ZigBee无线通信网络节点设计与组网实现

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ZigBee无线通信网络节点设计与组网实现

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文章编号：１６７１～４５９８（２００８Ｊ１２—１９１２一０３

中图分类号：ＴＮ９２

文献标识码：Ａ

ＺｉｇＢｅｅ无线通信网络节点设计与组网实现

高

键，方

滨，，尹金玉，胡葛军

１０００２２）

（北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京

摘要：随着ＺｉｇＢｅｅ技术的迅速发展，ＺｉｇＢｅｅ无线通信网络在智能家居中得到越来越多的应用ｌ简单介绍了ＺｉｇＢｅｅ协议的架构，设计了由ＭＳＰ４３０单片机和ＣＣ２４２０射频芯片构成的ＺｉｇＢｅｅ无线通信网络节点，系统地分析了节点硬件结构及加入网络的软件流程，详细阐述了多个节点的网络拓扑方案；通过试验测试表明，该网络节点具有较好的稳定性和较高的通信效率，可以满足智能家居对无线通信网络传输及组网要求。

关键词：无线通信网络；网络拓扑；ＺｉｇＢｅｅ

ＭＳＰ４３０

ＤｅｓｉｇｎｏｆＺｉｇＢｅｅ

ＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ

ＮｅｔｗｏｒｋＮｏｄｅｓａｎｄ

ＲｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＮｅｔｗｏｒｋＴｏｐｏｌｏｇｙ

ＧａｏＪｉａｎ，ＦａｎｇＢｉｎ，ＹｉｎＪｉｎｙｕ，ＨｕＧｅｊｕｎ

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＺｉｇＢｅｅ

ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｒｉｎｇ

Ｎｅｔｗｏｒｋｓ

１０００２２）

ＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｈａｖｅｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎＳｍａｒｔＨｏｍｅ

ｗｉｔｈ

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ｗｈｉｃｈ

ａｒｅ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＳｉｍｐｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅＺｉｇＢｅｅｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ｄｅｓｉｇｎＺｉｇＢｅｅｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｎｏｄｅｓＭＳＰ４３０ａｎｄｐｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ

ｑｕｅｓｔ

ＣＣ２４２０，ｅｎｔｉｒｅｌｙｒｅｓｕｌｔｓ

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ｗｏｒｄｓ：ｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ；ｎｅｔｗｏｒｋｔｏｐｏｌｏｇｙ

ＺｉｇＢｅｅ；ＭＳＰ４３０

Ｏ

引言

随着电子技术、嵌入式技术、分布式信息处理技术和网络

２００３标准［３。１定义了物理层（ＰＨＹ）和介质接入控制子层

（ＭＡＣ）；ＺｉｇＢｅｅ联盟提供了网络层（ＮＷＫ）和应用层（ＡＰＬ）

技术的迅速发展，无线通信网络越来越被人们熟悉和应用。目前的无线通信技术主要致力于如何提高通信速率，不便使用在一些低数据传输速率和通信范围小的场合，因而ＺｉｇＢｅｅ联盟

于２００４年１２月发布了ＺｉｇＢｅｅ无线通信技术。

框架的设计。其中应用层的框架包括应用支持子层（ＡＰＳ）、ＺｉｇＢｅｅ设备对象（ＺＤｏ）和由制造商制定的应用对象ｊ

ＺｉｇＢｅｅ协议栈的每一层为其上层提供一组特定的服务：一个数据实体提供数据传输服务，一个管理实体提供其他全部服务。每个服务实体通过一个服务接入点（ＳＡＰ）为其上层提供服务结构，并且每个ＳＡＰ提供了一系列的基本指令来完成

相应的功能。

ＺｉｇＢｅｅ无线通信技术是一种低速率、低功耗、低复杂度、低成本的双向无线通信网络技术，可广泛应用于工业监控、安全系统、传感器网络、智能家居等领域。它Ｔ作在８６８ＭＨｚ、

９１５

ＭＨｚ和２．４ＧＨｚ：三个频段上，采用直接序列扩频技术２网络节点软硬件设计与组网方案

ＺｉｇＢｅｅ无线通信网络由三种节点组成［ｓ］：协调器（ＺＣ）、路由器（ＺＲ）和终端设备（ＺＤ）。协调器是网络的中心节点；路由器负责网络内信息帧的路由；终端设备是实现具体功能的单元。根据功能来划分，ＺｉｇＢｅｅ无线通信网络设备又可以分为全功能设备（ＦＦＤ）和精简功能设备（ＲＦＤ）。协调器和路由器必须为ＦＦＤ，终端设备既可以是ＦＦＤ，也可以是ＲＦＤ。

２．１网络节点硬件设计

（ＤＳＳＳ），共有２７个信道，传输距离大约７５ｍ。其中工作于

２．４

ＧＨｚ频段时提供２５０ｋｂｐｓ的数据传输率，适用于高吞吐

ｋｂｐｓ的数据传输率，适用于低速率、高灵

量、低延时或低作业周期的场合；工作于８６８／９１５ＭＨｚ频段时提供２０

ｋｂｐｓ、４０

敏度和大覆盖面积的场合［１］。

本文首先简单介绍ＺｉｇＢｅｅ协议，然后系统地分析了基于ＺｉｇＢｅｅ技术的无线通信网络节点的硬件结构及软件设计和网络拓扑方案。最后通过试验证明，该网络节点具有较好的稳定性和较高的通信效率。

１

ＺｉｇＢｅｅ无线通信网络节点由处理器模块、射频模块、串口模块、ＪＴＡＧ调试模块、控制对象（按键与ＬＥＤ灯）以及电源模块组成。如图１所示。２．１．１处理器模块

处理器模块是无线通信网络节点的核心部分，主要功能是处理数据、存储数据以及控制流程等。其一方面要对数据进行处理和计算，送给射频模块进行发送；另一方面要处理射频模块接收到的数据信息，对硬件平台的其它模块的操作进行控制。

ＭＳＰ４３０单片机［６］具有极低的工作电压，在１．８～３．６Ｖ之

ＺｉｇＢｅｅ协议介绍

ＺｉｇＢｅｅ协议栈［２１是基于标准的七层开放式系统互联（ｏＳＩ）

８０２．１５．４－－

模型，但仅对那些涉及ＺｉｇＢｅｅ的层给予定义。ＩＥＥＥ

收藕日期：２００８一０４～２５；修回日期：２００８一０５—１６。

作者简介：高键（１９８１一）。男，山东人，硕士研究生，主要从事Ｚｉｇ－Ｂｅｅ技术的研究。

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ｃｈｉｎａｍｃａ．ｃｏｒｎ

万方数据　

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