來源：單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 作者：重慶郵電大學(xué) 王泉 劉雙梅 李敏 蔣建春

    摘要 在epa網(wǎng)絡(luò)中，引入zigbee技術(shù)是新提出的研究課題。本文在分析zigbee技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)zigbee技術(shù)接入epa控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)建模和設(shè)計(jì)，給出zigbee接入epa控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施方案及協(xié)議模型，并按照提出的方案設(shè)計(jì)一種epazigbee接入點(diǎn)設(shè)備。最后，對(duì)設(shè)計(jì)的接入點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行多次測試。分析測試結(jié)果表明,epazigbee接入點(diǎn)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，工作可靠,可以滿足工作現(xiàn)場的多種需要。

    關(guān)鍵詞 ieee802.15.4 zigbee接入 epa mac 協(xié)議模型

    引言

    在國家863計(jì)劃的連續(xù)滾動(dòng)支持下，重慶郵電學(xué)院作為核心單位參與制定了國家標(biāo)準(zhǔn)——《用于工業(yè)測量與控制系統(tǒng)的epa（ethernet for plant automation）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信標(biāo)準(zhǔn)》（簡稱“epa標(biāo)準(zhǔn)”）。在此基礎(chǔ)上形成的65c/357/np以95.8%的得票率被國際電工委員會(huì)iec發(fā)布為iec/pas 62409，作為第14類型列入實(shí)時(shí)以太網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)iec 617482、作為第14類型將列入現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)iec 61158（修訂版）。

    epa標(biāo)準(zhǔn)是一種基于以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙等信息網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，適用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)裝置與儀器儀表間、工業(yè)自動(dòng)化儀器儀表相互間數(shù)據(jù)通信的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)。

    zigbee是一種低速率(2 kbps～200 kbps)wpan ieee標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率只有100 kbps，同時(shí)，它又具有低功耗，架構(gòu)簡單，成本低的特點(diǎn)，適用于多種無線需求，尤其對(duì)工控（監(jiān)視器、傳感器和自動(dòng)控制設(shè)備）等領(lǐng)域更是顯示出其獨(dú)有的優(yōu)勢。

    在epa網(wǎng)絡(luò)中，引入zigbee技術(shù)是新提出的研究課題。本文重點(diǎn)研究如何將zigbee無線通信與有線的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)進(jìn)行融合，提出一種zigbee接入epa網(wǎng)絡(luò)的方案，并按照提出的方案設(shè)計(jì)一種實(shí)施實(shí)例設(shè)備——epazigbee接入點(diǎn)設(shè)備。經(jīng)過多次反復(fù)的測試、檢測，目前epazigbee接入點(diǎn)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，工作可靠、安全，可以滿足工作現(xiàn)場的多種需要。

    1 zigbee接入epa網(wǎng)絡(luò)的方案

    1.1 zigbee接入點(diǎn)接入epa組網(wǎng)方案

    epa是有線的網(wǎng)絡(luò)，而zigbee是無線通信技術(shù)，針對(duì)如何將zigbee技術(shù)接入到epa網(wǎng)絡(luò)這個(gè)研究課題，提出了一種組網(wǎng)方案。在這個(gè)方案中，epa有線網(wǎng)絡(luò)由遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、應(yīng)用計(jì)算機(jī)、epa服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫等構(gòu)成；zigbee網(wǎng)絡(luò)由epa現(xiàn)場設(shè)備和epazigbee接入點(diǎn)構(gòu)成。epa有線網(wǎng)絡(luò)與zigbee網(wǎng)絡(luò)之間通過epazigbee接入點(diǎn)連接，epazigbee接入點(diǎn)負(fù)責(zé)zigbee網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的連接和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。zigbee網(wǎng)絡(luò)支持星形、樹形和網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)洌梢詫?duì)多個(gè)zigbee設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)。

    在整個(gè)方案中，zigbee接入點(diǎn)是epa控制網(wǎng)絡(luò)中的重要設(shè)備之一，是負(fù)責(zé)終端設(shè)備的管理及協(xié)調(diào)無線與有線網(wǎng)絡(luò)之間通信的關(guān)鍵部件。zigbee接入點(diǎn)具有將zigbee設(shè)備接入epa有線網(wǎng)絡(luò)的功能，是連接epa有線網(wǎng)絡(luò)和zigbee網(wǎng)絡(luò)的橋接設(shè)備。zigbee接入點(diǎn)作為無線訪問點(diǎn)，zigbee終端設(shè)備采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、打包，通過無線鏈路發(fā)送到zigbee接入點(diǎn)。這里epazigbee接入點(diǎn)是一個(gè)具有接入點(diǎn)功能的zigbee模塊，相當(dāng)于一個(gè)epa網(wǎng)關(guān)，將zigbee中的每一個(gè)現(xiàn)場設(shè)備映射一個(gè)ip地址與tcp/udp端口，實(shí)現(xiàn)ip地址與tcp/udp端口與zigbee網(wǎng)絡(luò)地址的互相轉(zhuǎn)換，從而使epa有線網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備可以通過ip地址與tcp/udp端口訪問每一個(gè)現(xiàn)場設(shè)備。

    1.2 zigbee接入epa網(wǎng)絡(luò)層次協(xié)議模型

    考慮到控制網(wǎng)絡(luò)中傳送的信息多為短幀信息，且信息交換頻繁的特點(diǎn)，同時(shí)為了使控制網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議簡單實(shí)用，提高工作效率和通信的實(shí)時(shí)性及時(shí)間的確定性，縮短系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，在分析控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、ieee802.15.4協(xié)議與zigbee協(xié)議的基礎(chǔ)上，以及在epa中zigbee接入可行性的基礎(chǔ)上，提出epa接入設(shè)備與ieee802.15.4/zigbee網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議層次，epa接入設(shè)備與epa有線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議層次的應(yīng)用模型。該通信協(xié)議的層次體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。