ZigBee聯(lián)盟規(guī)定在一個ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)一般包含三種設(shè)備：協(xié)調(diào)器、路由器、終端設(shè)備。根據(jù)設(shè)備功能的不同，IEEE802.1 5.4把網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備分為全功能設(shè)備（FFD）和簡化功能設(shè)備（RFD）。協(xié)調(diào)器和路由器必須是FFD，而終端設(shè)備為RFD。

　　ZigBee 網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)不同的使用環(huán)境而分別采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、簇狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而終要實現(xiàn)的目標(biāo)是網(wǎng)狀網(wǎng)O網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)允許網(wǎng)絡(luò)中所有具有路由功能的節(jié)點直接互聯(lián)，由路由器中的路由表配合實現(xiàn)消息的網(wǎng)狀路。這種結(jié)構(gòu)有助于降低通信時延，并且提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。但缺點是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)需要存儲許多節(jié)點信息，對傳感器的硬件要求較高。如圖2所示，從左到右依次是星型網(wǎng)絡(luò)，簇狀網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

　　2 信息化餐飲管理模式介紹

　　隨著市場競爭的加劇，不少酒店、飯店開始利用高新科技來改變餐飲服務(wù)模式和經(jīng)營模式。在此基礎(chǔ)上，無線點菜系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。目前我國市場上出現(xiàn)的餐飲管理系統(tǒng)基本上可歸納為以下三種形式：

　　（1）觸摸屏+服務(wù)器+識別卡

　　系統(tǒng)由多臺觸摸屏構(gòu)成交互終端，采用局域網(wǎng)與主服務(wù)器相連，顧客用識別卡自主到觸摸屏前進(jìn)行點菜、查詢等操作，就餐后憑卡到總服務(wù)臺結(jié)帳。此種方式需建立有線局域網(wǎng)，采用C/S或B/S結(jié)構(gòu)，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)，無盤工作站技術(shù)等。

　　（2）無線點菜機(jī)+無線接入點+服務(wù)器+識別卡

　　此種類型的點菜機(jī)和接入點之間采用短距離無線通訊方式，其他部分采用有線方式連接，使用識別卡或臺號作為識別信息，參看傳統(tǒng)菜單，顧客根據(jù)傳統(tǒng)菜單點菜，服務(wù)員把識別信息、點菜信息輸入終端，經(jīng)顧客確認(rèn)后服務(wù)員必須在靠近的固定接入點把信息傳人餐飲服務(wù)系統(tǒng)，顧客走時憑識別信息在門口結(jié)帳。

　　這種方式一般采用紅外技術(shù)，藍(lán)牙技術(shù)等短距離無線通訊技術(shù)，構(gòu)成無線點菜系統(tǒng)。

　　（3）無線PDA+無線接入點+服務(wù)器

　　此種方式中，以臺號作為顧客識別標(biāo)志，顧客可隨時隨地點菜，既有有線局域網(wǎng)豐富的資源，又不受位置和網(wǎng)線的限制。無線局域網(wǎng)可達(dá)nMbit/s的速度，確?？闪⒓吹玫椒答伣Y(jié)果，極大的提高了工作效率和服務(wù)質(zhì)量。它使用通用PDA加無線網(wǎng)卡或使用集成通訊模塊的專用PDA：一般采用802.nb無線局域網(wǎng)技術(shù)組建無線局域網(wǎng)，要求無線接入點具有交換或路由功能，有效通訊距離可達(dá)1 00米，能夠真正實現(xiàn)移動點菜，達(dá)到近乎完美的效果。

　　3 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在點餐系統(tǒng)中應(yīng)用

　　3.1 ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)點餐系統(tǒng)方案

　　整個系統(tǒng)采用“無線PDA+無線接入點+服務(wù)器”。

　　餐飲管理系統(tǒng)模式。其具體系統(tǒng)構(gòu)成是由服務(wù)員手持的帶ZigBee無線數(shù)據(jù)通訊功能的無線點菜手持機(jī)或安裝在餐桌上的具有ZigBee無線數(shù)據(jù)通訊功能的點菜機(jī)、無線通訊路由節(jié)點及安裝了無線中心節(jié)點的PC控制機(jī)組成。PC控制機(jī)端無線通訊節(jié)點與無線點菜機(jī)配合使用，完成點菜系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)通訊功能。一臺ZigBee無線通訊中心節(jié)點能夠以輪詢的方式與多臺無線點菜機(jī)通訊。在室內(nèi)環(huán)境，受建筑物的阻擋等因素影響，當(dāng)一臺PC端無線數(shù)據(jù)節(jié)點的通訊距離不能覆蓋整個應(yīng)用場所時，在適當(dāng)位置增設(shè)多個無線通訊路由節(jié)點，可以組成相當(dāng)可靠的蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)，保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。無線點菜系統(tǒng)配置為網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　在基于ZigBee技術(shù)的點餐系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備可分為配置較高的FFD 和配置較低的RFD。安裝了無線中心節(jié)點的PC控制機(jī)是FFD，作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)節(jié)點，控制整個網(wǎng)絡(luò)，主要負(fù)責(zé)發(fā)起建立新網(wǎng)絡(luò)、設(shè)定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、管理網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，并負(fù)責(zé)匯集所有手持點餐終端輸入的信息。并對各個節(jié)點發(fā)送相應(yīng)的控制指令。無線通訊節(jié)點也是FFD，作為ZigBee路由節(jié)點，主要是參與路由發(fā)現(xiàn)、消息轉(zhuǎn)發(fā)、允許其他節(jié)點通過它關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等。手持終端設(shè)備為RFID，只能作為終端節(jié)點，通過ZigBee協(xié)調(diào)點或者ZigBee路由節(jié)點關(guān)聯(lián)到網(wǎng)絡(luò)，但不允許其他任何節(jié)點通過它加入網(wǎng)絡(luò)，其功能是負(fù)責(zé)周期性采集顧客菜單數(shù)據(jù)和部分節(jié)點數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。手持終端節(jié)點之間，手持終端節(jié)點與無線通信路由節(jié)點以及無線通信路由節(jié)點與協(xié)調(diào)器節(jié)點之間都是通過ZigBee協(xié)議進(jìn)行通信。

　　3.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)和地址分配

　　只有那些具有ZigBee協(xié)調(diào)器能力，但不是當(dāng)前加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備能嘗試建立一個新的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，其建立策略是：一個FFD設(shè)備在次被激活后，通過廣播查詢網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器請求，如果在主動掃描時沒有收到任何信標(biāo)幀或是收到的信標(biāo)幀參數(shù)與自身節(jié)點能力不相匹配時，就可知該FFD能成為具有組建網(wǎng)絡(luò)功能的PAN協(xié)調(diào)器。如果收到網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)存在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，則通過一系列過程，設(shè)備就成為了這個網(wǎng)絡(luò)中的RFD或是具有路由功能的FFD。一旦FFD設(shè)備成為PAN協(xié)調(diào)器后，PAN協(xié)調(diào)器將為網(wǎng)絡(luò)分配一個的PAN標(biāo)識（ID），有了PAN標(biāo)識，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以使用短地址通信，并且不同PAN之間也可以通信。在ZigBee協(xié)調(diào)器設(shè)備建立網(wǎng)絡(luò)后，路由器或者終端設(shè)備，可以作為子節(jié)點加入?yún)f(xié)調(diào)器建立的網(wǎng)絡(luò)，子節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)的方式有兩種。通過MAC層關(guān)聯(lián)方式加入網(wǎng)絡(luò)：通過之前指定的父節(jié)點直接方式加入網(wǎng)絡(luò)。

　　當(dāng)新建網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備允許一個設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時，這兩個設(shè)備就構(gòu)成了父子關(guān)系。新加入的設(shè)備是子設(shè)備，而個設(shè)備是父設(shè)備。在允許子設(shè)備加入新建網(wǎng)絡(luò)后，父設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)管理實體將搜索它的鄰居表來判斷是否能找到一個匹配64bit的擴(kuò)展地址。如果發(fā)現(xiàn)一個匹配地址，網(wǎng)絡(luò)管理實體將獲得相關(guān)的64bit網(wǎng)絡(luò)地址，并發(fā)出一個連接響應(yīng)到MAC層。如果沒有找到一個匹配地址，在可能的情況下，網(wǎng)絡(luò)層管理實體將分配一個網(wǎng)絡(luò)中的16bit網(wǎng)絡(luò)地址給的子設(shè)備。具體網(wǎng)絡(luò)組建進(jìn)程圖如圖4所示。

　　4 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點軟硬件設(shè)計

　　4.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點硬件設(shè)計

　　本網(wǎng)絡(luò)中的通信節(jié)點，按協(xié)調(diào)器模塊、路由器模塊和終端設(shè)備模塊的功能特點，設(shè)計不同的的硬件架構(gòu)，如圖5所示，從左到右依次為協(xié)調(diào)器節(jié)點，路由器節(jié)點和終端設(shè)備節(jié)點的硬件框圖。

　　網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器模塊采用TI公司的低功耗單片機(jī)MSP430F46 1 9與射頻芯片CC2420搭配構(gòu)建，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)整個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集處理，并將節(jié)點數(shù)據(jù)顯示在顯示屏上。路由器節(jié)點模塊選用Philips公司開發(fā)的基于32位ARM7TDMI—S.內(nèi)核的LPC21 06，通過SPI接口實現(xiàn)對ZigBee芯片的數(shù)據(jù)控制與傳送，路由器節(jié)點負(fù)責(zé)將終端節(jié)點的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點，并允許其他節(jié)點通過它聯(lián)網(wǎng)。終端節(jié)點采用Samsung公司的RISC處理器S3C44BOX與射頻芯片CC2420搭配構(gòu)建。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先把所需跟點菜有關(guān)的數(shù)據(jù)按一定順序組成應(yīng)用數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)幀格式，再按照ZigBee無線通信協(xié)議格式對輸入數(shù)據(jù)打包，處理后交給串口通訊層。由串口通訊程序把數(shù)據(jù)傳送給ZigBee無線通訊模塊，無線通訊模塊實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的傳輸，校驗，重發(fā)等功能。協(xié)調(diào)器接受數(shù)據(jù)時，過程正好相反，無線通訊模塊收到的數(shù)據(jù)先由串口通訊程序接受，然后由無線協(xié)議數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)解包程序進(jìn)行解包，應(yīng)用數(shù)據(jù)層再分離出跟點菜系統(tǒng)相關(guān)的信息。

　　4.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點軟件設(shè)計

　　ZigBee 節(jié)點網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的軟件部分建立在IEEE802.15.4/ZigBee標(biāo)準(zhǔn)所采用的分層協(xié)議體系之上。系統(tǒng)軟件設(shè)計采用C51語言，協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點、終端節(jié)點的內(nèi)嵌程序按它們的在節(jié)點網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所起的功能而不盡相同。如圖6所示。

　　終端PDA將要處理的數(shù)據(jù)通過ZigBee終端節(jié)點模塊發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點模塊，路由器節(jié)點在ZigBee終端節(jié)點離開協(xié)調(diào)器節(jié)點覆蓋范圍時啟動并向協(xié)調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)軟件底層部分采用成都無線龍公司的精簡版ZigBee協(xié)議棧，組建非信標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)隨終端節(jié)點與協(xié)調(diào)器節(jié)點的距離變化，在星狀與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)問靈活切換，從而拓展了無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，讓服務(wù)員在更大區(qū)域里自由移動地為顧客提供點餐服務(wù)。

　　5 結(jié)語

　　本文在研究ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，提出了基于ZigBee通信協(xié)議的無線點餐系統(tǒng)的構(gòu)成方案。研究表明：該系統(tǒng)能有效地進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建，在室內(nèi)環(huán)境60-80米距離之內(nèi)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可靠傳輸。隨著科技的進(jìn)步和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本的降低，ZigBee技術(shù)在現(xiàn)代餐飲業(yè)中的應(yīng)用將產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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