用于多ZigBee網絡互連的網關及其運行方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及無線傳感器網絡領域，特別涉及一種用于多ZigBee網絡互連的網關 及其運行方法。
【背景技術】
[0002] ZigBee技術是一種基于IEEE802. 15. 4協議標準而產生的新興無線通信技術。相 對于現有的其它無線通信技術，ZigBee技術具有短距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低 成本等顯著特點，其數據傳輸速率只有20~250kb/s，協議簡單，響應快速，通常使用電池 供電。彌補了以往無線通信市場上低成本低功耗設備領域的空缺。
[0003] ZigBee技術可協調數千個微小的傳感器節點之間的相互通信。這些傳感器節點只 需要很少的能量，以接力的方式將數據通過無線方式從一個傳感器節點傳到另一個傳感器 節點，通信效率高。因此，ZigBee技術是實現無線傳感器網絡的最佳選擇，ZigBee技術的出 現為無線傳感器網絡的發展提供了契機。而Zigbee技術的目標領域即是針對工業自動化、 家庭自動化、遙測遙控、汽車自動化、農業自動化、醫療護理、電力、礦山與物流管理等。
[0004] 按照ZigBee協議，單個ZigBee網絡中最大節點數為65535個，所以單個ZigBee 網絡規模有限，限制了 ZigBee技術的應用范圍。
【發明內容】
[0005] 【要解決的技術問題】
[0006] 本發明的目的是提供一種用于多ZigBee網絡互連的網關及其運行方法，以解決 由于單個ZigBee網絡規模有限導致其應用范圍較窄的問題。
[0007] 【技術方案】
[0008] 本發明是通過以下技術方案實現的。
[0009] 本發明首先涉及一種用于多ZigBee網絡互連的網關，包括協議轉換模塊和至少 兩個ZigBee模塊，所述協議轉換模塊分別與各個ZigBee模塊連接，
[0010] 所述ZigBee模塊包括兩個通信接口，所述ZigBee模塊被配置成：按照標準 ZigBee協議創建或加入ZigBee網絡、通過通信接口向協議轉換模塊注冊其ZigBee網絡信 息、通過通信接口向協議轉換模塊發送轉發消息請求、通過通信接口向協議轉換模塊發送 消息；
[0011] 所述協議轉換模塊包括路由表、用于實現與各個ZigBee模塊的通信接口通信的 通信接口 IP核，所述路由表包括ZigBee模塊的編號、ZigBee模塊所加入的ZigBee網絡的 個域網標志符、與ZigBee模塊通信的通信接口 IP核編號。
[0012] 作為一種優選的實施方式，所述通信接口包括SPI接口和UART接口，所述通信接 口 IP核包括SPI核和UART核。
[0013] 作為另一種優選的實施方式，所述ZigBee模塊還被配置成：當ZigBee模塊接收 到協議轉換模塊轉發的消息后，將消息中的目的ZigBee網絡的個域網標志符和自身所屬 ZigBee網絡的個域網標志符對比，如果相同則將待轉發消息發送至消息中目的節點的網絡 地址對應的節點。
[0014] 作為另一種優選的實施方式，所述協議轉換模塊具體被配置成：判斷ZigBee模 塊是否有權限請求轉發，如果該ZigBee模塊有權限請求轉發，則根據待轉發消息中的目的 ZigBee網絡的個域網標志符查找路由表中對應的通信接口 IP核，通過查找到的通信接口 IP核將待轉發消息發送至對應的ZigBee模塊。
[0015] 作為另一種優選的實施方式，還包括電源模塊和復位模塊，所述電源模塊為協議 轉換模塊和各個ZigBee模塊供電，所述復位模塊為協議轉換模塊和各個ZigBee模塊復位。
[0016] 作為另一種優選的實施方式，所述協議轉換模塊為FPGA。
[0017] 本發明還涉及一種網關的運行方法，包括步驟：
[0018] A、各個ZigBee模塊按照標準ZigBee協議工作，創建或加入ZigBee網絡；
[0019] B、各個ZigBee模塊向協議轉換模塊注冊各自的ZigBee網絡信息，當協議轉換模 塊接收到ZigBee模塊的注冊請求信息后，若允許該ZigBee模塊注冊，則將其ZigBee網絡 信息加入到路由表中，所述ZigBee網絡信息至少包括ZigBee模塊的編號、ZigBee模塊所 加入的ZigBee網絡的個域網標志符、與ZigBee模塊通信的通信接口 IP核編號；
[0020] C、當各個ZigBee模塊有消息需要轉發到目的ZigBee網絡時，向協議轉換模塊發 送轉發消息請求，并將待轉發消息發送至協議轉換模塊，所述待轉發消息包括目的ZigBee 網絡的個域網標志符、目的節點的網絡地址、待轉發消息內容；
[0021] D、當協議轉換模塊接收到ZigBee模塊發送的轉發消息請求和待轉發消息后，判 斷ZigBee模塊是否有權限請求轉發，如果該ZigBee模塊有權限請求轉發，則根據待轉發消 息中的目的ZigBee網絡的個域網標志符查找路由表中對應的通信接口 IP核，通過查找到 的通信接口 IP核將待轉發消息發送至對應的ZigBee模塊；
[0022] E、當ZigBee模塊接收到協議轉換模塊轉發的消息后，將消息中的目的ZigBee網 絡的個域網標志符和自身所屬ZigBee網絡的個域網標志符對比，如果相同則將待轉發消 息發送至消息中目的節點的網絡地址對應的節點。
[0023] 作為一種優選的實施方式，所述步驟C的待轉發消息還包括：發送該消息的 ZigBee模塊所在的ZigBee網絡的個域網標志符、發送該消息的源節點的網絡地址、待轉發 消息長度。
[0024] 作為另一種優選的實施方式，所述步驟D判斷ZigBee模塊是否有權限請求轉發的 方法為：查找路由表中是否有該ZigBee模塊的ZigBee網絡信息，如果有則該ZigBee模塊 具有請求轉發的權限。
[0025] 作為另一種優選的實施方式，所述步驟A中各個ZigBee模塊工作在協調器模式或 路由器模式。
[0026] 【有益效果】
[0027] 本發明提出的技術方案具有以下有益效果：
[0028] 通過本發明提供的網關，可以方便地在多個ZigBee網絡間進行數據傳遞和轉發， 擴展了 ZigBee網絡的規模，提高了網絡構建和消息傳遞的效率，具有較強實用性。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發明的實施例一提供的用于多ZigBee網絡互連的網關的結構框圖。 [0030] 圖2為本發明的實施例二提供的用于多ZigBee網絡互連的網關的運行方法的示 意圖。
[0031] 圖3為本發明的實施例二提供的待轉發消息的格式示意圖。
【具體實施方式】
[0032] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖，對本發明的具體 實施方式進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是 全部實施例，也不是對本發明的限制。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在不付出 創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。
[0033] 實施例一
[0034] 實施例一提供一種用于多ZigBee網絡互連的網關，如圖1所示，包括協議轉換模 塊4、ZigBee模塊1、ZigBee模塊2、ZigBee模塊3、復位模塊5、電源模塊6,協議轉換模塊 4分別與各個ZigBee模塊連接，電源模塊6為協議轉換模塊4和各個ZigBee模塊供電，復 位模塊5為協議轉換模塊4和各個ZigBee模塊復位。
[0035] 具體地，電源模塊6采用TPS54320芯片，TPS54320芯片是專門為小型設計優化的 高效率集成DC-DC轉換芯片，輸入電壓4. 5V到17V，輸出電壓0. 8V到15V。復位模塊5采 用MAX706P芯片。協議轉換模塊4包括Xilinx公司生產的Virtex-5型號的FPGA及其晶 振芯片和配置芯片，該FPGA內部資源與IO管腳豐富，具有80 X 30的CLB陣列，320Kbit的 分布式RAM，19200個觸發器，能夠提供強大的在線運算能力。FPGA的晶振芯片為晶宇興公 司的X075-YAGRC，頻率IOOMHz，作為FPGA工作的主控時鐘，在FPGA內部可以通過時鐘管理 模塊倍頻到更高頻率，配置芯片為SPANSION公司的S29GL512P10, 512Mb，BPI模式，配置芯 片用于保存FPGA的配置信息。
[0036] ZigBee模塊UZigBee模塊2和ZigBee模塊3,均采用CC2530芯片實現。CC2530 是TI公司推出具有8051單片機內核、包含符合IEEE 802. 15. 4標準射頻模塊的片上系統， 支持IEEE 802. 15. 4協議，它具有極高的接收靈敏度和抗干擾性能，可編程的輸出功率高 達4. 5dBm，而且外部電路少，靈活方便，支持快速、廉價的ZigBee節點構建。
[0037] 對于每個ZigBee模塊中的CC2530,其USARTO接口配置為UART模式，USARTl接口 配置為SPI主模式，USARTO接口和USARTl接口分別與協議轉換模塊4的FPGA的通用引腳 相連，在FPGA內部采用Verilog編程對應地分別實現一個UART核和一個SPI核，其中UART 核與CC2530的USARTO接口進行通信，SPI核與USARTl接口進行通信，由于本實施例中有 三個ZigBee模塊，因此針對每個ZigBee模塊的USARTO接口均設置有一個用于與其通信的 UART核，針對每個ZigBee模塊的USARTl接口均設置有一個用于與其通信的SPI核，各個 USARTO接口對應的UART核不同，各個USARTl接口對應的SPI核也不同。
[0038] 本實施例中，具體地，ZigBee模塊被配置成：按照標準ZigBee協議創建或加入 ZigBee網絡、通過通信接口向協議轉換模塊注冊其ZigBee網絡信息、通過通信接口向協議 轉換模塊發送轉發消息請求、通過通信接口向協議轉換模塊發送消息；ZigBee模塊還被配 置成：當ZigBee模塊接收到協議轉換模塊轉發的消息后，將消息中的目的ZigBee網絡的個 域網標志符和自身所屬ZigBee網絡的個域網標志符對比，如果相同則將待轉發消息發送 至消息中目的節點的網絡地址對應的節點。
[0039] 協議轉換模塊4包括路由表、用于實現與各個ZigBee模塊的通信接口通信的通信 接口 IP核，通信接口 IP核包括UART