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EPA控制網(wǎng)絡(luò)中ZigBee接入點的軟硬件設(shè)計

發(fā)布時間:2008/5/26 0:00:00 訪問次數(shù):496

        

    

    

    來源:單片機與嵌入式系統(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zigbee技術(shù)接入epa控制網(wǎng)絡(luò)進行系統(tǒng)建模和設(shè)計,給出zigbee接入epa控制網(wǎng)絡(luò)的實施方案及協(xié)議模型,并按照提出的方案設(shè)計一種epazigbee接入點設(shè)備。最后,對設(shè)計的接入點設(shè)備進行多次測試。分析測試結(jié)果表明,epazigbee接入點設(shè)備運行穩(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計劃的連續(xù)滾動支持下,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iec發(fā)布為iec/pas 62409,作為第14類型列入實時以太網(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)、藍牙等信息網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),適用于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)裝置與儀器儀表間、工業(yè)自動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,它又具有低功耗,架構(gòu)簡單,成本低的特點,適用于多種無線需求,尤其對工控(監(jiān)視器、傳感器和自動控制設(shè)備)等領(lǐng)域更是顯示出其獨有的優(yōu)勢。

    

    在epa網(wǎng)絡(luò)中,引入zigbee技術(shù)是新提出的研究課題。本文重點研究如何將zigbee無線通信與有線的實時以太網(wǎng)進行融合,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)計一種實施實例設(shè)備——epazigbee接入點設(shè)備。經(jīng)過多次反復(fù)的測試、檢測,目前epazigbee接入點設(shè)備運行穩(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),針對如何將zigbee技術(shù)接入到epa網(wǎng)絡(luò)這個研究課題,提出了一種組網(wǎng)方案。在這個方案中,epa有線網(wǎng)絡(luò)由遠程監(jiān)控中心、應(yīng)用計算機、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接入點構(gòu)成。epa有線網(wǎng)絡(luò)與zigbee網(wǎng)絡(luò)之間通過epazigbee接入點連接,epazigbee接入點負責(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)拓撲,可以對多個zigbee設(shè)備進行組網(wǎng)。

    

    在整個方案中,zigbee接入點是epa控制網(wǎng)絡(luò)中的重要設(shè)備之一,是負責(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接入點作為無線訪問點,zigbee終端設(shè)備采集現(xiàn)場數(shù)據(jù),并對數(shù)據(jù)進行處理、打包,通過無線鏈路發(fā)送到zigbee接入點。這里epazigbee接入點是一個具有接入點功能的zigbee模塊,相當(dāng)于一個epa網(wǎng)關(guān),將zigbee中的每一個現(xiàn)場設(shè)備映射一個ip地址與tcp/udp端口,實現(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,同時為了使控制網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議簡單實用,提高工作效率和通信的實時性及時間的確定性,縮短系統(tǒng)響應(yīng)時間,在分析控制系統(tǒng)的特點、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。

    

    

    

        

    

    

    來源:單片機與嵌入式系統(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zigbee技術(shù)接入epa控制網(wǎng)絡(luò)進行系統(tǒng)建模和設(shè)計,給出zigbee接入epa控制網(wǎng)絡(luò)的實施方案及協(xié)議模型,并按照提出的方案設(shè)計一種epazigbee接入點設(shè)備。最后,對設(shè)計的接入點設(shè)備進行多次測試。分析測試結(jié)果表明,epazigbee接入點設(shè)備運行穩(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計劃的連續(xù)滾動支持下,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iec發(fā)布為iec/pas 62409,作為第14類型列入實時以太網(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)、藍牙等信息網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),適用于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)裝置與儀器儀表間、工業(yè)自動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,它又具有低功耗,架構(gòu)簡單,成本低的特點,適用于多種無線需求,尤其對工控(監(jiān)視器、傳感器和自動控制設(shè)備)等領(lǐng)域更是顯示出其獨有的優(yōu)勢。

    

    在epa網(wǎng)絡(luò)中,引入zigbee技術(shù)是新提出的研究課題。本文重點研究如何將zigbee無線通信與有線的實時以太網(wǎng)進行融合,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)計一種實施實例設(shè)備——epazigbee接入點設(shè)備。經(jīng)過多次反復(fù)的測試、檢測,目前epazigbee接入點設(shè)備運行穩(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),針對如何將zigbee技術(shù)接入到epa網(wǎng)絡(luò)這個研究課題,提出了一種組網(wǎng)方案。在這個方案中,epa有線網(wǎng)絡(luò)由遠程監(jiān)控中心、應(yīng)用計算機、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接入點構(gòu)成。epa有線網(wǎng)絡(luò)與zigbee網(wǎng)絡(luò)之間通過epazigbee接入點連接,epazigbee接入點負責(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)拓撲,可以對多個zigbee設(shè)備進行組網(wǎng)。

    

    在整個方案中,zigbee接入點是epa控制網(wǎng)絡(luò)中的重要設(shè)備之一,是負責(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接入點作為無線訪問點,zigbee終端設(shè)備采集現(xiàn)場數(shù)據(jù),并對數(shù)據(jù)進行處理、打包,通過無線鏈路發(fā)送到zigbee接入點。這里epazigbee接入點是一個具有接入點功能的zigbee模塊,相當(dāng)于一個epa網(wǎng)關(guān),將zigbee中的每一個現(xiàn)場設(shè)備映射一個ip地址與tcp/udp端口,實現(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,同時為了使控制網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議簡單實用,提高工作效率和通信的實時性及時間的確定性,縮短系統(tǒng)響應(yīng)時間,在分析控制系統(tǒng)的特點、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。

    

    

    

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