引言

　　網關對于使用過網絡的人也許都不陌生，如家中或者辦公室中的連接個人電腦與國際互聯網的路由器。這里討論的網關，它的作用不是連接你的個人電腦到互聯網上遨游，而是將你家中大大小小的家用電器連接到你的個人電腦上，進而不需要你走進家中就能通過PC機控制家用網關來獲取家電信息和控制它們。因為采用了Zigbee無線技術，所以又稱為家用無線網關。

　　1 Zigbee技術的體系結構和拓撲結構

　　在Zigbee技術中，其體系結構通常是通過“層”來量化它的各個簡化標準的，每一層負責完成為其所規定的任務，并向上層提供服務。Zigbee技術的體系結構自下往上主要由物理(PHY)層、媒體接入控制(MAC)層、網絡／安全層以及應用框架層構成。

　　Zigbee技術網絡有2種拓撲結構：星型拓撲結構和對等拓撲結構(如圖1所示)。其中定義了兩種設備：全功能設備(FFD)和精簡功能設備(RFD)。FFD在硬件功能上比較完備，可以與所有其他的FFD或RFD通信，而RFD只能和與其關聯的FFD進行通信。與RFD相關聯的FFD設備稱為該RFD的“協調器”。在整個網絡中，有一個FFD充當網絡協調器。除直接參與應用外，網絡協調器還需要完成成員身份管理、鏈路狀態信息管理以及分組轉發等任務。

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　　2 家用網關結構及其軟硬件組成

　　結合本課題中家用網關和家用電器的主從關系，本文采用基于星型拓撲結構的Zigbee網絡。因為Zigbee無線網關需要將基于TCP協議的信息轉發給Zigbee網絡其它的節點，故它必須為一個FFD設備，同時它在整個Zigbee網絡還要管理其它節點的一些信息，故其又實現為一個協調器。

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　　根據課題要求，選擇的系統硬件組成：采用S3C4480嵌入式開發板，該開發自帶2M FLASH和8M RAM。網絡芯片采用RTL8019 10M網絡芯片，Zigbee通信模塊采用TI的CC2420芯片(兩片)。

　　選用的系統軟件組成：uCOS-Ⅱ+基本功能Zigbee協議棧+LWIP TCP／IP協議棧。

　　Zigbee無線網關基本功能為將基于TCP協議的網絡與基于Zigbee協議棧的數據進行轉換，從而可以將基于常用的以太網的數據發送到Zigbee網絡中，也可以將Zigbee網絡中的數據發送到以太網中。開啟Zigbee無線網關，其它的RFD節點通過與其通信，加入到該無線網絡中。這樣Zigbee無線網關就可以管理所有節點。

　　這里涉及兩個主要協議棧：Zigbee協議棧和TCP／IP協議棧。

　　TCE／IP協議棧這里選擇適合嵌入式應用的LWIP協議棧，具有良好的移植性并且開放源代碼。

　　考慮到目前還沒有完全可以用的Zigbee協議棧，在這里定義并實現了—個基本功能的Zigbee協議棧。其基本結構為：

　　(1)phy層：該層主要實現與具體Zigbee模塊硬件有關的操作。

　　(2)mac層：基于phy層提供的接口，實現對Zigbee網絡的基本初始化，設置PAID，設置IEEE 64位地址，選擇通信通道，實現接收和發送Zigbee數據包功能。

　　(3)nwk層：該部分用來從mac獲得接收到的數據，對數據進行分析，進行一系列的操作。根據發送來的數據，如果是應用層的數據，向上傳遞接收到的數據。如果是網絡層命令，則進行具體操作。

　　實現的網絡層命令有：

　　a)終端節點(RFD)請求加入該網絡：進行驗證，并為加入的終端節點分配地址。

　　b)終端節點(RFD)請求離開該網絡：進行驗證，并將該節點從節點信息列表中刪除。

　　c)終端節點(RFD)加入該網絡成功。

　　d)終端節點(RFD)離開該網絡成功。

　　除此之外還包括針對這些請求的FFD響應命令。

　　(4)app層：該層從nwk層獲得數據，并根據數據內容進行操作，與具體應用有關。