基于ZigBee网与以太网间数据传输系统的研究

　　(1)首先启动系统并初始化ZigBee网的各个节点，事件唤醒节点采集数据并将其转化为电信号，然后经过模/数转换打包为ZigBee数据包，通过ZigBee收发单元发送数据包到网关。网关如接收成功将返回一个成功信息并进行继续的数据包传输处理，直至整个数据传输结束。反之不成功，程序就返回到继续发送ZigBee数据包，直至完成整个传输规定的次数同时报错。

　　(2)网关接收到ZigBee数据包后，经过微处理器的处理，解包出ZigBee数据包中有用的数据，并将其写入到RTLS019AS芯片控制器中，转换为TCP/IP数据包，发送给以太网络。这时如果发送成功，就会返送回一个信息提示操作完毕，否则程序就继续返回到网关发送数据到以太网络，直至完成整个传输规定的次数同时报错。

　　4 ZigBee网协议结构及数据转换

　　4.1 ZigBee网络体系

　　要研究数据传输必须先了解ZigBee网的体系结构，按照OSI模型可分为4层，从下往上分别是物理层、媒体访问控制层(MAC)、网络层(NWK)/安全层和应用层(APL)。其中物理层与MAC层使用的是IEEE802.15.4协议标准，而网络层和应用层则是由ZigBee联盟制定的。体系的每一层向它的上面层提供数据服务或管理服务。ZigBee的应用层支持子层(APS)、ZigBee设备对象和制造商定义的应用对象组成。

　　4.2 ZigBee网络拓扑

　　ZigBee支持含有主从设备的星型、树形和对等型的3种拓扑结构。其中星型网络中各个节点均需通过协调器节点的转发，协调器在网络中起到了网络管理的作用;树形网络中包含协调器节点路由节点跟终端节点，路由节点作用则是完成路由功能，路由节点将信息转发到协调器节点，通过协调器节点才能将信息传递给终端节点;而对于对等型网络，它的节点彼此相通，每个节点都具有转发功能，一般对于大面积的监测，可以采用对等网络的拓扑结构。而星型和树形网络则多是用于一对多的短距离数据采集与传输上面。

　　4.3 ZigBee协议结构

　　ZigBee节点通过路由获取来自网络内的多元化采集信息，并自下而上通过各协议层次的规范化进行解析。其转换途径为ZigBee网方面的物理层(PHY)、MAC层→网络层(NWK)→应用支持子层(APS)、应用层(APL)。为使传感器所采集的数据上传至处理中心，网关必须接入以太网，故以太网方面的转换途径为应用层→传输层(TCP)→地址寻址层(IP)→以太网帧接入层(网卡)。综上所述网关系统软件与支撑软件运行就是各层协议的分别执行，各层协议根据其接入和服务对象的业务与数据要求，按照各层协议的规范与标准，完成业务类型确定、数据格式转换、数据帧封装等一系列操作，最终由网卡模块实现接入功能。协议模型如图5所示。

　　图5 协议转换模型

　　4.4网间数据转换

　　协议转换是前提，但根本的作用是实现数据帧在两个不同类型网络之间的转换，要将传输的数据帧用两种协议规则实现各自的转换方式，并在两个网络中进行传输。转换规则和格式各不相同，ZigBee数据帧的解析过程是自下而上通过各种协议层的规范来进行数据帧解析，各层数据帧的格式如图6所示。

　　图6 ZigBee数据帧转换示意图

　　在物理层中脱去本层的同步帧头和物理层帧头后，形成上述MAC层的数据单元(MPDU);在MAC层里脱去本层的帧头和帧尾后又形成网络层的数据单元(NPDU)，在NWK层里脱去本层的帧头后又形成应用支持子层的数据单元(APDU)，在应用支持子层直到应用层解析为原始数据。在以太网中的数据帧形成过程是自上而下通过以太网各协议层的规范来进行数据帧转换的，过程如图7所示。

　　图7 Tthernet数据帧转换示意图

　　5结束语

　　随着物联网应用的发展ZigBee技术使用范围越来越广泛，目前ZigBee技术已成为短距离数据无线传输应用中的常用技术，本文将该技术应用于ZigBee网到以太网间的数据传输。探讨了从ZigBee节点的设计到网关的设计，实现了数据的采集、处理、存储、传输到接收这一系列的过程，成功的实现了两个不同网络结构间数据的传输。说明了采用Zig Bee技术来实现短距离、低功耗、低成本的传输体系，是最佳选择。通过对数据传输系统的进一步研究，对于加速物联网技术推广应用，具有重要的现实意义。