ZigBee与μIP的嵌入式网络监控系统设计

3．2 ZigBee无线传感器网络
ZigBee协议是基于国际标准化组织(ISO)的开放系统互连(OSI)基本参考模型，ISO／OSI模型有7层，而ZigBee仅实现了低功耗、低数据传输率的无线网络必需的部分：物理层(PHY)、介质访问控制层(MAC)、网络层(NWK)和应用层(APL)。最低的两层：物理层和介质访问控制层，由IEEE 802．15．4标准定义。网络层和应用层由ZigBee标准定义。在应用层内提供了应用支持子层和ZigBee设备对象。
ZigBee网络包含3种设备类型：协调器(ZC)、路由器(ZR)、终端设备(ZE)。ZigBee无线传感器网络拓扑结构如图5所示。

协调器负责启动和控制网络，存储关于网络的信息；路由器负责中转数据包，扩展网络覆盖面，提供备份路由以防网络拥挤和设备通信失败，支持子设备。终端设备可以发送或接收信息，但不能执行路由操作，必须被联系到协调器或者一个路由器，并且终端设备不支持子设备。在本系统中终端设备负责采集温度、湿度、烟雾、光照等数据，协调器通过RS-232接口与嵌入式服务器连接，把采集到的数据传送到嵌入式服务器。
本系统采用TI公司符合ZigBee2007协议栈标准的Z—Stack协议栈实现ZigBee无线网络。系统上电后，各结点首先实行硬件初始化，然后初始化ZigBee无线网络，网络组建完成并且运行正常后，终端设备进行数据采集，并通过路由器结点把数据传递给协调器。ZigBee无线网络的工作顺序如图6所示。

3．3 μIP协议栈
μIP协议栈是由瑞典计算机科学研究所的AdamDunkels开发，并在BSD风格的许可证下发布的免费、开放源代码的协议栈。完整TCP／IP协议栈的实现分别需要几百KB的程序存储空间和内存，这对8位或16位芯片组成的系统来说，需消耗太多的资源而无法得到应用。对于大多数应用来说，实现完整的TCP／IP协议栈是没有必要的。μIP设计成仅仅实现完整TCP／IP协议栈里必需的特性，其中包括IP、ICMP、μDP和TCP协议，整个协议栈是用C语言实现的，并且只能处理一个网络接口。
应用程序调用μIP协议栈提供的用户接口函数实现网络通信功能。发送数据时，μIP协议栈把应用程序的数据封装成符合以太网标准的数据包，再调用底层驱动程序把数据发送到以太网中的目标机器。一旦以太网控制器接收到符合要求的数据包，则μIP协议栈提取包中的有效数据传递给应用程序。μIP协议栈与底层驱动、应用程序的调用关系如图7所示。

3．4 监控系统测试结果
把程序下载到嵌入式服务器，硬件连接完毕后整个系统上电。在远程监控主机中打开监控程序，对本系统进行测试，结果如图8所示。

结语
通过对该监控系统进行运行测试，本系统可以接收远程监控PC发送的监控命令，并根据命令将ZigBee无线传感器网络采集到的数据通过以太网发送给远程监控PC、控制现场设备，实现了远距离监测与控制功能。本设计解决了传统远程监控系统中传输距离短、布线复杂与实时性差等问题，具有重要的实际意义。