1 引言
ZigBee 是一種新興短距離、低功耗、低傳輸速率的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。以IEEE802.15.4 為標(biāo)準(zhǔn)，通過傳感器節(jié)點(diǎn)相互通信，以接力的方式將采集數(shù)據(jù)傳到另一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或協(xié)調(diào)器節(jié)。該技術(shù)使用免費(fèi)的IMS 的2.4GHz、915M 和868MHz 頻段，傳輸速率為20K 至250Kbps,具有雙向通信功能。它適用于通信數(shù)據(jù)量不大，傳輸速率相對較低，分布范圍較小的，而且成本和功耗較低的場合。
隨著計(jì)算機(jī)分布式處理、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)被廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)需求迅速擴(kuò)大。如何通過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施對傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，逐漸成為傳感器網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究課題。
基于ZigBee 和以太網(wǎng)的無線網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)就是在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)之間搭建一條數(shù)據(jù)傳輸通道。
本設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將ZigBee 數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)化為以太網(wǎng)的TCP/IP 協(xié)議的數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在兩個協(xié)議之間的雙向傳輸，搭建聯(lián)系二者之間的一條透明傳輸通道，完成ZigBee 技術(shù)和以太網(wǎng)互通，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制。
2 系統(tǒng)概述
結(jié)合ZigBee 和以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)體系統(tǒng)包括ZigBee 網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)兩部分。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)將采集數(shù)據(jù)以多跳變的方式傳送到ZigBee 匯接點(diǎn)，匯接點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)進(jìn)行ZigBee數(shù)據(jù)包解析，從數(shù)據(jù)包中提取有效信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)包重新封裝打包成TCP/IP 數(shù)據(jù)包，經(jīng)過以太網(wǎng)傳輸將數(shù)據(jù)送到控制中心，完成整個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。圖1 給出了結(jié)合ZigBee 網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。
圖1 結(jié)合ZigBee 和以太網(wǎng)的數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
網(wǎng)關(guān)是建立在傳輸層以上的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，連接ZigBee 和以太網(wǎng)兩個相互獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)ZigBee和以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)壓縮打包封裝，在轉(zhuǎn)發(fā)之前經(jīng)MCU（微處理器）將它轉(zhuǎn)化為另一種數(shù)據(jù)包格式，而不需要外加協(xié)議轉(zhuǎn)換器件，完成二者之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸。從結(jié)構(gòu)圖可抽象出結(jié)合ZigBee和以太網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。
圖2 結(jié)合ZigBee 和以太網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)
3 芯片選型
3.1 ZigBee 芯片的選型
選用成都Chipcon 公司的無線收發(fā)芯片CC2430 作為本設(shè)計(jì)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的傳輸方案。
CC2430 是一顆真正片上系統(tǒng)芯片，內(nèi)部集成一個高性能2.4GHz 直接序列擴(kuò)頻 （DSSS）射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級加強(qiáng)型8051 內(nèi)核[3],無需再選另外的處理器，使設(shè)計(jì)簡化。
3.2 以太網(wǎng)芯片的選型
選取臺灣RETLTEK 公司的網(wǎng)卡芯片RTL8019,該芯片ISA 總線高度集成，具有價格低，接口簡單，不需要轉(zhuǎn)接芯片，兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)。
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