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基于ZigBee的工业无线网关研究 - 通信-网络 - 免费猫

发布时间:2020-02-17 13:38:34 阅读: 来源:非开挖厂家

基于ZigBee的工业无线网关研究 - 通信/网络 - 电子工程网

①无线通信机制。现场设备与无线网关之间数据通信采用了ZigBee无线通信技术。ZigBee无线通信技术采用CSMA—CA接入方式,有效避免了无线电载波之间的冲突,保证了数据传输的可靠性。其MAC层和PHY层由IEEE802.15.4工作小组制定,NwK和APS则由ZigBee联盟来制定,其他部分——ZDO(ZigBee设备对象)和ZAO(ZigBee应用对象),由用户根据不同应用来完成。

②以太网协议转换。无线网关的接入功能主要体现在协议转换,即将ZigBee无线通信协议转换为以太网有线协议,通过以太网接入控制网络。 IEEE802.3 PHY和IEEE802.3 MAC为标准的以太网物理层和介质访问层,IEEE802.2 LLC提供以太网帧与IP层接口,传输层为标准TCP./UDP协议。

③上层服务接口(high layer service interface)。针对工业应用,无线网关要求提供上层服务及接口,使用户可以通过无线网关对现场设备进行组态、调校。上层服务接口位于ZigBee APS层与TCP/IP层之间,为系统实现各种服务提供通用接口。

3 工业无线网关关键技术研究

3.1 网络管理功能

(1)网络形成

无线网关上电后,无线协议栈各层首先进行初始化,然后通过网络请求原语来启动一个新的网络,仅当具有协调器能力且当前还没有与网络连接的网关设备才可以建立一个新的网络。图2所示为网络形成流程。组网开始时,网络层首先向MAC层请求分配协议所规定的信道,或者由PHY层进行有效信道扫描,网络层管理实体等待信道扫描结果,然后根据扫描结果选择可允许能量水平的信道。找到合适的信道后,为这个新的网络选择一个个域网标识符(PANID)。 PANID可由网络形成请求时指定,也可以随机选择一个PANID(除广播PANID固定为0xFFFF外),PANID在所选信道中应该是唯一的。 PANID一旦选定,无线网关将选择16位网络地址0x0000作为自身短地址,同时进行相关设置。完成设置后,通过MAC层发出网络启动请求,返回网络形成状态。

(2)网络维护网络维护主要包括设备加入网络和离开网络过程。当网络形成后,通过网络管理实体设定MAC层连接许可标志来判断是否允许其他设备加设备初始化为协调器入网络。加入方式有联合方式和直接方式,在协议实现中采取直接加入网络方式。这种方式下由待加入的设备发送请求加入信标帧,网关接收到后,网络管理实体首先判断这个设备是否已存在于网络。存在,则使其加入网络;若不存在,则向设备发送信标帧,为这个设备分配一个网络中唯一的16位的短地址。这里的信标帧是由网关无线协议MAC层生成作为PHY层载荷,它包含PANID、加入时隙分配等信息。网内设备也可以请求断开网络。当网关收到设备断开连接请求后,MAC层向网络层发送报告,开始执行断开流程,从设备列表中删除该设备相关信息。

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