Zigbee 協(xié)議軟件的構成包括硬件抽象層( HAL)， 應用庫( CUL)和系統(tǒng)主程序。HAL是簡單的建立和使用外部的單元(例如， 無線收發(fā)， 計時器， AD 變換等)。CUL 提供了一個簡單的無線協(xié)議， 一個管理器管理DMA 通道和一個以軟件方式實現(xiàn)處理安排的多任務計時器。而系統(tǒng)的主程序提供了一個程序調用的接口和中斷。本軟件實現(xiàn)一個簡單的點對點數(shù)據傳輸， 因此只需要一個精簡的數(shù)據包協(xié)議( SPP)。

　　簡單的協(xié)議包提供了簡單的數(shù)據包結構如表1， 其中Leng th(長度)， 接收信號強度( RSSI)和鏈路質量LQ I區(qū)域由芯片設置， dest src address 和flags區(qū)域由SPP設置， Pay lOAd( length- 5bytes) 區(qū)域為有效的載荷由用戶設置(最大125字節(jié))。

表1 簡單的數(shù)據包結構

　　數(shù)據包的字節(jié)長度不包括長度字節(jié)本身， 目的地址和源地址每一個為一個字節(jié)， 另外， 0x00是廣播地址， 這一地址的數(shù)據包被所有的節(jié)點接收， 標志包括ACK 位， 一個ACK 請求( DO _ACK )。通過重傳顯示、序列號位、序列號及重傳的位共同作用從而能夠區(qū)分新的數(shù)據包和當前接收的數(shù)據包， RSSI和LQ I顯示接收信號強度和鏈路的質量， LQ I的第8位顯示是否CRC校驗成功或失敗。

　　Zigbee數(shù)據包發(fā)送的部分流程圖如圖2 所示，接收數(shù)據的部分流程圖如圖3所示。

圖2 發(fā)送數(shù)據的部分流程圖

圖3 接收數(shù)據的部分流程圖

2. 4 Z igBee無線網關關鍵技術研究

　　2. 4. 1 網絡管理功能

　　( 1)網絡形成。無線網關上電后， 無線協(xié)議棧各層首先進行初始化， 然后通過網絡請求來啟動一個新的網絡(僅具有協(xié)調器能力且當前還沒有與網絡連接的網關設備才可以建立一個新的網絡)。

　　組網開始時， 網絡層首先向MAC層請求分配協(xié)議所規(guī)定的信道， 或者由PHY層進行有效信道掃描，網絡層管理實體等待信道掃描結果， 然后根據掃描結果選擇可允許能量水平的信道。找到合適的信道后，為這個新的網絡選擇一個域網標識符( PAN ID )。

　　PAN ID可由網絡形成請求時指定， 也可以隨機選擇一個PAN ID (除廣播PAN ID 固定為0xFFFF外) ， PAN ID在所選信道中應該是唯一的。PAN ID一旦選定， 無線網關將選擇16位網絡地址0x0000作為自身短地址，同時進行相關設置。完成設置后， 通過MAC 層發(fā)出網絡啟動請求， 返回網絡形成狀態(tài)。

　　( 2)網絡維護。網絡維護主要包括設備加入網絡和離開網絡過程。當網絡形成后， 通過網絡管理實體設定MAC 層連接許可標志來判斷是否允許其他設備加入網絡。加入方式有聯(lián)合方式和直接方式， 在協(xié)議實現(xiàn)中采取直接加入網絡方式。這種方式下由待加入的設備發(fā)送請求加入信標幀， 網關接收到后， 網絡管理實體首先判斷這個設備是否已存在于網絡。若存在， 則使其加入網絡; 若不存在， 則向設備發(fā)送信標幀， 為這個設備分配一個網絡中唯一的16位短地址。這里的信標幀是由網關無線協(xié)議MAC層生成作為PHY 層載荷， 它包含PAN ID、加入時隙分配等信息。網內設備也可以請求斷開網絡。當網關收到設備斷開連接請求后， MAC 層向網絡層發(fā)送報告， 開始執(zhí)行斷開流程， 從設備列表中刪除該設備相關信息。