摘要
经过剖析ZigBee和WiFi协议，结合嵌入式技能，提出了一种完结双模无线网关的计划。借助于ZigBee2007，自界说通讯传输协议帧，规划 Linux和CC2530F256串口传输协议。其次，树立通讯模型，进行协议解析，完结协议转化。终究规划体系软件，验证双模无线网关可行性。
近年来，跟着通讯技能的开展，无线信息的传递越来越安稳牢靠，其纠错才能和抗干扰才能也越来越强。特别跟着物联网的蓬勃开展，无线通讯技能凭仗其本身的快捷性，也越来越受人们的喜爱与注重［1］。
依据IEEE802.15.4规范的ZigBee协议具有自组织、安稳性好、抗干扰性强、功耗低一级长处，首要应用于农业、工业检测、军事和医疗等方面。但其操控中心多是PC，不能适应户外等特别环境。WiFi作为一种越来越遍及的无线通讯技能，凭仗掩盖规模广、无需布线等长处，广泛存在于人们的出产日子中。以此提出一种适应于杂乱环境的双模无线网关规划计划，具有杰出的应用性和前瞻性［2］。
1 体系整体结构
体系由ZigBee模块、开发板模块和WiFi模块组成。ZigBee模块中，Coordinator作为ZigBee网络的中心节点，担任操控和监测ZigBee路由节点，每一个路由节点带着一个传感器，担任把传感器收集的数据发送给Coordinator。开发板模块作为协议转化的纽带，用于解析 Coordinator传输的数据。WiFi模块，将开发板解析的数据封装成WiFi帧。这样就完结双模无线网关的转化，体系结构如图1所示。
图1 体系整体结构
2 无线网关的规划
2.1 ZigBee数据流剖析
ZB253002模块是依据TI公司CC2530F256芯片，履行ZigBee2007/PRO协议的 ZigBee模块，它具有ZigBee协议的悉数特色。其首要的特色：
①主动组网。一切的模块通电即主动组网，和谐器（Coordinator）主动给一切的节点分配地址，不需要用户手动分配地址，网络参加、应对等专业ZigBee组网流程［3］。
②简略数据传输。ZB253002模块能够理解为“无线的 RS232 衔接”，经过串行端口即可在恣意节点间进行数据传输。ZigBee模块有两种数据的传输方法：数据通明传输，只需传送的第一个字节不是0xFE、0xFD 或0xFC，则主动进入数据通明传输方法；点对点的数据传输方法，数据传输的格局为0xFD（数据传输指令）+ 0x0A（数据长度）+（方针地址）+（数据）。由和谐节点传输给开发板的数据增加以0xFE最初的15字节的节点信息，用来供给给 TI Sensor Monitor，调查网络结构。
Zigbee模块设置指令表如表1所列。
表1 Zigbee模块设置指令表
2.2 通讯和谐器的规划
Coordinator是整个网关转化和无线传感器网络树立的中心，是数据传输的中心纽带。因而，Coordinator的规划关系到整个体系的安稳性和牢靠性。Coordinator CC2530选用ZigBee2007协议栈。ZStack是TI公司供给的一种轮询式操作体系，借助于Z-Stack，Coordinator上电后，首要进行硬件和网络初始化，然后创立3个使命：①ZigBee网络使命，该使命经过Coordinator与其子节点的“绑定”完结。其绑定的进程，和谐器树立网络，创立绑定表，并设定答应绑定方法，子节点发送绑定恳求，Coordinator更新绑定表并呼应子节点。②串口协议解析使命，该使命用于解析来自开发板和子节点的数据，并将解析后的数据传输给子节点使命或发送给开发板［4］。③子节点使命，该使命首要用于接纳子节点回来的数据，并将数据传输给串口协议解析使命。这样ZigBee协议帧的解析就转到开发板端，由Linux操作体系完结，Linux解析完结后，将有用的数据放入指定的同享内存。当 BOA收到外部Web恳求，调用相应的CGI获取同享内存中的数据，并经由无线网卡以WiFi的方法传送给用户。
2.3 传输协议的完结
本规划经由Linux操作体系完结ZigBee协议的解析和WiFi协议帧的构成，首要的要点在于Coordinator与Linux串口传输协议的规划。串口传输协议自界说帧格局如下：
自界说帧的格局由帧头、功用号、有用数据长度、有用数据和FCS校验5部分组成。帧头界说为0x02；功用号因获取的数据类型不同而异，有关帧格局功用码界说如表2所列；有用数据长度用于标识读取有用数据的长度规模，最大值为255；有用数据寄存ZigBee协议帧；FCS校验用于数据段的校验。
表2 协议帧功用码
依据规划中的自界说帧格局，报文中的有用数据被封装成固定格局，经过串口进行传送。开发板和Coordinator经过监听串口数据分别对收到得数据包进行解析。解析流程（以Coordinator为例）如图2所示，具体解析进程如下。
Step1：Coordinator监听串口（以中止的方法），直到串口有数据。
Step2：读取一个字节，断定是否为自界说帧头。若不是，丢掉数据，回到Step1。
Step3：读取两个字节，匹配功用码。匹配失利，置过错标志位，丢掉数据，回到Step1。
Step4：读取一个字节，若该字节数据为0，则直接跳到Step6。
Step5：若读到的数据值为N（0 Step6：读取两个自己数据，对Step1~5读到得数据FCS校验，若无过失，发送N个字节的有用数据给Z-Stack协议栈，由ZStack协议栈发送给子节点。回到Step1。
Step7：若FCS校验过错，置过错标志位，丢掉已读数据，回到Step1。
图2 串口协议解析流程图
3 体系软件规划
3.1 体系软件架构
无线网关软件选用模块化规划，如图3所示，由硬件驱动层、操作体系、网络协议层和应用程序组成。硬件驱动层首要描绘网关节点中ZigBee模块、 WiFi模块以及其他外设的一些驱动；操作体系层移植ARM Linux，增加无线网卡驱动模块；网络协议层首要包含ZigBee协议栈和WiFi协议栈；应用程序层首要移植了嵌入式Web服务器（BOA）、嵌入式数据库（Sqlite）、CG%&&&&&%库和图形化用户界面（Qt）［5］。
图3 体系软件架构图
3.2 体系软件流程
依据体系软件架构图，体系软件数据流具体规划如图4所示。
图4 体系数据流图
以ZigBee终端节点发送至异地终端浏览器的数据为例，介绍数据传送的整个进程。当ZigBee和谐器接纳到来自ZigBee终端节点的数据后，封装成自界说帧的格局经由串口传送给Linux传输协议，经协议解析，将有用数据写入同享内存。当收到外部Web恳求时，Web服务器经过CGI实时获取同享内存中的数据，并动态更新网页，经由WiFi无线网卡以无线的方法传送至终端浏览器。
3.3 测验与验证
使用嵌入式技能对两种协议进行解析，完结协议转化，终究使用手机经过WiFi长途拜访Web页面，读取ZigBee终端传感器数据，并对ZigBee终端的小灯开关进行长途操控，完结双模网关的基本功用。试验成果如图5所示。
图5 试验成果图
结语
本文经过剖析ZigBee与WiFi协议栈的特色，提出了一种双模无线网关转化的计划，该计划能够很好地完结ZigBee组网、长途数据收集和长途操控等使命。试验成果表明，依据ZigBee和WiFi的双模网关切实可行，能够完结全无线网络的组成，为网络通讯从有线向无线过渡供给了一种解决计划。
