现阶段，随着社会的快速发展、生产力的大幅提高以及信息化建设的迅速普及，国民经济的各个领域都进行着不同程度的信息化建设，作为第三产业的支柱行业一餐饮服务业也同样进行着信息化建设。餐饮业的竞争范围已经从原先的依靠规模经营，商品价格等硬件因素渐渐扩大到经营策略、服务质量、管理效率等软实力上来了。这种改变对于餐饮经营决策者提出了更高的要求。无线点餐系统正是致力于在软实力上帮助餐饮企业提高服务水平和工作效率，实现企业价值化同时又使成本化。

　　目前，应用于餐饮行业的无线通信技术主要包括：

　　IrDA红外线技术、蓝牙技术和ZigBee技术等。IrDA红外线技术属于短距离、点对点的半双工通信方式，使用不便且误码率高。不适用于网络的组网：蓝牙技术则因为网络容量有线，成本较高，环适合较多节点网络。

　　本研究通过采用低速率、低成本、低功耗的ZigBee无线通信技术，设计了无线点餐系统。

　　1 ZigBee的技术特点

　　1.1 ZigBee协议

　　ZigBee的协议架构是建立在IEEE802.1 5.4标准基础之上的。ZigBee协议栈分为两部分：IEEE802.15.4标准定义了ZigBee的物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）；ZigBee联盟则定义了ZigBee协议的网络层（NWK），应用层（APL）和安全服务规范。图1为ZigBee协议栈结构，各层之间通过服务接入点（SAP）来实现层与层之间数据通信与协议栈管理。层与层之间有两个SAP：数据实体提供数据传输，管理实体提供所 麒他的服务。ZigBee设备在工作时，各种不同的任务在不同的层次上执行，通过层的服务完成所要执行的任务。每一层的服务主要完成两种功能：根据它的下层服务要求为上层提供相应的服务：另一种是根据上层的服务要求对它的下层提供相应的服务，各项服务通过服务原语来实现。

　　1.2 ZigBee网络拓扑

　　ZigBee联盟规定在一个ZigBee无线网络一般包含三种设备：协调器、路由器、终端设备。根据设备功能的不同，IEEE802.1 5.4把网络中的设备分为全功能设备（FFD）和简化功能设备（RFD）。协调器和路由器必须是FFD，而终端设备为RFD。

　　ZigBee 网络可以根据不同的使用环境而分别采用星型网络拓扑结构、簇状网络拓扑结构、网状网络拓扑结构，而终要实现的目标是网状网O网状网络允许网络中所有具有路由功能的节点直接互联，由路由器中的路由表配合实现消息的网状路。这种结构有助于降低通信时延，并且提高网络的可靠性。但缺点是网状结构需要存储许多节点信息，对传感器的硬件要求较高。如图2所示，从左到右依次是星型网络，簇状网络，网状网络的拓扑结构图。

　　2 信息化餐饮管理模式介绍

　　随着市场竞争的加剧，不少酒店、饭店开始利用高新科技来改变餐饮服务模式和经营模式。在此基础上，无线点菜系统应运而生。目前我国市场上出现的餐饮管理系统基本上可归纳为以下三种形式：

　　（1）触摸屏+服务器+识别卡

　　系统由多台触摸屏构成交互终端，采用局域网与主服务器相连，顾客用识别卡自主到触摸屏前进行点菜、查询等操作，就餐后凭卡到总服务台结帐。此种方式需建立有线局域网，采用C/S或B/S结构，利用数据库技术，动态网页技术，无盘工作站技术等。

　　（2）无线点菜机+无线接入点+服务器+识别卡

　　此种类型的点菜机和接入点之间采用短距离无线通讯方式，其他部分采用有线方式连接，使用识别卡或台号作为识别信息，参看传统菜单，顾客根据传统菜单点菜，服务员把识别信息、点菜信息输入终端，经顾客确认后服务员必须在靠近的固定接入点把信息传人餐饮服务系统，顾客走时凭识别信息在门口结帐。

　　这种方式一般采用红外技术，蓝牙技术等短距离无线通讯技术，构成无线点菜系统。

　　（3）无线PDA+无线接入点+服务器

　　此种方式中，以台号作为顾客识别标志，顾客可随时随地点菜，既有有线局域网丰富的资源，又不受位置和网线的限制。无线局域网可达nMbit/s的速度，确保可立即得到反馈结果，极大的提高了工作效率和服务质量。它使用通用PDA加无线网卡或使用集成通讯模块的专用PDA：一般采用802.nb无线局域网技术组建无线局域网，要求无线接入点具有交换或路由功能，有效通讯距离可达1 00米，能够真正实现移动点菜，达到近乎完美的效果。

　　3 ZigBee无线传感器网络在点餐系统中应用

　　3.1 ZigBee无线网络点餐系统方案

　　整个系统采用“无线PDA+无线接入点+服务器”。

　　餐饮管理系统模式。其具体系统构成是由服务员手持的带ZigBee无线数据通讯功能的无线点菜手持机或安装在餐桌上的具有ZigBee无线数据通讯功能的点菜机、无线通讯路由节点及安装了无线中心节点的PC控制机组成。PC控制机端无线通讯节点与无线点菜机配合使用，完成点菜系统的无线数据通讯功能。一台ZigBee无线通讯中心节点能够以轮询的方式与多台无线点菜机通讯。在室内环境，受建筑物的阻挡等因素影响，当一台PC端无线数据节点的通讯距离不能覆盖整个应用场所时，在适当位置增设多个无线通讯路由节点，可以组成相当可靠的蜂窝状网络，保证数据的可靠传输。无线点菜系统配置为网状拓扑结构，其结构如图3所示。

　　在基于ZigBee技术的点餐系统通信网络中，网络节点设备可分为配置较高的FFD 和配置较低的RFD。安装了无线中心节点的PC控制机是FFD，作为网络协调节点，控制整个网络，主要负责发起建立新网络、设定网络参数、管理网络中的节点，并负责汇集所有手持点餐终端输入的信息。并对各个节点发送相应的控制指令。无线通讯节点也是FFD，作为ZigBee路由节点，主要是参与路由发现、消息转发、允许其他节点通过它关联网络等。手持终端设备为RFID，只能作为终端节点，通过ZigBee协调点或者ZigBee路由节点关联到网络，但不允许其他任何节点通过它加入网络，其功能是负责周期性采集顾客菜单数据和部分节点数据的转发。手持终端节点之间，手持终端节点与无线通信路由节点以及无线通信路由节点与协调器节点之间都是通过ZigBee协议进行通信。

　　3.2 ZigBee网络组网和地址分配

　　只有那些具有ZigBee协调器能力，但不是当前加入网络的设备能尝试建立一个新的ZigBee网络，其建立策略是：一个FFD设备在次被激活后，通过广播查询网络协调器请求，如果在主动扫描时没有收到任何信标帧或是收到的信标帧参数与自身节点能力不相匹配时，就可知该FFD能成为具有组建网络功能的PAN协调器。如果收到网络中已经存在网络协调器，则通过一系列过程，设备就成为了这个网络中的RFD或是具有路由功能的FFD。一旦FFD设备成为PAN协调器后，PAN协调器将为网络分配一个的PAN标识（ID），有了PAN标识，网络设备可以使用短地址通信，并且不同PAN之间也可以通信。在ZigBee协调器设备建立网络后，路由器或者终端设备，可以作为子节点加入协调器建立的网络，子节点加入网络的方式有两种。通过MAC层关联方式加入网络：通过之前指定的父节点直接方式加入网络。

　　当新建网络中的设备允许一个设备加入网络时，这两个设备就构成了父子关系。新加入的设备是子设备，而个设备是父设备。在允许子设备加入新建网络后，父设备的网络管理实体将搜索它的邻居表来判断是否能找到一个匹配64bit的扩展地址。如果发现一个匹配地址，网络管理实体将获得相关的64bit网络地址，并发出一个连接响应到MAC层。如果没有找到一个匹配地址，在可能的情况下，网络层管理实体将分配一个网络中的16bit网络地址给的子设备。具体网络组建进程图如图4所示。

　　4 ZigBee无线传感器网络节点软硬件设计

　　4.1 ZigBee网络节点硬件设计

　　本网络中的通信节点，按协调器模块、路由器模块和终端设备模块的功能特点，设计不同的的硬件架构，如图5所示，从左到右依次为协调器节点，路由器节点和终端设备节点的硬件框图。

　　网络协调器模块采用TI公司的低功耗单片机MSP430F46 1 9与射频芯片CC2420搭配构建，网络协调器负责整个网络的数据进行收集处理，并将节点数据显示在显示屏上。路由器节点模块选用Philips公司开发的基于32位ARM7TDMI—S.内核的LPC21 06，通过SPI接口实现对ZigBee芯片的数据控制与传送，路由器节点负责将终端节点的数据转发给网络协调器节点，并允许其他节点通过它联网。终端节点采用Samsung公司的RISC处理器S3C44BOX与射频芯片CC2420搭配构建。当发送数据时，首先把所需跟点菜有关的数据按一定顺序组成应用数据层的数据帧格式，再按照ZigBee无线通信协议格式对输入数据打包，处理后交给串口通讯层。由串口通讯程序把数据传送给ZigBee无线通讯模块，无线通讯模块实现无线数据的传输，校验，重发等功能。协调器接受数据时，过程正好相反，无线通讯模块收到的数据先由串口通讯程序接受，然后由无线协议数据层的数据解包程序进行解包，应用数据层再分离出跟点菜系统相关的信息。

　　4.2 ZigBee网络节点软件设计

　　ZigBee 节点网络系统的软件部分建立在IEEE802.15.4/ZigBee标准所采用的分层协议体系之上。系统软件设计采用C51语言，协调器节点、路由器节点、终端节点的内嵌程序按它们的在节点网络系统所起的功能而不尽相同。如图6所示。

　　终端PDA将要处理的数据通过ZigBee终端节点模块发送给协调器节点模块，路由器节点在ZigBee终端节点离开协调器节点覆盖范围时启动并向协调器转发数据。系统软件底层部分采用成都无线龙公司的精简版ZigBee协议栈，组建非信标网络，实现随终端节点与协调器节点的距离变化，在星状与网状结构问灵活切换，从而拓展了无线网络覆盖范围，让服务员在更大区域里自由移动地为顾客提供点餐服务。

　　5 结语

　　本文在研究ZigBee无线传感器网络的基础上，提出了基于ZigBee通信协议的无线点餐系统的构成方案。研究表明：该系统能有效地进行传感器网络的组建，在室内环境60-80米距离之内实现了数据的可靠传输。随着科技的进步和网络设备成本的降低，ZigBee技术在现代餐饮业中的应用将产生重大的经济效益和社会效益。

参考文献:

[1]. CC2420 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/CC2420_213269.html.
[2]. ARM7TDMI datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/ARM7TDMI_139812.html.
[3]. RISC datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/RISC_1189725.html.