如何實現將無線傳感器網絡升級到ZigBeePRO

   作者：深圳無線龍科技

   嵌入式無線高級工程師   吳線

關鍵詞：無線傳感器網絡  ZigbeePro  ZigBee2007  WSN

ZigBee技術日趨完善

ZigBee技術是一種工作在900MHZ和2.4GHZ頻段的新興無線網絡技術，具有中等通訊距離（10米到數百米），比較靈活經濟的通訊速率（40Kbps到250Kbps），并且有星狀，網狀（MESH），樹狀等多種網絡拓撲，低的功耗等特點，所以在當今無線通訊技術和無線網絡技術領域，占用重要的一席之地，圖一描述了以監視和控制為主要應用方向的ZigBee技術，在當今新興無線網絡技術中的位置。

圖1  ZigBee在新興無線網絡技術中的位置

ZigBee技術誕生后，經歷了一個不斷完善的成長過程，其核心技術是軟件協議棧，從2004年2月的第一個版本ZigBee2004，到2007年開發完成的ZigBee2007，ZigBeePro，歷時4年，不斷完善和不斷改進，在網絡可靠性，網絡容量，低功耗，抗干擾等多個方面，技術日趨完善。

圖2 是ZigBee協議棧升級的歷史

與ZigBee2004、ZigBee2006相比較，ZigBee2007/Pro進行了如下技術上的完善和改進：

l         ZigBee 2007/Pro 是工業級和商業級協議棧

l         ZigBee 2007/Pro 適合于大型網絡（超過1000個節點的大型無線傳感器網絡）

l         ZigBee 2007/Pro 改進了路由方式，是路由更加可靠，路由表格更加節省內存。

l         ZigBee 2007/Pro  增加了高級跳頻技術，具有超強網絡抗干擾能力。

l         ZigBee 2007/Pro  可以分包傳輸長數據包。

l         ZigBee 2007/Pro  提供商業級的加密通訊。

ZigBee2007規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協議棧模式(Stack Profile 1) 是2006發布，目標是消費電子產品和燈光商業應用環境，設計簡單，使用在少于300個節點的網絡。

ZigBeePro協議棧模式 (Stack Profile 2) 發布在2007年目標是商業和工業環境，支持大型網絡，1000個以上網絡節點，相應更好的安全性。

圖3 是ZigBee2007協議棧的新結構

升級到ZigBee 2007/PRO對無線單片機的硬件要求

 ZigBee無線網絡的基本部件包括協調者（coordinator）路由器(router) 和終端節點( end device)，這些基本部件的核心都是一個完整的，具有IEEE802.15.4標準無線收發器和微處理器（單片機）的片上系統SoC(也稱為無線單片機)，由于ZigBee2007和ZigBeePro軟件協議棧比較復雜，需要較大的內存空間和較大的運算處理能力，所以，需要無線單片機具有這樣的能力，才能升級到ZigBee 2007/Pro協議棧，表一是部分可以升級到ZigBee2007/Pro的無線單片機系統。

目前市場上的一些無線單片機由于設計定位和推出時間等原因，不能升級到ZigBee 2007和ZigBeePro，對于8051內核的8位無線單片機，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內核的ZIC2410 無線單片機，內存只要96K，所以不能升級到ZigBee2007)， 另外采用TINY OS和CC2420組成的系統，由于缺乏TI和FREESCALE公司的支持，也很難很快升級到ZigBeePro協議棧。

將無線傳感器網絡升級到ZigBee PRO的具體步驟

當你選擇了具有升級能力的ZigBee無線單片機系統后，升級你的無線傳感器網絡系統到功能強大的最新ZigBeePro協議棧，是一件不困難的事情，這是因為FREESCALE和TI公司強大的技術開發團隊，已經將ZigBee2007和ZigBeePro的龐大的而且復雜的技術規范，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公司網站，下載完整的ZigBeePro協議棧包裝，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使用的。

第二步，你需要選擇一個具有ZigBeePro開發能力的開發系統，表1列出了部分系統，使用國產化的開發系統，最大的好處在于可以方便的獲得技術支持和服務。圖四是一個典型的深圳無線龍科技公司生產的ZigBeePro開發系統。

圖4 典型的ZigBeePRO國產化開發平臺

第三步，你需要下載編譯調試工具，表1的列出系統都是使用IAR公司的強大開發平臺，你可以到IAR公司網頁下載評估版和快速開始評估系統，都是免費的。安裝這些系統是非常容易的事情。

第四步，編譯和調試，從IAR編譯調試平臺，打開各種ZigBeePro的工程文件，你可以看得各種已經做好的軟件代碼，這些代碼就是神秘的ZigBeePro協議棧和各種應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，添加你的應用代碼，例如：“采集一個節點的溫度數據 ，通過ZigBeePro網絡多跳路由發送到主機”“數據鏈因為干擾中斷，立即將網絡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。

然后你使用開發系統的在線仿真器，將你修改，編譯的代碼，下載到無線傳感器節點內部，并采用IAR強大的差錯調試功能，進行代碼測試運行和修改。

第五步：將代碼分別下載到你的協調者（coordinator）路由器(router) 和終端節點( end device)，然后開始運行你的應用，可能是開關一個燈泡，也可能是監視煙霧報警器，也可能控制一個馬達…..，你會發現，你可以輕松控制你的無線傳感器網絡內的任何路由器和節點。

到這里我們祝賀你，你已經完成了ZigBeePro無線傳感器網絡的升級過程，過程如此的輕松，并不是像網絡上有些文章講，ZigBee無線網絡技術這樣的東西太復雜，只適合國外高技術環境，不適用于國內弱技術環境。

我們認為，任何熟悉單片機和嵌入式的電子工程師，軟件工程師，都可以借助成熟的ZigBee協議棧和國產化的開發系統，輕松駕馭ZigBee網絡技術，也可以很容易將自己的無線傳感器網絡升級到最新的功能強大ZigBeePro，ZigBee2007無線傳感器網絡技術。