引言
1 ZigBee精簡協(xié)議棧簡介
美國密西西比州立大學的Robert Reese教授出于教學、科研目的開發(fā)出一套精簡版（subset）ZigBee協(xié)議棧。標準協(xié)議棧和精簡協(xié)議棧的功能對比如表1所列，可以看出，精簡協(xié)議棧實現(xiàn)了ZigBee的主要功能。國內一些研究機構在此精簡協(xié)議上進行擴充，實現(xiàn)了一些其原本不具備的功能。
這里再補充一些術語概念，這有助于理解協(xié)議棧的代碼結構。
IEEE Address節(jié)點的8位802.15.4網絡地址，也稱為長地址。
Network Address節(jié)點的2位網絡地址，也稱短地址。
PAN個人局域網。
PAN ID個人局域網標識符。
PHY協(xié)議棧物理層。
MAC協(xié)議棧媒體訪問控制層。
APS協(xié)議棧應用支持層。
APL協(xié)議棧應用層。
精簡協(xié)議棧的代碼結構如表2所列。
表1
網絡節(jié)點研究" onclick="get_larger(this)" src="http://files.chinaaet.com/images/2011/03/19/8844807409469.gif" style="width: 327px; height: 245px" />
表2
2 ZigBee協(xié)議編程
2.1 節(jié)點程序設計
如果節(jié)點作為協(xié)調器(coordinator)，那么需要定義LRWPAN_COORDINATOR；而如果節(jié)點作為路由器(router)則需要定義LRWPAN_ROUTER；如果兩者都沒有定義，將作為RFD節(jié)點。
main() {
halInit();//初始化HAL 層
evbInit();//初始化評估板
aplInit();//初始化協(xié)議棧
ENABLE_GLOBAL_INTERRUPT();//開中斷
while(apsBusy)()) {apsFSM();}//等待完成
while(1) {apsFSM();}//運行協(xié)議棧棧
}
路由器節(jié)點通過調用aplJoinNetwork()運行協(xié)議棧。代碼如下：
main() {
halInit();//初始化HAL 層
evbInit();//初始化評估板
aplInit();//初始化協(xié)議棧
ENABLE_GLOBAL_INTERRUPT();//開中斷嘗試接入網絡直至成功
do { aplJoinNetwork(); //接入網絡
while(apsBusy)()) {apsFSM();}//等待完成
}while(aplGetStatus() !=LRWPAN_SUCCESS);
while(1) {apsFSM();}//運行協(xié)議棧
}
2.2 發(fā)送消息
應用程序通過調用aplSendMSG()函數(shù)發(fā)送消息包。此函數(shù)的定義如下：
aplSendMSG(
BYTE dstMode,//目標地址的地址模式
LADDR_UNION * dstADDR, //目的地址的指針
BYTE dstEP,//目標端點(直接消息方式不用)
BYTE cluster,//簇號(僅用于直接消息)
BYTE scrEP,//消息源端點
BYTE plen,//緩沖區(qū)字節(jié)數(shù)
BYTE tsn,//消息的事務隊列數(shù)
BYTE reqack//如果非0則要求確認
)
消息從源節(jié)點的源端點發(fā)送到目標節(jié)點的目標端點。消息分直接消息(指定了目標地址)和非直接消息(僅定義了源節(jié)點、源端點和簇，沒有指定目標地址)。端點號從1到255由應用程序設置(端點0由棧保留使用)。消息發(fā)送以，協(xié)議棧會向父節(jié)點路由此消息。如果收到APS的ack確認，協(xié)議棧就會將消息發(fā)送給目標端點。
2.3 接收消息
協(xié)議棧使用以下APL訪問函數(shù)接收數(shù)據(jù)包。
aplGetRxDstEp()返回目的端點
aplGetRxCluster()返回簇號
aplGetRxSrcEp()返回源端點
aplGetRxSADDR()返回源端點的短地址
aplGetRxMsgLen()返回消息長度
aplGetRxMsgData()返回消息數(shù)據(jù)的指針
aplGetRxRSSI()返回收到消息的信號強度
編寫用戶應用程序時，要確定端點的連接方式。一種簡單的方式是RFD節(jié)點周期性地向
協(xié)調器節(jié)點返回數(shù)據(jù)。這樣做比較簡單，因為協(xié)調器的地址總是0。
圖1 有限狀態(tài)機狀態(tài)轉移圖
整個程序的運轉是靠一個有限狀態(tài)機維持的。圖1給出了這個狀態(tài)機的狀態(tài)轉移圖。
2.5 函數(shù)總結
鑒于APL層函數(shù)接口對程序設計的重要性，將這些函數(shù)做一個總結。
表3是APL服務，這些函數(shù)需要調用apsBusy()確定其是否完成，并且使用aplGetStatus()函數(shù)返回狀態(tài)。表4是APL/APS訪問及功能函數(shù)。
結語
無線傳感器網絡具有廣闊的應用前景，由ZigBee協(xié)議可以方便有效地組建無線傳感器網絡。在整個應用中，主要硬件設備可由一個51單片機加上2.4 GHz的收發(fā)模塊組成，采用CC2430是為了更加方便使用，而ZigBee的真正核心是安裝在單片機中的協(xié)議棧代碼。精簡版協(xié)議棧不論從開發(fā)難度到使用成本都具有一定的優(yōu)勢。本文對精簡版協(xié)議棧尤其是應用層接口、代碼實現(xiàn)進行了詳細的分析，并以此為基礎給出了節(jié)點的軟、硬件設計。了解協(xié)議棧的使用，就可以在其上開發(fā)適合我們需要的各種應用。