物聯(lián)網(wǎng)zigbee網(wǎng)關的設計與實現(xiàn)

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1、物聯(lián)網(wǎng)ZigBee網(wǎng)關的設計與實現(xiàn)李海LIHai曰薛海偉XUEHai-wei(蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術學院，蘇州215009)(SuzhouInstituteofTrade&Commerce,Suzhou215009，China)摘要院隨著傳感器、無線通信、嵌入式體系等技術的發(fā)展，物聯(lián)M已被廣泛地應用于如倉庫物流、智能電網(wǎng)、公共安防等多個領域中，它擁有著極大的應用前景，被視為計算機網(wǎng)絡以及移動通訊網(wǎng)絡之后的第三次信息化革新。Abstract:Withthedevelopmentofthesensor,wirelesscommunication,embedded

2、systemandothertechnologies,InternetofThingshasbeenwidelyusedinwarehouselogistics,smartgrid,publicsecurityandotherfields,ithasagreatapplicationprospect,anditisregardedasthethirdinformatizationinnovationaftercomputernetworkandmobilecommunicationnetwork.關鍵詞院物聯(lián)網(wǎng)；無線傳感器；ZigBee；網(wǎng)關Keywords:

3、InternetofThings;wirelesssensor；ZigBee；gateway中圖分類號院TP732文獻標識碼院A文章編號院1006-4311(2014)31-0227-020引言物聯(lián)網(wǎng)可以說是在計算機、互聯(lián)網(wǎng)、移動通訊之后的第三次信息化革新?；ヂ?lián)網(wǎng)的快速發(fā)展在很大的程度上改變了人們的生活方式，ZigBee協(xié)議以及互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP思維協(xié)議族在很大的程度上還并不能有效的兼容，不過M關是鏈接異構網(wǎng)絡的設備，這也正吸引著更多的研究者。1分析網(wǎng)關的基礎需求最典型的物聯(lián)網(wǎng)運用系統(tǒng)構造是從下到上的排列層次，依次是感知層、傳送層、應用層。感知層的主要用途就是

4、采集數(shù)據(jù)與無線傳送。傳送層使用目前的WiFi、2G/3G以及寬帶等通訊技術，拓寬感知層數(shù)據(jù)傳送的距離，呈現(xiàn)感知網(wǎng)絡及通訊網(wǎng)絡的有效融合。使用層主要就是負責數(shù)據(jù)加工處理，給用戶提供豐富的服務，這也是物聯(lián)M最大的目的。中間的傳送層就是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的所在處，鏈接傳感網(wǎng)絡以及傳統(tǒng)通訊網(wǎng)絡，它的功能有協(xié)議轉換、數(shù)據(jù)收發(fā)以及傳感網(wǎng)絡管理。1.1協(xié)議轉換的功能網(wǎng)關的基木功能就是呈現(xiàn)不同的協(xié)議間轉換。在收到ZigBee節(jié)點處傳送過來的數(shù)據(jù)后，網(wǎng)關依照ZigBee協(xié)議規(guī)則進行PHY層、MAC層以及網(wǎng)絡層包頭的剔除，并對應用層的數(shù)據(jù)進行合理化處理，再依照TCP/IP協(xié)議的標準進行重

5、新數(shù)據(jù)封裝，并利用太網(wǎng)將其發(fā)出。反方向的數(shù)據(jù)傳送也與這樣的過程相同。所以，網(wǎng)關要同吋具備ZigBee與TCP/IP這兩類協(xié)議棧。協(xié)議轉換過程，如圖1所示。1.2數(shù)據(jù)收發(fā)的功能網(wǎng)關是交流傳感網(wǎng)絡及通訊網(wǎng)絡的橋梁，可以將眾多的數(shù)據(jù)進行有效的中轉。網(wǎng)關會將ZigBee上傳的數(shù)據(jù)進行有效的處理并送達IP網(wǎng)絡主機，一樣的IP網(wǎng)絡數(shù)據(jù)以及控制指令也能利用網(wǎng)關到達相關的ZigBee節(jié)點處。1.3傳感器網(wǎng)絡管理功能ZigBee網(wǎng)關也應該呈現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡相應的管理,保持網(wǎng)絡的拓撲構造，在節(jié)點離開的吋候對地址進行冋收。2網(wǎng)關的相關設計2.1需要的硬件分析淤網(wǎng)關硬件整體設計是利

6、用雙COU的構造，也包括ZigBee模塊及CC2530芯片與主控模塊中的龍芯1號芯片。設計中兩個模塊利用了ZigBee的開發(fā)套件以及龍芯IB的開發(fā)板，調(diào)節(jié)器以及龍芯1B的開發(fā)板進行連接，同吋呈現(xiàn)網(wǎng)關的功能。硬件整體設計，如圖2所示。于在TI單位CC2530利用單片集成SOC的設計方案，把射頻收發(fā)器、工業(yè)加強型51單片機核以及Zstack協(xié)議棧融合在一個芯片上。Zstack協(xié)議棧比某些開源協(xié)議棧更完善穩(wěn)定。TI單位0前己經(jīng)將Zstack的下載與使用呈現(xiàn)免費的狀態(tài)，這很大程度上降低了成本。盂以MIPS精簡命令集龍芯1號芯片為基準，主頻在200?233MHz,能配置

7、到266MHz,也可以滿足網(wǎng)關對處理器性能的要求，比主流的ARM系列芯片更具性價比。1B的開發(fā)板外設相對來說比較豐富，以便于調(diào)節(jié)與開發(fā)。榆該設計中利用UART串口進行CC2530與龍芯1B的鏈接。物聯(lián)網(wǎng)中的節(jié)點采集最多的就是某些溫度、電壓等傳感器數(shù)據(jù)，對傳輸?shù)男蕸]奮過高的要求，利用串U就能滿足基本上的要求。2.2需要的軟件分析淤軟件設計是以嵌入式Linux操作體系以及Zstack協(xié)議棧為基準，依照需求分析來確定網(wǎng)關的各類功能模塊。網(wǎng)關軟件的構造以及跟IP網(wǎng)絡主機、ZigBee網(wǎng)絡的節(jié)點間的交換，如圖3所示。于Linux操作體系的開放源碼、模塊設計，可以支撐各

8、類硬件，內(nèi)核能依照需求進行相對的裁剪，