆的大小，可能需要简单的注册，但是都是完全是免费使用的。

第二步，你需要选择一个具有ZigBeePro开发能力的开发系统，表1列出了部分系统，使用国产化的开发系统，最大的好处在于可以方便的获得技术支持和服务。图四是一个典型的深圳无线龙科技公司生产的ZigBeePro开发系统。




图4 典型的ZigBeePRO国产化开发平台

第三步，你需要下载编译调试工具，表1的列出系统都是使用IAR公司的强大开发平台，你可以到IAR公司网页下载评估版和快速开始评估系统，都是免费的。安装这些系统是非常容易的事情。

第四步，编译和调试，从IAR编译调试平台，打开各种ZigBeePro的工程文件，你可以看得各种已经做好的软件代码，这些代码就是神秘的ZigBeePro协议栈和各种应用接口软件代码和工程文件，图五是一个打开文件的实例。





图5  典型的ZigBeePro工程文件和代码



然后，你可以随意在这个源代码的工程上，添加你的应用代码，例如：“采集一个节点的温度数据 ，通过ZigBeePro网络多跳路由发送到主机”“数据链因为干扰中断，立即将网络跳频到其他干净频段”…..等等高级功能，都可以通过软件代码轻松和容易的立即实现。

然后你使用开发系统的在线仿真器，将你修改，编译的代码，下载到无线传感器节点内部，并采用IAR强大的差错调试功能，进行代码测试运行和修改。

第五步：将代码分别下载到你的协调者（coordinator）路由器(router) 和终端节点( end device)，然后开始运行你的应用，可能是开关一个灯泡，也可能是监视烟雾报警器，也可能控制一个马达…..，你会发现，你可以轻松控制你的无线传感器网络内的任何路由器和节点。

到这里我们祝贺你，你已经完成了ZigBeePro无线传感器网络的升级过程，过程如此的轻松，并不是像网络上有些文章讲，ZigBee无线网络技术这样的东西太复杂，只适合国外高技术环境，不适用于国内弱技术环境。

我们认为，任何熟悉单片机和嵌入式的电子工程师，软件工程师，都可以借助成熟的ZigBee协议栈和国产化的开发系统，轻松驾驭ZigBee网络技术，也可以很容易将自己的无线传感器网络升级到最新的功能强大ZigBeePro，ZigBee2007无线传感器网络技术。


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