ZigBee協(xié)議棧及組網(wǎng)相關(guān)知識(shí)

時(shí)間：2018-05-28　來(lái)源：中國(guó)集群通信網(wǎng)　作者：網(wǎng)絡(luò)　點(diǎn)擊：次

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無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無(wú)非是功耗、距離、速率、組網(wǎng)等方面的較量，那么能否做到既能低功耗、遠(yuǎn)距離，又能快捷組網(wǎng)和部署呢？

標(biāo)準(zhǔn)zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)，而建立一個(gè)zigbee網(wǎng)絡(luò)除了必須要有協(xié)調(diào)器之外，僅需加上路由器或終端節(jié)點(diǎn)即可。

然而，不同的應(yīng)用場(chǎng)景需要不同型態(tài)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、星型、中繼路由、混合型等等。因此，快速、高效、穩(wěn)定、便捷、靈活，是對(duì)組網(wǎng)協(xié)議所提出的更高要求。

圖1 zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

一、Fastzigbee協(xié)議

換個(gè)思路，假若網(wǎng)絡(luò)上的任意節(jié)點(diǎn)都具備對(duì)等的數(shù)據(jù)傳輸功能，且無(wú)須協(xié)調(diào)器管理網(wǎng)絡(luò)，那么網(wǎng)絡(luò)中的任何節(jié)點(diǎn)都可以主動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)，這樣用戶就無(wú)需理會(huì)具體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，顯然會(huì)更加方便使用。

基于此，ZLG致遠(yuǎn)電子根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累，在zigbee協(xié)議棧的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了Fastzigbee透?jìng)鲗?duì)等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。其特點(diǎn)如下：

l 啟動(dòng)零延時(shí)，無(wú)需等待入網(wǎng)

l 節(jié)點(diǎn)容量大，理論上節(jié)點(diǎn)容量高達(dá)65535

l 3線制串口全透明傳輸方式，可自定義數(shù)據(jù)格式

l 無(wú)需二次開(kāi)發(fā)，可快速實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)配置及自組網(wǎng)功能

l 快速添加路由，即放即用的智能路由算法，快速恢復(fù)通信。

圖2 Fastzigbee協(xié)議特點(diǎn)

二、自組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)

Fastzigbee協(xié)議已經(jīng)很好的為組網(wǎng)提供了基礎(chǔ)，那么能否在部署和施工方面也提供更好的支持呢？

當(dāng)然，ZLG致遠(yuǎn)電子為簡(jiǎn)化無(wú)線產(chǎn)品復(fù)雜的開(kāi)發(fā)過(guò)程，在Fastzigbee協(xié)議內(nèi)增加自組網(wǎng)功能。下面以AW516x系列透?jìng)髂K為例，為工程師提供兩種實(shí)現(xiàn)途徑。

模塊在自組網(wǎng)模式下，主機(jī)模塊會(huì)自動(dòng)選擇周?chē)鷽](méi)有被使用的PANID和通道號(hào)形成一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，并能自動(dòng)遞增方式分配一個(gè)唯一的本地網(wǎng)絡(luò)地址給從機(jī)模塊。從機(jī)模塊使用時(shí)在使能了自組網(wǎng)功能后就不需要進(jìn)行任何的配置操作，從機(jī)模塊在加入網(wǎng)絡(luò)后就能跟主機(jī)進(jìn)行通訊。

1、硬件I/O控制

（1）主機(jī)模塊有兩個(gè)工作流程，分別通過(guò)JOIN管腳(IO1)和DETECT管腳(IO2)控制。

①當(dāng)JOIN管腳為低電平時(shí)，主機(jī)模塊工作在組網(wǎng)模式，此時(shí)主機(jī)模塊允許從機(jī)模塊加入網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)JOIN管腳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，主機(jī)模塊進(jìn)入正常工作流程，此時(shí)從機(jī)模塊不能再加入網(wǎng)絡(luò)。

②當(dāng)模塊檢測(cè)到DETECT管腳有大于3S的低電平時(shí)，主機(jī)模塊工作在重獲取網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模式，此時(shí)主機(jī)模塊會(huì)重新隨機(jī)生成新的PANID（0x0000~0xFFFF）和通道號(hào)（11~26），并檢測(cè)新生成的PANID和通道號(hào)是否已被其他網(wǎng)絡(luò)使用，如果已經(jīng)有網(wǎng)絡(luò)在使用，則重新生成，主機(jī)模塊在重新生成PANID和通道號(hào)后，需要把該主機(jī)下的所有從機(jī)都需要執(zhí)行入網(wǎng)操作。

圖3 主機(jī)模塊組網(wǎng)工作流程

（2）從機(jī)模塊有兩個(gè)工作模式，一個(gè)是入網(wǎng)申請(qǐng)，一個(gè)是退網(wǎng)申請(qǐng)，通過(guò)JOIN管腳的電平狀態(tài)決定工作模式。

①當(dāng)JOIN管腳為低電平，低電平持續(xù)時(shí)間在3S以下（短低電平）時(shí)，從機(jī)模塊工作在入網(wǎng)申請(qǐng)狀態(tài)；

②當(dāng)JOIN管腳為低電平，低電平持續(xù)時(shí)間在3S以上（長(zhǎng)低電平）時(shí)，從機(jī)模塊工作在退網(wǎng)申請(qǐng)狀態(tài)；如果JOIN管腳為高電平，從機(jī)模塊使用存儲(chǔ)的PANID和通道號(hào)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

圖4 從機(jī)模塊入網(wǎng)流程

2、軟件指令配置

主機(jī)模塊除了可以使用IO口控制主機(jī)允許從機(jī)加入網(wǎng)絡(luò)，也可以使用命令的方式使能主機(jī)允許從機(jī)加入網(wǎng)絡(luò)。

表1 主機(jī)允許從機(jī)加入網(wǎng)絡(luò)命令 1

允許加入網(wǎng)絡(luò)開(kāi)啟的窗口時(shí)間為當(dāng)給主機(jī)發(fā)送了允許加入網(wǎng)絡(luò)命令后，主機(jī)開(kāi)始接受從機(jī)的入網(wǎng)請(qǐng)求，到達(dá)這個(gè)窗口時(shí)間后，主機(jī)不再接受從機(jī)的入網(wǎng)請(qǐng)求，窗口時(shí)間結(jié)束后，主機(jī)進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。

除此之外，指令還可查詢主機(jī)模塊存儲(chǔ)的從機(jī)信息、查詢主從機(jī)狀態(tài)等等

三、測(cè)試實(shí)例

以下所有操作均基于廣州致遠(yuǎn)電子有限公司的zigbee評(píng)估板：AW516x Demo Board