1)扫描信道。网络由协调器负责创建，在组建网络时，协调器要进行通道的能量扫描，找出不同通道的RF活动水平，以避免协调器在高能量通道区组网。同样，路由器和终端设备在加入网络时，也要进行同样的通道扫描。
2)扫描PAN ID。路由器或终端节点在加入ZigBee网络前要进行PAN扫描，将加入任何检测到的网络，并继承该网络的PAN ID。一般需设置节点的64位PAN ID，16位PAN ID在其加入网络时自动获得。
3)目标地址。当采集器加入网络时，使用64位地址进行通信。成功加入网络后，网络会为采集器分配一个16位的网络地址。这样采集器便可使用该地址与网络中的其它采集器或集中器进行通信。
4)串口通信参数。包括：波特率、校验方式、流控制等。
5)数据传输模式。与AT模式相比API模式具有易于管理一个到多个目标节点的数据传输，接收到的数据帧可以指示发送设备地址，支持高级ZigBee地址，高级网络故障诊断和远程参数配置等特点。采集器与集中器之间需进行双向数据传输，数据传输方式采用API模式。
6)数据路由。ZigBee Pro协议栈包含3种不同的数据路由方法：基于距离矢量的按需AODV(ADhoc On-demand Distance Vector)网状路由，多对一路由，源节点路由。其中多对一路由和源节点路由是ZigBee Pro协议栈新增加的数据路由方法。当多个采集器有事件发生且需要发送数据到集中器。若采用AODV网状路由则需要大的网络通信开销，网络中的每个采集器在发送数据到集中器前都要进行路由路径的探寻，网络将会因路由探寻广播而性能降低或瘫痪。因此，采集器间与集中器间通信采用ZigBee Pro协议栈所提供的多对一路由。从集中器发出单一的多对一广播传输在所有采集器上建立反向路径，而不要求各个采集器进行路由发现。
7)网络安全。ZigBee Pro网络采用2个安全钥匙、1个信任中心及128位AES加密等保证数据通信的安全。设置协调器为信任中心，使能安全功能，预设网络安全钥匙和应用链接钥匙，则协调器负责路由器或终端设备加入网络的验证。路由器或终端设备加入网络前其应用钥匙要设置与协调器一致。新节点加入网络时将收到协调器发送的由应用链接钥匙加密的网络安全钥匙，解密后可获得网络安全钥匙。具有相同安全钥匙的两个节点才能进行数据交换。系统通过对网络安全钥匙、帧计数器、是否允许新节点加入等的管理来提高网络通信的安全性。
(2)集中器与主站间通信软件
集中器软件采用Dynamic C设计，Dynamic C是一个专门为Z-World产品创建的集成C编译器、编辑器、链接器、装载器和调试器。Dynamic C中包含标准C函数库，特定板外围驱动，芯片外围设备和相关功能的源代码，语言上扩展多任务，支持汇编代码与C代码混用，易于在嵌入式系统上进行实时编程，可有效缩短开发周期。
集中器完成的功能包括：①采集各电能表的实时电能示值、日零点冻结电能示值、抄表日零点冻结电能示值;②按要求对采集数据进行分类存储，如日数据、月数据、抄表日数据、冻结曲线等。曲线冻结数据密度由主站设置，最小冻结密度为1h;③分类存储下列数据：每个客户电能表至少31个日零点冻结电能数据，12个月末冻结电能数据;20个重点用户10天的24点实时电能数据;④具有重点用户管理功能。可以选定某些用户为重点用户，对其电能表进行重点管理;⑤具有参数设置和查询功能，事件处理和告警功能。基于μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统设计集中器软件，该操作系统支持多任务，适合集中器复杂软件设计的要求。基于μC/OS-Ⅱ操作系统的应用设计需进行任务划分及任务优先级分配。按集中器实现的功能划分任务：与采集器通信任务，与主站计算机通信任务，与手持设备通信任务，电量数据处理分析任务，运行状态信号灯指示任务等。依据任务实时性要求为各任务分配优先级，优先级范围为1-64，数字越小，表示优先级越高，其中64被μC/OS-Ⅱ系统的空闲任务占用，实际可用优先级范围为1-63。此外还需按照各个任务所处理数据量的大小，给每个任务分配大小合适的栈空间。任务间相对独立，通过全局变量、信号量等机制通信，各个任务分别编写，可提高软件开发效率且有助于软件的升级维护。下面主要介绍集中器与主站计算机通信任务实现的关键。
集中器与主站距离远，采用基于TCP/IP协议的GPRS通信网络。ME3000模块内部已集成TCP/IP协议，CPU只需用GPRS AT指令与ME3000交换信息，进而实现与主站的数据通信。GPRS AT指令是CPU通过UART口与GPRS模块通信的命令集，该命令集封装了GPRS模块提供的全部功能，包括普通指令、网络服务指令、控制与报告指令、消息服务指令、GPRS指令、TCP/IP指令、短消息指令等。集中器对GPRS模块的主要操作是建立TCP连接、数据收发、上/下电控制、复位等。用到的GPRSAT指令不多，但为了保证GPRS网络通信的可靠性，还要使用一些报告指令实现对模块状态的监测，如信号强度查询、SIM卡状态查询、网络注册查询等，这些参数是集中器操作GPRS的依据，也是保证集中器的GPRS网络可靠通信的关键。如ME3000模块的信号强度检测指令，其格式为AT+CSQ，返回值是一个类似“CSQ：27，4”的字符串，27代表信号强度，其取值范围为0-30，0为最弱信号。GPRS模块连接网络前需判断该数值是否大于某个临界值(如15)，若不满足信号强度要求则不予连接网络，并给出信号灯提示。另外，合适的操作节奏也是保证GPRS网络通信可靠性的重要因素。如某次网络连接失败时，GPRS模块应该断电复位，并延时较长时间后再尝试第二次连接，较长的延时时间是为了保证GPRS模块上电后有足够的时间注册网络、准备好接收指令。GPRS通信软件处理流程如图4所示。
5结论
采集器利用RS-485总线采集智能电表的电量数据，然后通过ZigBee Pro无线传感器网络将数据路由到集中器后经GPRS网络传送到主站，构成居民用户3层无线自动抄表系统。详细分析了各层通信的具体实现方法及关键技术。考虑事件发生时存在多个采集器同时向集中器发送数据的特殊路由需求及网络通信安全，采集器与集中器间的无线传感器网络采用具有多对一路由及高级网络安全性能的ZigBee Pro协议。
