引言
1 ZigBee精简协议栈简介
美国密西西比州立大学的Robert Reese教授出于教学、科研目的开发出一套精简版（subset）ZigBee协议栈。标准协议栈和精简协议栈的功能对比如表1所列，可以看出，精简协议栈实现了ZigBee的主要功能。国内一些研究机构在此精简协议上进行扩充，实现了一些其原本不具备的功能。
这里再补充一些术语概念，这有助于理解协议栈的代码结构。
IEEE Address节点的8位802.15.4网络地址，也称为长地址。
Network Address节点的2位网络地址，也称短地址。
PAN个人局域网。
PAN ID个人局域网标识符。
PHY协议栈物理层。
MAC协议栈媒体访问控制层。
APS协议栈应用支持层。
APL协议栈应用层。
精简协议栈的代码结构如表2所列。
表1
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表2
2 ZigBee协议编程
2.1 节点程序设计
如果节点作为协调器(coordinator)，那么需要定义LRWPAN_COORDINATOR；而如果节点作为路由器(router)则需要定义LRWPAN_ROUTER；如果两者都没有定义，将作为RFD节点。
main() {
halInit();//初始化HAL 层
evbInit();//初始化评估板
aplInit();//初始化协议栈
ENABLE_GLOBAL_INTERRUPT();//开中断
while(apsBusy)()) {apsFSM();}//等待完成
while(1) {apsFSM();}//运行协议栈栈
}
路由器节点通过调用aplJoinNetwork()运行协议栈。代码如下：
main() {
halInit();//初始化HAL 层
evbInit();//初始化评估板
aplInit();//初始化协议栈
ENABLE_GLOBAL_INTERRUPT();//开中断尝试接入网络直至成功
do { aplJoinNetwork(); //接入网络
while(apsBusy)()) {apsFSM();}//等待完成
}while(aplGetStatus() !=LRWPAN_SUCCESS);
while(1) {apsFSM();}//运行协议栈
}
2.2 发送消息
应用程序通过调用aplSendMSG()函数发送消息包。此函数的定义如下：
aplSendMSG(
BYTE dstMode,//目标地址的地址模式
LADDR_UNION * dstADDR, //目的地址的指针
BYTE dstEP,//目标端点(直接消息方式不用)
BYTE cluster,//簇号(仅用于直接消息)
BYTE scrEP,//消息源端点
BYTE plen,//缓冲区字节数
BYTE tsn,//消息的事务队列数
BYTE reqack//如果非0则要求确认
)
消息从源节点的源端点发送到目标节点的目标端点。消息分直接消息(指定了目标地址)和非直接消息(仅定义了源节点、源端点和簇，没有指定目标地址)。端点号从1到255由应用程序设置(端点0由栈保留使用)。消息发送以，协议栈会向父节点路由此消息。如果收到APS的ack确认，协议栈就会将消息发送给目标端点。
2.3 接收消息
协议栈使用以下APL访问函数接收数据包。
aplGetRxDstEp()返回目的端点
aplGetRxCluster()返回簇号
aplGetRxSrcEp()返回源端点
aplGetRxSADDR()返回源端点的短地址
aplGetRxMsgLen()返回消息长度
aplGetRxMsgData()返回消息数据的指针
aplGetRxRSSI()返回收到消息的信号强度
编写用户应用程序时，要确定端点的连接方式。一种简单的方式是RFD节点周期性地向
协调器节点返回数据。这样做比较简单，因为协调器的地址总是0。
图1 有限状态机状态转移图
整个程序的运转是靠一个有限状态机维持的。图1给出了这个状态机的状态转移图。
2.5 函数总结
鉴于APL层函数接口对程序设计的重要性，将这些函数做一个总结。
表3是APL服务，这些函数需要调用apsBusy()确定其是否完成，并且使用aplGetStatus()函数返回状态。表4是APL/APS访问及功能函数。
结语
无线传感器网络具有广阔的应用前景，由ZigBee协议可以方便有效地组建无线传感器网络。在整个应用中，主要硬件设备可由一个51单片机加上2.4 GHz的收发模块组成，采用CC2430是为了更加方便使用，而ZigBee的真正核心是安装在单片机中的协议栈代码。精简版协议栈不论从开发难度到使用成本都具有一定的优势。本文对精简版协议栈尤其是应用层接口、代码实现进行了详细的分析，并以此为基础给出了节点的软、硬件设计。了解协议栈的使用，就可以在其上开发适合我们需要的各种应用。