基于无线传感网络的智能机房环境监控系统的设计与实现

系统软件是基于TI公司的Z-Stack 2006协议栈开发。从系统结构中可以看出本系统软件设计包括3大部分：无线传感器网络基于Z-Stack的应用程序开发；网关基于Qt的应用程序开发；主控中心Web应用程序开发，本文着重实现基于Z-Stack的应用程序开发。

4．1 ZigBee协议栈

ZigBee协议栈由一组子层构成，每一层向它的上层提供数据和管理服务，分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、网络层(NWK)和应用层(ADL)，应用层又分为：应用支持子层(APS)、ZigBee设备对象(ZDO)和由制造商制定的应用对象。其中PHY和MAC位于最低层，且与硬件相关；除此之外的其他层建立在PHY和MAC层之上，并且完全与硬件无关。分层的结构脉络清晰、一目了然，给设计和调试带来极大的方便。

　　实际开发中根据需要将协议栈的层次又做了细化，Z-Stack软件的总体架构如图5所示。Z-Stack中的硬件抽象层HAL提供各种硬件模块的驱动，基于HAL之上是操作系统抽象层OSAL，OSAL实现了一个易用的操作系统平台，以实现多任务为核心的系统资源管理机制。Z-Stack采用操作系统的思想来构建，采用事件轮循机制，当各个层初始化完成后，系统将会进入低功耗模式，当有事件发生时，系统立刻被唤醒，并转而进入中断处理事件，处理完成后再次进入低功耗模式，减少功耗。OSAL把优先级放在了最重要的地位。当在处理的任务中有两个以上事件待处理，处理完一件后，也要去查询优先级更高的任务。赋予优先级高的任务最大的权利，尽可能保证高优先级任务的每一个事件都能得到最及时的处理。操作系统任务调度流程如图6所示。

开发所用协议栈目录结构如图7所示。主要用到的文件有：ZMain／ZMian．c、Tools／f8wConfig．cfg、App／OSAL_SampleApp．c和App ／SampleApp．c。其中ZigBee协议栈的main函数在ZMain．c中，总体上来说它一共做了两件事，一个是系统初始化，即由启动代码来初始化硬件系统和软件架构需要的各个模块；一个是执行操作系统实体。fSwConfig．cfg为网络配置文件。App／OSAL_SampleApp．c为操作系统任务初始化和添加文件。App／SampleApp．c为应用程序核心文件。整个Z-stack的主要工作流程大致分为：系统启动，驱动初始化，OSAL初始化和启动，进入任务轮循几个阶段。

4．2 无线传感网软件平台搭建

操作系统是通过调度各项任务来使整个系统协调的运作起来的。对不同类型设备的处理作为一个任务，把新建的任务添加到系统中，操作系统便会把新任务与协议栈融合到一起，使系统具备新的功能，即完成了无线传感器网络软件平台的搭建。

1)建立任务：任务初始化函数的建立

任务初始化函数要做两件事，首先是为任务获取系统分配的任务ID，最后是初始化运行任务所需的硬件资源及变量。

任务初始化函数的格式为：

XXX_Init(unsigned char task_id)

{

XXX_TaskID=task_id；

初始化任务运行所需的硬件资源及变量。

}

其中"XXX"表示任务的名称。"XXX_TaskID"是用户自己定义的变量，用于存储任务的ID号。

2)建立任务：任务事件处理函数的建立
对模块的各种外部变化操作系统以事件的方式来处理，不同的宏定义代表不同事件，比如：KEY_CHANGE为按键事件；ZD0_STATE_CHANGE为网络状态变化事件；AF_INCOMING_MSG CMD表示接收到其他节点发送来的数据，该事件为无线处理的重要事件。

任务事件处理函数原型为：uint16 Sample_ProcessEvent(uint8 task_id，uint16 events)；形参task_id为任务ID号，events为事件代号。

3)添加任务

所有的任务添加都是在应用层App／OSAL_SampleApp．c中通过osalTaskAdd()函数添加一个OSAL任务，函数原型为：

void osalTask Add(const pTaskInitFn pfninit，

const pTaskEventHandlerFn pfnEventProcessor，

const byte taskPriority)

参数1：pfnInit(指向任务初始化函数的指针)；

参数2：pfnEventProcessor(指向任务事件处理函数的指针)；

参数3：taskPrioritv(任务优先级)。

4．3 ZigBee网络通讯设置与组网

4．3．1 网络通讯设置

在Tools／f8wConfig．cfg配置文件中定义了工程相关的网络通讯设置。其中比较重要的是ZigBee通信相关的信道通道的设置和PAN ID的设置。用户可以通过更改该文件中的相关宏定义，来控制ZigBee网络的通道和PAN ID，以此来解决多个ZigBee网络的冲突问题。信道是数据在物理层传输时使用的通道：PIN ID为ZigBee网络的标识符，用来区别不同的网络。

除此之外在启动网络前还需要修改模块的物理地址。在ZigBee网络中，无论是协调器还是路由器或终端节点，每个模块都有自己唯一的64位物理地址。物理地址的修改有两