信息與通信基于CC2530的光照信息的采集系統(tǒng)設(shè)計

1、論文題目： 基于cc2530的光照信息的采集系統(tǒng)設(shè)計摘 要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是融合了傳感器、嵌入式計算機(jī)、無線通信、分布式信息處理等多學(xué)科知識，它通過集成化微型傳感器能對各種環(huán)境或檢測對象的信息進(jìn)行檢測和采集，再通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給用戶。本文在分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了光照信息采集的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計方案，實現(xiàn)對光照信息的采集并以zigbee協(xié)議無線傳輸，形成樹狀網(wǎng)絡(luò)。終端節(jié)點由zigbee無線傳輸模塊、cc2530微處理器的模塊、傳感器模塊及接口電路組成。軟件基于zigbee協(xié)議棧實現(xiàn)，由應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、mac層、物理層組成，構(gòu)建了無線無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集與傳輸。本文基于our

2、s-iotv2物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實驗套件試驗箱實現(xiàn)，通過實驗數(shù)據(jù)的分析比較，闡明zigbee開發(fā)應(yīng)用層實現(xiàn)的方法。關(guān)鍵字：zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點; cc2530 ; 光照信息采集; 無線傳感網(wǎng)絡(luò)論文類型：應(yīng)用型畢業(yè)論文title：cc2530 based on light information collection system designmajor：electronic and information engineeringname： wenxi signature：_ _supervision：zhangxiaoli signature：_ _abstractwireless sensor ne

3、twork is shirt-sleeve the sensor, embedded computer, wireless communication, distributed information processing science knowledge, it through the integration of various environmental miniature sensors or test object information detection and acquisition, again through the wireless network to send to

4、 the user. based on the analysis of the structure of wireless sensor network are put forward, based on the information acquisition of light to wireless sensor network node design, realization of light information collection and zigbee wireless transmission agreement, forming a tree network. terminal

5、 zigbee wireless transmission node from module, cc2530 microprocessor module, sensors and interface circuit module composition. software based on zigbee realize protocol stack, the application layer, network layer, mac layer, the physical composition, to construct the wireless wireless network, to a

6、chieve data collection and transmission. this paper based on ours-iotv2 content networking innovation experimental suite test box achieve, through the analysis of the experimental data, the paper zigbee development application development and the implementation method.key words:zigbee network nodes

7、cc2530 light information collection wireless sensor network 目 錄1緒論11.1課題研究的背景及意義11.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)31.2.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展31.2.2主要研究方向41.3幾種短距離無線通信技術(shù)的性能比較51.4zigbee技術(shù)概述81.5本文工作102 zigbee協(xié)議及其應(yīng)用122.1 ieee802.15.4技術(shù)簡述122.1.1物理層(phy)132.1.2數(shù)據(jù)鏈路層(mac)142.2zigbee協(xié)議152.2.1zigbee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)152.2.2zigbee協(xié)議棧162.3zigbee協(xié)議棧api192.3.

8、1應(yīng)用層(apl)api192.3.2應(yīng)用支持層(aps)api202.4原語的基本概念212.5網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)222.6數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制232.6.1kvp格式242.6.2msg格式252.7地址的分配機(jī)制252.8路由花費(fèi)和路由算法272.8.1路由花費(fèi)272.8.2路由算法282.9 zigbee應(yīng)用領(lǐng)域322.10本章小節(jié)333 無線光照采集系統(tǒng)硬件的設(shè)計343.1總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)343.2無線傳感網(wǎng)通信模塊343.2.1光敏電阻的結(jié)構(gòu)與原理：353.3節(jié)點硬件設(shè)計363.3.1模塊電源電路和復(fù)位設(shè)計363.3.2lcd顯示電路設(shè)計383.3.3光敏傳感器外圍電路的設(shè)計393.4本章小結(jié)404無

9、線光照信息采集系統(tǒng)軟件設(shè)計414.1總體流程414.2程序項目文件結(jié)構(gòu)454.3程序的初始化464.4組網(wǎng)474.5數(shù)據(jù)傳送494.6定時發(fā)送514.7設(shè)備發(fā)現(xiàn)514.8軟件調(diào)試環(huán)境524.9本章小結(jié)525 總結(jié)535.1以后的工作535.2實現(xiàn)樹型及網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?45.3實現(xiàn)采集多種環(huán)境信息545.4實現(xiàn)操作系統(tǒng)的內(nèi)嵌545.5 節(jié)點光照采集54致謝58參考文獻(xiàn)591緒論1.1課題研究的背景及意義隨著人們生活條件的不斷地高，人們越來越重視光照信息采集，以保障各類生產(chǎn)生活能夠有效的進(jìn)行，其中作為一種方便有效無線網(wǎng)絡(luò)芯片cc2530便成為了光照信息采集一個十分重要的應(yīng)用.傳統(tǒng)的人工控制已不能滿足

10、現(xiàn)代對自動化控制的要求，這樣基于cc2530的光照信息采集就能很好地滿足人們的需求。cc2530作為zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的一員也越來越能發(fā)揮它的重要性。zigbee是基于ieee802.15.4標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用于無線監(jiān)測與控制的全球性無線通信標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)簡單易用、近距離、低速率、低功耗而且廉價的市場定位，廣泛用于數(shù)字家庭領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域智能交通、醫(yī)療領(lǐng)域、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、智能建筑、安全保障等領(lǐng)域，擁有廣闊的應(yīng)用前景的一項技術(shù)。在一個實際系統(tǒng)中通常需要上位機(jī)軟件的支持，基于php的wap服務(wù)器設(shè)計是目前常用的一種方法，本設(shè)計基于高速公路應(yīng)急系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理功能。在研究過程中作為一名本科生可以了解一個具

11、體系統(tǒng)的工作原理級上位機(jī)軟件在整個系統(tǒng)中的作用，并采用php網(wǎng)頁制作語言實現(xiàn)了具體功能。為今后進(jìn)一步了解并掌握無線傳感器網(wǎng)絡(luò)打下良好的基礎(chǔ)。對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，利用無線收發(fā)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通過監(jiān)測管理中心能夠輕松完成對溫濕度的控制、二氧化碳、一氧化碳酒精含量含量測量、光照度信息采集等功能。本設(shè)計基于智能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了對光照強(qiáng)度的監(jiān)測，如果光線過暗，則自動開啟led，如果光線亮，則自動關(guān)閉led。近年來，隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們慢慢的將無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳感器技術(shù)相結(jié)合，提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這一概念。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不僅可以應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)接入，而且還適用于有線接入方式所

12、不能勝任的場合，為數(shù)據(jù)傳輸提供良好的服務(wù)。 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用無線定位和zigbee無線技術(shù)有如下優(yōu)勢： （1）功耗低：由于工作周期短、收發(fā)信息功耗較低、以及采用了休眠機(jī)制，所以特別省電。 （2）成本低：協(xié)議簡單且所需的存儲空間小，極大降低了zigbee芯片的成本，每塊芯片的價格在2美元一下，而且zigbee協(xié)議是免專利費(fèi)的。(3)時延短：通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延短。設(shè)備搜索時延30ms，休眠激活時延15ms，活動設(shè)備信道接入時延為15ms。（4）組網(wǎng)簡單：gprs無線ddn系統(tǒng)可以通過internet網(wǎng)絡(luò)隨時隨地的構(gòu)建覆蓋全中國的虛擬移動數(shù)據(jù)通信專用網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供接入便利，節(jié)省接入投資

13、。zigbee兼容的產(chǎn)品工作在ieee802.15.4的phy上，其頻段是免費(fèi)開放的，分別為2.4ghz（全球）、915mhz（美國）和868mhz（歐洲）。采用zigbee技術(shù)的產(chǎn)品可以在2.4ghz上提供250kbit/s（16個信道）、在915mhz提供40kbit/s（10個信道）和在868mhz上提供20kbit/s（1個信道）的傳輸速率。傳輸范圍依賴于輸出功率和信道環(huán)境，介于10m到100m之間，一般是30m左右。由于zigbee使用的是開放頻段，已有多種無線通訊技術(shù)使用。因此為避免被干擾，各個頻段均采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)。同時，phy的直接序列擴(kuò)頻技術(shù)允許設(shè)備無需閉環(huán)同步。1.2無

14、線傳感器網(wǎng)絡(luò)1.2.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展zigbee技術(shù)和rfid 技術(shù)在近幾年發(fā)展迅速，市場前景最廣闊的十大最新技術(shù)中的兩個。關(guān)于這方面的報道，在百度，或google搜索欄中鍵入“zigbee”,你就會搜到大量的有關(guān)報道?？傊窈笕舾赡辏紝⑹莦igbee技術(shù)飛速發(fā)展的階段。zigbee技術(shù)在我國的應(yīng)用情況盡管，國內(nèi)不少人已經(jīng)開始關(guān)注zigbee這們新技術(shù)，而且也有不少單位開始涉足zigbee技術(shù)的開發(fā)工作，然而，由于zigbee 本身是一種新的系統(tǒng)集成技術(shù)，應(yīng)用軟件的開發(fā)必須和網(wǎng)絡(luò)傳輸，射頻技術(shù)和底層軟硬件控制技術(shù)結(jié)合在一起。因而要深入理解這個來自國外的新技術(shù)，再組織一個有這方面經(jīng)驗團(tuán)

15、隊，很不容易的事情，因而，到目前為止，國內(nèi)目前除了為數(shù)不多的幾家公司外，真正將zigbee技術(shù)開發(fā)成產(chǎn)品，并成功地用于解決相關(guān)領(lǐng)域的實際產(chǎn)生的問題，尚未可見。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在基礎(chǔ)芯片和通信模塊方面，德州儀器是美國著名的模擬器件解決方案和數(shù)字嵌入及應(yīng)用處理半導(dǎo)體解決方案供應(yīng)商，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域能夠提供zigbee芯片和移動通信芯片產(chǎn)品。英特爾是全球最大的計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通信產(chǎn)品制造商，在物聯(lián)網(wǎng)方面能夠提供wi-fi芯片、藍(lán)牙芯片、wimax芯片和rfid芯片產(chǎn)品。意法半導(dǎo)體、高通、飛思卡爾等芯片企業(yè)也可以提供物聯(lián)網(wǎng)所需的基礎(chǔ)通信芯片。此外，telit、cinterion、sierra wireles

16、s等通信模塊企業(yè)將通信芯片整合成能夠獨(dú)立完成通信功能的模塊，可以直接嵌入到設(shè)備中使其擁有通信能力。 m2m與rfid和傳感網(wǎng)不同，擁有電信網(wǎng)絡(luò)資源的電信運(yùn)營商在物聯(lián)網(wǎng)市場發(fā)展初期并沒有關(guān)注這項業(yè)務(wù)，因此產(chǎn)生了很多m2m業(yè)務(wù)的mvno（虛擬移動運(yùn)營商），他們租用電信運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)來提供業(yè)務(wù)，與電信運(yùn)營商一樣都屬于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)的提供者。隨著電信運(yùn)營商對m2m業(yè)務(wù)重視程度的提高，物聯(lián)網(wǎng)mvno地位逐漸弱化，其作用逐漸被電信運(yùn)營商取代。目前，主要的物聯(lián)網(wǎng)mvno包括美國的jasper wireless、kore，英國的wyless等。目前，物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展較好的運(yùn)營商包括法國orange、英國沃達(dá)豐、美

17、國at&t和verizon、日本ntt docomo、韓國skt等。另外，美國的tridium、axeda等企業(yè)還提供m2m軟件平臺。 總體來說，目前美國在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)方面占有絕對的優(yōu)勢，同時歐盟和日韓電信運(yùn)營商對于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)關(guān)注度較高，而我國只有極少公司能涉及這方面的工作，所以我國物聯(lián)網(wǎng)急待發(fā)展。1.2.2主要研究方向1.新型智能傳感器關(guān)鍵技術(shù)和傳感系統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能基本上取決于作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的智能傳感器的性能。智能傳感器是目前國際傳感器領(lǐng)域的熱點問題之一，其研究意義和應(yīng)用價值，己引起了世界各國學(xué)術(shù)界、軍事部門和工業(yè)界的極大關(guān)注。2傳感器網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)緊密相連。

18、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是從通信網(wǎng)絡(luò)中演化而來自治，那必然要有適用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、支持傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的相關(guān)協(xié)議、任務(wù)分配、協(xié)調(diào)、時鐘同步以及相應(yīng)的軟硬件資源等。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的重點研究目標(biāo)就是如何設(shè)計能量高效的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即如何優(yōu)化mac協(xié)議和路由協(xié)議，來延長網(wǎng)絡(luò)生存時間。傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是傳感器網(wǎng)絡(luò)其它核心技術(shù)和支撐技術(shù)的基礎(chǔ)。對其協(xié)議的研究包括：（1）mac層協(xié)議研究；（2）能量高效的路由協(xié)議；（3）節(jié)點自定位技術(shù)。1.3幾種短距離無線通信技術(shù)的性能比較在短距離無線通信技術(shù)中，除zigbee技術(shù)外，還存在許多其他通信技術(shù)，它們各有各的特色，下文將會對zigbee技術(shù)與這些相關(guān)技術(shù)作簡單

19、的分析比較，可以更好的了解它們各自的技術(shù)性能和應(yīng)用領(lǐng)域。這些技術(shù)分別是紅外、藍(lán)牙、超帶寬、ieee802.11 x、家庭無線射頻技術(shù)和無線射頻識別技術(shù)。1993年，由20多個大廠商發(fā)起成立了紅外8數(shù)據(jù)協(xié)會(irda:infrared dataassociation )，統(tǒng)一了紅外通信標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)采用850mm的紅外光傳輸數(shù)據(jù)信息，紅外信號要求設(shè)備之間必須具有無障礙的直線信道，通信距離通常最大不能超過l0m，并且，通信角度不能超過30度。紅外的數(shù)據(jù)傳輸速率較快，最初大約為4mbps，目前己經(jīng)能夠達(dá)到16mbps 。 超帶寬11(uwb: ultra-wave band)無線通信技術(shù)是一種新型的無

20、線通信技術(shù)，根據(jù)美國fcc ( federal communication commission，聯(lián)邦通信委員會)從信號帶寬的角度的確切定義:uwb信號是指“-10db功率點處的相對帶寬大于25%或射頻的絕對帶寬大于1.5ghz”的信號。該技術(shù)的工作頻段范圍為3.1-10.6ghz，工作帶寬為7. 5 ghz，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1.5gbps，傳輸距離為l 0m 。由于這項技術(shù)存在信號帶寬寬，數(shù)據(jù)傳輸速率高，而且，功耗低、隱蔽性好、抗信號多徑效果好等優(yōu)點，因此，這項技術(shù)備受到了各方面的關(guān)注。internet網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，進(jìn)一步加速了無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，特別是ieee802.11 x12技

21、術(shù)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過了十幾年的發(fā)展，其技術(shù)性能指標(biāo)得到了極大的提高，其技術(shù)性能指標(biāo)由于所采用的技術(shù)和工作的頻段不同，它們之間也存在許多差異。ieee 802.11b，其工作頻段為2.4ghz的ism頻段，采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，傳輸速率為11 mbps。 a ieee 802.11 a，其工作頻段為5.2ghz，采用ofdm調(diào)制技術(shù)，具有較好的抗多徑干擾能力，可提供8個信道，可采用6，9，12, 18，24，36，48，54mbps等速率來傳輸數(shù)據(jù)。家庭無線射頻技術(shù)(homerf)無線聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是由proxim、西門子、摩托羅拉、康柏電腦等技術(shù)巨頭于1998年發(fā)起組建的homerf工作組負(fù)責(zé)研發(fā)的，其研發(fā)初

22、衷旨在為家庭無線聯(lián)網(wǎng)提供一種組網(wǎng)方便、易用、成本低廉的通用性標(biāo)準(zhǔn)。它汲取了ieee 802:11等無線標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢，能夠有效降低話音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀?，可提?-2mbps的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，新的homerf 2.x標(biāo)準(zhǔn)的最高數(shù)據(jù)傳輸帶寬可以達(dá)到1 0mbps，該技術(shù)的工作頻率為2.4ghz，可以連接127個設(shè)備。無線射頻技術(shù)(rfid: radio frequency identification)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)。最簡單的rfid系統(tǒng)由標(biāo)簽、閱讀器和天線(antenna ) 3部分組成，在實際應(yīng)用中還需要硬件和軟件的支持。標(biāo)簽可以按照電源類別不同別分為三個主要類別，（i）主動標(biāo)簽，（i

23、i）半被動標(biāo)簽和（iii）被動標(biāo)簽。主動標(biāo)簽用以回應(yīng)閱讀器詢問時，使用內(nèi)置電池進(jìn)行操作和信號傳輸。為了更加直觀表述和比較這幾種短距離無線通信技術(shù)的性能，下面通過表1.1來進(jìn)行說明。zigbee技術(shù)與其他幾種短距離無線通信技術(shù)在通信距離、傳輸速率上的差別。表1.1為幾種短距離無線通信技術(shù)的性能比較。從中，我們不難看出，無論是zigbee技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、homerf技術(shù)、紅外技術(shù)、超寬帶技術(shù)還是ieee 802.11技術(shù)以及rfid技術(shù)，它們都具有各自的特點以適用不同的應(yīng)用場合的應(yīng)用，它們之間存在著相互競爭、且有相互補(bǔ)充，誰也不能完全替代另外一種。表1.1幾種短距離無線通信技術(shù)的性能比較規(guī)范工作頻

24、率傳輸速率（mbps）最大功耗連接設(shè)備數(shù)安全措施主要用途zigbee868/915mhz2.4ghz0.02,0.04,0.2513mw21626432，64，128位密鑰家庭、控制、傳感器網(wǎng)絡(luò)紅外850mm1.521,4,16數(shù)mw2靠短距離、小角度傳輸保證安全透明可見范圍內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸、近距離遙控homerf2.4ghz1,2100mw12750次/秒跳頻家庭無線局域網(wǎng)藍(lán)牙2.4ghz1,2,31100mw71600次/秒跳頻，128位密鑰個人網(wǎng)絡(luò)802.11a2.4ghz11100mw255wep加密無線局域網(wǎng)802.11b5.2ghz6,9,12,18,24,36100mw255wep加密

25、無線局域網(wǎng)802.11g2.4ghz54100mw255wep加密無線局域網(wǎng)rfid5.8ghz0.212不需供電2密鑰超市、物流管理1.4zigbee技術(shù)概述 zigbee是ieee802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。 這一名稱來源于蜜蜂的舞蹈，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式形成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。zigbee技術(shù)并不是完全獨(dú)有、全新的標(biāo)準(zhǔn)。

26、它的物理層、mac層采用了ieee802.15.4(無線個人區(qū)域網(wǎng))協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，但在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了完善和擴(kuò)展。其網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用會聚層和高層應(yīng)用規(guī)范(api)由zigbee聯(lián)盟進(jìn)行了制定4。根據(jù)zigbee之技術(shù)本質(zhì)，zigbee具有下列之特性：功耗低：工作模式情況下，zigbee技術(shù)傳輸速率低，傳輸數(shù)據(jù)量很小，因此信號的收發(fā)時間很短，其次在非工作模式時，zigbee節(jié)點處于休眠模式。設(shè)備搜索時延一般為30ms，休眠激活時延為15ms，活動設(shè)備信道接入時延為15ms。由于工作時間較短、收發(fā)信息功耗較低且采用了休眠模式，使得zigbee節(jié)點非常省電，zigbee節(jié)點的電池工作時間可以長達(dá)6個月到2年左

27、右。同時，由于電池時間取決于很多因素，例如：電池種類、容量和應(yīng)用場合，zigbee技術(shù)在協(xié)議上對電池使用也作了優(yōu)化。對于典型應(yīng)用，堿性電池可以使用數(shù)年，對于某些工作時間和總時間（工作時間+休眠時間）之比小于1%的情況，電池的壽命甚至可以超過10年。 數(shù)據(jù)傳輸可靠：zigbee的媒體接入控制層（mac層）采用talk-when-ready的碰撞避免機(jī)制。在這種完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制下，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳送需求時則立刻傳送，發(fā)送的每個數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息，并進(jìn)行確認(rèn)信息回復(fù)，若沒有得到確認(rèn)信息的回復(fù)就表示發(fā)生了碰撞，將再傳一次，采用這種方法可以提高系統(tǒng)信息傳輸?shù)目煽啃?。同時為需要固定帶寬的通信

28、業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。同時zigbee針對時延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化，通信時延和休眠狀態(tài)激活的時延都非常短。 網(wǎng)絡(luò)容量大：zigbee低速率、低功耗和短距離傳輸?shù)奶攸c使它非常適宜支持簡單器件。zigbee定義了兩種器件：全功能器件（ffd）和簡化功能器件（rfd）。對全功能器件，要求它支持所有的49個基本參數(shù)。而對簡化功能器件，在最小配置時只要求它支持38個基本參數(shù)。一個全功能器件可以與簡化功能器件和其他全功能器件通話，可以按3種方式工作，分別為：個域網(wǎng)協(xié)調(diào)器、協(xié)調(diào)器或器件。而簡化功能器件只能與全功能器件通話，僅用于非常簡單的應(yīng)用。一個zigbee的網(wǎng)絡(luò)最多包括有255

29、個zigbee網(wǎng)路節(jié)點，其中一個是主控（master）設(shè)備，其余則是從屬（slave）設(shè)備。若是通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器（network coordinator），整個網(wǎng)絡(luò)最多可以支持超過64000個zigbee網(wǎng)路節(jié)點，再加上各個network coordinator可互相連接，整個zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(shù)目將十分可觀。 兼容性：zigbee技術(shù)與現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)無縫集成。通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器（coordinator）自動建立網(wǎng)絡(luò)，采用載波偵聽/沖突檢測（csma-ca）方式進(jìn)行信道接入。為了可靠傳遞，還提供全握手協(xié)議。 安全性：zigbee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，在數(shù)據(jù)傳輸中提供了三級安全性。第

30、一級實際是無安全方式，對于某種應(yīng)用，如果安全并不重要或者上層已經(jīng)提供足夠的安全保護(hù)，器件就可以選擇這種方式來轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)。對于第二級安全級別，器件可以使用接入控制清單（acl）來防止非法器件獲取數(shù)據(jù)，在這一級不采取加密措施。第三級安全級別在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移中采用屬于高級加密標(biāo)準(zhǔn)（aes）的對稱密碼。aes可以用來保護(hù)數(shù)據(jù)凈荷和防止攻擊者冒充合法器件。 實現(xiàn)成本低：模塊的初始成本估計在6美元左右，很快就能降到1.5-2.5美元，且zigbee協(xié)議免專利費(fèi)用。目前低速低功率的uwb芯片組的價格至少為20美元。而zigbee的價格目標(biāo)僅為幾美分。 1.5本文工作本文的設(shè)計目標(biāo)是設(shè)計一種基于zigbee無線通信技

31、術(shù)的光照和溫度監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對光照和溫度情況的實時動態(tài)監(jiān)測，方便供暖部門的管理與檢修。本文的主要工作如下：1.分析ieee802.15.4和zigbee協(xié)議，理解zigbee技術(shù)的特性和通信原理。研究 ti公司的zigbee協(xié)議棧及其具體實現(xiàn)方式，并能初步應(yīng)用協(xié)議棧實現(xiàn)具體功能。2.測光照軟件的編寫及整個網(wǎng)絡(luò)的測試，能完成預(yù)期設(shè)定的功能并能達(dá)到預(yù)定的性能指標(biāo)。本文的結(jié)構(gòu)大致分為三部分:第一部分為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的介紹以及對zigbee技術(shù)、協(xié)議棧的介紹，包括第一章，第二章;第二部分為硬件和軟件的具體實現(xiàn)以及整個網(wǎng)絡(luò)的測試，包括第三章，第四章;第三部分為總結(jié)，對本論文的工作做簡要評價。第一章:緒論

32、。該章介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，然后對包括zigbee技術(shù)在內(nèi)的幾種短距離無線通信技術(shù)做了大體介紹和比較，最后對本文的工作做了提綱性的簡介。第二章:zigbee協(xié)議及其應(yīng)用。本文從zigbee協(xié)議的大體介紹到zigbee協(xié)議棧的構(gòu)架的分析，并對zigbee技術(shù)的應(yīng)用范圍做了具體的闡述。主要內(nèi)容包括zigbee協(xié)議、zigbee協(xié)議棧api、數(shù)據(jù)傳輸方式以及地址分配機(jī)制和路由算法等。 第三章：無線光照信息采集系統(tǒng)硬件的設(shè)計。該章首先對整個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)做了介紹，然后就硬件的設(shè)計做了具體的闡述。主要包括節(jié)點硬件的組成與設(shè)計等內(nèi)容。第四章：無線光照信息采集系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn)。該章

33、首先對整個網(wǎng)絡(luò)的軟件結(jié)構(gòu)及協(xié)議棧做了介紹，然后就軟件設(shè)計方面做了具體的闡述。主要包括節(jié)點軟件的設(shè)計、節(jié)點間數(shù)據(jù)的通信等相關(guān)內(nèi)容。第五章:總結(jié)。該章對本文所完成的任務(wù)做了總結(jié)，指出了本文所取得的成果并提出了今后的需要做的工作和下一步研究的方向。2 zigbee協(xié)議及其應(yīng)用zigbee協(xié)議物理層和mac層是基于ieee802.15.4無線通訊協(xié)議14。zigbee規(guī)范是由半導(dǎo)體廠商、技術(shù)供應(yīng)商和其他公司組成的一家非營利工業(yè)協(xié)會，即zigbee聯(lián)盟。zigbee規(guī)范致力于利用ieee802.15.4所提供的特性，zigbee適用于低速率、低功耗的應(yīng)用環(huán)境。下圖是zigbee協(xié)議棧的概述圖:appli

34、cation framework應(yīng)用層（af）application support sublayer應(yīng)用支持層（aps）network layer網(wǎng)絡(luò)層（nwk）ieee 802.15.4數(shù)據(jù)鏈路層（mac層）ieee 802.15.4 physical layer物理層（phy）圖2.1 zigbee協(xié)議棧概述圖2.1 ieee802.15.4技術(shù)簡述當(dāng)前的ieee802.15.4定義兩個標(biāo)準(zhǔn)，分別是2.4ghz的物理層和868/915mhz的物理層。它們都基于dsss，使用相同物理數(shù)據(jù)包格式。標(biāo)準(zhǔn)與常見的無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)802.n不同，它要關(guān)注低速率、低功耗的應(yīng)用。ieee802.15.4網(wǎng)

35、絡(luò)協(xié)議?；陂_放系統(tǒng)互連模型(osi)，每一層都實現(xiàn)一部分通信功能，并向更高層提供服務(wù)。ieee802.15.4標(biāo)準(zhǔn)只定義了phy層和maca。phy層由射頻收發(fā)器以及底層的控制模塊構(gòu)成。mac子層為高層訪問物理信道提供點到點通信的服務(wù)接口。2.1.1物理層(phy) ieee802.15.4定義了2.4ghz物理層和868/915mhz物理層兩個物理層標(biāo)準(zhǔn)，它們都采用了 dsss(direetsequeneespreadspectnjin，直接序列擴(kuò)頻)。2.4ghz波段為全球統(tǒng)一的無需申請的ism頻段，有助于設(shè)備的推廣和生產(chǎn)成本的降低。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)從無線物理信道上收發(fā)數(shù)據(jù)，物理層管理服務(wù)

36、維護(hù)一個由物理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫15。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)包括以下六方面的功能:(1)激活和休眠射頻收發(fā)器;(2)信道能量檢測 (energydeteet);(3)檢測接收數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量指示(link alityindieation，lqi);(4)空閑信道評估(clear channel hannelassessment，cca);(5)信道頻率的選擇(6)收發(fā)數(shù)據(jù)。pd-sap數(shù)據(jù)訪問點plme-sap管理訪問點 物理層管理實體phypib 物理層rf-sap 圖2.2物理層參考模型pd-sap支持兩個對等的mac層實體之間傳輸mac協(xié)議數(shù)據(jù)單元（mpdu）。pd-sap支持的原語一共有三

37、種：pd-data.request 、pd-data.confirm 和pd-data.indication。（1）pd-data.request原語由mac層發(fā)送給本地物理層，請求發(fā)送mpdu（即物理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元（psdu）。物理層收到pd-data.request原語之后，如果設(shè)備處于發(fā)射使能狀態(tài)（tx_on），則物理層先把請求原語提供的psdu封裝成物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（ppdu），然后開始發(fā)送。數(shù)據(jù)發(fā)送成功后，物理層就向mac層發(fā)出狀態(tài)為success的證實原語pd-data.confirm。如果設(shè)備處于接收使能狀態(tài)（rx_on）或者處于發(fā)送關(guān)閉狀態(tài)（trx_off），則物理層向mac

38、層發(fā)送狀態(tài)為rx_on或trx_off的證實原語pd-data.confirm。（2）pd-data.confirm原語由物理層發(fā)送給mac層，作為對pd-data.request原語的響應(yīng)。（3）pd-data.indication原語指示一個mpdu從物理層傳送到本地mac層實體。此原語由物理層產(chǎn)生并發(fā)送給mac層以提交接收到的psdu。如果接收到的psdulength字段為0或者大于內(nèi)部常數(shù)amaxphypacketsize，則物理層不產(chǎn)生原語服務(wù)。2.1.2數(shù)據(jù)鏈路層(mac)mac層提供特定的服務(wù)匯聚子層（sscs）和物理層之間的接口。從概念上說，mac層還包括mac層管理實體（ml

39、me）,以提供調(diào)用mac層管理功能服務(wù)接口；同時，mlme還負(fù)責(zé)維護(hù)mac pan信息庫mac層參考模型如圖2.2。數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)服務(wù)包括:(1)信標(biāo)同步;(2)使用csma/ca信道訪問機(jī)制;(3)支持時槽保證(guaranteedtimeslot，gts)機(jī)制(4)支持mac層實體之間可靠傳輸。(5)為協(xié)調(diào)器設(shè)備產(chǎn)生信標(biāo)幀;(6)支持pan的關(guān)聯(lián)和解關(guān)聯(lián)的操作;(7)支持設(shè)備無線通信信道安全;mlme-sapmcps-sappd-sapplme-sapmacpibmac公共部分子層(mcps)mac層管理實體（mlme）圖2.2 mac層的參考模型2.2 zigbee協(xié)議2.2.1zigb

40、ee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)在物理層 (physieallayer:phy)方面，802.15.4之工作頻率分為2.4ghz、868mhz /915mhz三種，分別提供250kbps、40kbps和20kbps之傳輸速率。這些頻段因是免費(fèi)開放使用，故已有多種無線通訊技術(shù)使用，因此zigbee為避免被干擾，故在各個頻段皆是采用直接序列展頻(dsss)技術(shù)。2.2.2zigbee協(xié)議棧zigbee協(xié)議棧同開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型(osirm)一樣采用分層模型，具體分層情況見圖2.3。最低兩層是由 ieee802.15.4標(biāo)準(zhǔn)所定義，其他層則是有zigbee聯(lián)盟所定義： 圖2.3zigbee協(xié)議棧參考模型1)物理層(

41、physical layer, phy)是ieee 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)中定義的最低層3。它包括兩個物理子層。物理層的職責(zé)包括：信道的能量檢測；接入鏈路服務(wù)質(zhì)量信息評估;信道接入；信道頻率選擇與數(shù)據(jù)傳輸和接收等。2).數(shù)據(jù)鏈路層(medium access control layer, mac)是由ieee 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)所定義3。mac層的職責(zé)包括：網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)；與信標(biāo)同步；支持個域網(wǎng)( pan)鏈路的建立與斷開；為設(shè)備的安全性提供支持;信道接入方式采用免沖突，載波檢測多址接入(csma/ca)機(jī)制；處理和維護(hù)保護(hù)時隙(gts )機(jī)制;在兩個對等的mac實體之間提供一個可靠的

42、通信鏈路等。3)網(wǎng)絡(luò)層(network layer, nwk)是由zigbee聯(lián)盟所定義，主要完成從應(yīng)用層接受數(shù)據(jù)并向其發(fā)送數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)層的職責(zé)包括：配置一個新設(shè)備；nlme可以依據(jù)應(yīng)用操作的要求來完全的配置棧。開始一個網(wǎng)絡(luò)；加入或離開一個網(wǎng)絡(luò)；分配地址；臨近表發(fā)現(xiàn)；路由發(fā)現(xiàn)；接收控制。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是提供ieee802.15.4 mac子層的正確操作，并通過sap(服務(wù)接入點)為應(yīng)用層提供相應(yīng)的服務(wù)接口。為了與應(yīng)用層進(jìn)行交互，網(wǎng)絡(luò)層在概念上包含有兩種具備所需功能的服務(wù)實體：數(shù)據(jù)實體（lde）主要是通過其相應(yīng)的sap(即nlde- sap)提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；管理實體（lme）則主要通過nlme

43、- sap來提供訪問內(nèi)部層參數(shù)、配置和管理數(shù)據(jù)的機(jī)制度。 4)應(yīng)用層(application layer, apl)包括應(yīng)用支持層（aps）、zigbee設(shè)備對象（zdo）、zigbee應(yīng)用框架(af)、zigbee設(shè)備模板和制造的定義。應(yīng)用層是zigbee協(xié)議棧的最高層。應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)把不同的應(yīng)用映射到zigbee網(wǎng)絡(luò)上，具體而言，應(yīng)用層包括以下幾點功能：應(yīng)用維持器件的功能屬性;用應(yīng)用層發(fā)現(xiàn)該器件工作空間中其他器件的工作；應(yīng)用層根據(jù)服務(wù)和需求來使多個器件之間進(jìn)行通信；應(yīng)用層主要根據(jù)具體應(yīng)用由用戶開發(fā)。 (1)應(yīng)用支持層(application support layer, aps )提供兩個

44、接口:應(yīng)用支持層管理實體服務(wù)接入點(aps management entity service access point ,apsme-sap)和應(yīng)用支持層數(shù)據(jù)實體服務(wù)接入點(aps data entity service access point, apsde-sap )。前者用于實現(xiàn)安全性并通過協(xié)調(diào)器的zdo來接受應(yīng)用層的信息，后者通過應(yīng)用對象和zdo來發(fā)送數(shù)據(jù)17。 (2)zigbee設(shè)備對象(zigbee device object, zdo)提供應(yīng)用對象模板和aps之間接口。另外，zdo還回復(fù)其它設(shè)備關(guān)于詢問自身信息的請求。zdo使用apsde-sap和nlme-sap來支持這些功能

45、17。而同時zdo可實現(xiàn)初始化aps、nwk和安全服務(wù)特性，根據(jù)端點應(yīng)用配置信息，以確定實現(xiàn)安全管理、網(wǎng)絡(luò)管理和綁定管理。 (3)應(yīng)用對象.( application obj ect )是實際在zigbee協(xié)議棧上運(yùn)行的廠商應(yīng)用17。 另外在上述分層結(jié)構(gòu)中，一個安全服務(wù)提供者是可選的并供網(wǎng)路層和應(yīng)用層所使用?；趇eee 802.15.4對設(shè)備的分類，zigbee協(xié)議對設(shè)備也做了更細(xì)的分類，具體分類見表2.2 18表2.2 zigbee協(xié)議設(shè)備類型zigbee協(xié)議設(shè)備類型ieee設(shè)備類型功能協(xié)調(diào)器（coordinater）ffd每個網(wǎng)絡(luò)分配一個協(xié)調(diào)器，用于組網(wǎng)，分配網(wǎng)絡(luò)地址，存儲綁定表路由器（

46、router）ffd可選。用于擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的物理地址。允許更多節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)，也可以提供監(jiān)視和控制功能終端（end）ffd或rfd執(zhí)行監(jiān)視和控制功能2.3zigbee協(xié)議棧api典型的應(yīng)用程序總是使用應(yīng)用層(apl)和應(yīng)用支持層(aps)的api。下面就這兩層api（應(yīng)用編程接口）中重要的一部分作下介紹。2.3.1應(yīng)用層(apl)api應(yīng)用支持子層為上層實體（nhle）與網(wǎng)絡(luò)層提供了一個接口。aps層理論上包含一個管理實體稱為aps層， 管理實體 （apsme） 。 這個實體通過調(diào)用子層的管理函數(shù)來提供服務(wù)接口。apsme還負(fù)責(zé)維護(hù)一個關(guān)于aps子層管理實體的數(shù)據(jù)庫。 這是一個關(guān)于aps子層信息庫

47、（aib）的數(shù)據(jù)庫.圖2.4描述了aps子層的構(gòu)成和接口。aps子層通過兩個服務(wù)指針（saps）提供兩種服務(wù)。aps數(shù)據(jù)服務(wù)通過aps子層數(shù)據(jù)實體服務(wù)指針sap（apsde-sap） ，aps管理服務(wù)通過aps則層管理實體服務(wù)指針 圖2.4應(yīng)用層參考模型sap(apsme-sap). 這兩個服務(wù)通過nlde-sap和nlme-sap 接口 (見3.2小節(jié))提供了nhle和網(wǎng)絡(luò)層之間的接口。網(wǎng)絡(luò)層和aps子層之間的nlme-sap接口只支持nlme-get 和 nlme-set原語，其他的nlme-sap原語只可以通過zdo實現(xiàn)。除了這些外部接口以外，在apsme和apsde之間還有一個內(nèi)部的接

48、口，支持apsme使用aps數(shù)據(jù)服務(wù)。 2.3.2應(yīng)用支持層(aps)api aps提供了這樣的接口：在nwk層和apl層之間，從zdo到供應(yīng)商的應(yīng)用對象的通用服務(wù)集。這服務(wù)由兩個實體實現(xiàn)：aps數(shù)據(jù)實體（apsde）和aps管理實體（apsme）。(1)apsde通過apsde服務(wù)接入點(apsde-sap)；(2)apsme通過apsme服務(wù)接入點（apsme-sap）。apsde提供在同一個網(wǎng)絡(luò)中的兩個或者更多的應(yīng)用實體之間的數(shù)據(jù)通信。apsme提供多種服務(wù)給應(yīng)用對象，這些服務(wù)包含安全服務(wù)和綁定設(shè)備，并維護(hù)管理對象的數(shù)據(jù)庫。aps子層通過兩個服務(wù)指針（saps）提供兩種服務(wù)。aps數(shù)據(jù)服

49、務(wù)通過aps子層數(shù)據(jù)實體服務(wù)指針sap（apsde-sap），aps管理服務(wù)通過aps則層管理實體服務(wù)指針sap(apsme-sap).這兩個服務(wù)通過nlde-sap和nlme-sap 接口 提供了nhle和網(wǎng)絡(luò)層之間的接口。網(wǎng)絡(luò)層和aps子層之間的nlme-sap接口只支持nlme-get 和 nlme-set原語，其他的nlme-sap原語只可以通過zdo實現(xiàn)。除了這些外部接口以外，在apsme和apsde之間還有一個內(nèi)部的接口，支持apsme使用aps數(shù)據(jù)服務(wù)2.4原語的基本概念在zigbee設(shè)備工作時，各種不同的任務(wù)在不同層次上執(zhí)行，通過層的服務(wù)，完成所要執(zhí)行的任務(wù)。每一層的服務(wù)主要完

50、成兩種功能:根據(jù)它的下層服務(wù)要求，為上層提供相應(yīng)的服務(wù);另一種是根據(jù)上層的服務(wù)要求，對它的下層提供相應(yīng)的服務(wù)。各項服務(wù)通過原語來實現(xiàn)，如圖2.3描述了一個具有n個用戶的網(wǎng)絡(luò)中，兩個對等用戶以及它們與m層對等協(xié)議實體建立連接的服務(wù)原語。原語分為以下4種類型:(1) request:請求原語是從第s用戶發(fā)送到它的第m層，請求開始對設(shè)備服務(wù)。 (2)indication:指示原語是從第s;用戶的第m層向第n:用戶發(fā)送，指示對于第n:用戶有重要意義的內(nèi)部m層的事件。 (3) response:響應(yīng)原語是從第n用戶向它的第m層發(fā)送，用來表示對用戶原語調(diào)用過程的響應(yīng)。 (4)confirm:確認(rèn)原語是從第

51、m層向第s用戶發(fā)送，用來 傳送服務(wù)請求原語的執(zhí)行結(jié)果。2.5網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)在zigbee網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點有以下不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):星型、樹型和網(wǎng)狀4。其中最簡單的是星型結(jié)構(gòu)，如圖2.4(a)所示。它由協(xié)調(diào)器和多個終端節(jié)點構(gòu)成，協(xié)調(diào)器作為整個網(wǎng)絡(luò)的中心，終端節(jié)點分布在其的覆蓋范圍之內(nèi)。一般用于設(shè)備數(shù)量較小、物理范圍較小的場合。樹形網(wǎng)由若干個協(xié)調(diào)器和節(jié)點構(gòu)成如圖2.4（b）具有較高的可靠性和較低的功耗。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)如圖2.4(c)所示，其中的每個節(jié)點都可以作為協(xié)調(diào)器或者是路由器，具有很高的可靠性。2.5.1網(wǎng)絡(luò)層概況 圖2.5 網(wǎng)絡(luò)層參考模型在邏輯上網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)部由兩部分組成分別是網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體（nlde）和網(wǎng)絡(luò)

52、層管理實體（nlme）網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體（nlde）可提供數(shù)據(jù)服務(wù)以允許一個應(yīng)用在兩個或多個設(shè)備之間來傳輸應(yīng)用協(xié)議，這些設(shè)設(shè)備必須在同一個網(wǎng)絡(luò)中。nlde可提供一下服務(wù)類型(1)通用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元npdu（2）特定的拓?fù)渎酚删W(wǎng)絡(luò)層管理實體(nlme)提供一個管理服務(wù)來允許一個應(yīng)用和棧相連接。提供服務(wù)如下：（1）配置一個新設(shè)備（2）開始一個網(wǎng)絡(luò)（3）加入或離開一個網(wǎng)絡(luò)（4）分配地址（5）臨近表發(fā)現(xiàn)（6）路由表發(fā)現(xiàn)（7）接收控制2.6數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳送的基本上都是短消息(message )。信息的格式包括幀頭、數(shù)據(jù)內(nèi)容、幀尾，數(shù)據(jù)內(nèi)容的格式目前有兩種，一種是kvp，另外是msg

53、。2.6.1kvp格式kvp:是zigbee規(guī)范定義的一種特殊數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，通過規(guī)定來標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)傳輸格式和內(nèi)容，主要用于傳輸簡單的變量值格式信息。kvp是通過應(yīng)用支持層的apsde_data request原語發(fā)送并通過apsde data- indication來接收數(shù)據(jù)。表2.3為通用kvp命令幀格式。表2.3 通用kvp命令幀格式bits：44160/8可變命令類型屬性數(shù)據(jù)類型屬性標(biāo)識符錯誤代碼數(shù)據(jù)1. kvp命令類型字段由4位二進(jìn)制組成命令類型字段，同時標(biāo)識了命令的類型。該字段應(yīng)該填入表4中除保留值之外的其他值。如果消息(messages)是通過協(xié)調(diào)器非直傳的話，命令類型字段只能填se

54、t或get，即0001或0010.2).屬性數(shù)據(jù)類型字段由4位二進(jìn)制組成屬性數(shù)據(jù)類型的字段，標(biāo)識了屬性數(shù)據(jù)字段中數(shù)據(jù)的類型。屬性數(shù)據(jù)字段的長度是在屬性數(shù)據(jù)字段的第一個字節(jié)中指定出來或從數(shù)據(jù)類型中推算出來。3).屬性標(biāo)識符字段 由16位二進(jìn)制組成了屬性標(biāo)識符字段，標(biāo)識了命令要執(zhí)行的目標(biāo)設(shè)備的屬性。該字段的值在相關(guān)設(shè)備描述中定義。4).屬性數(shù)據(jù)字段屬性數(shù)據(jù)字段是變長的，包含在屬性標(biāo)識符字段中所提及的屬性的信息。該字段取決于屬性的數(shù)據(jù)類型、設(shè)備的描述、特定的命令。如果該字段的長度沒有直接在屬性數(shù)據(jù)類型中定義，那么整個命令幀的長度不能大于maxcommandsize的大小，除非發(fā)送方和接受方都支持分段

55、傳輸。2.6.2msg格式msg：是zigbee規(guī)范定義的一類特殊數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，用于專用的數(shù)據(jù)流或文件數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)量較大的傳輸機(jī)制。msg是通過應(yīng)用支持層的apsde data request原語發(fā)送并通過apsde data indication來接收的。msg事務(wù)不顯式的支持應(yīng)用層的確認(rèn)或者是命令的聚合，但是它可以自由 地組合幀來傳遞那些在具體應(yīng)用中定義的消息。表2.6 msg幀格式bits：8可變事務(wù)長度事務(wù)數(shù)據(jù)1.事務(wù)長度字段 事務(wù)長度字段是由8位二進(jìn)制組成的，標(biāo)識了在接下來的事務(wù)數(shù)據(jù)字段中字節(jié)的個數(shù)。2.事務(wù)長度字段 事務(wù)數(shù)據(jù)字段是變長的，且除非發(fā)送方和接受方都支持分段傳輸，長度是不能

56、大于maxcommandsize的大小。同時字段包含了那些在具體應(yīng)用中定義的屬性的特定消息內(nèi)容。2.7地址的分配機(jī)制 zigbee網(wǎng)絡(luò)為每個父類節(jié)點提供一塊可用的地址范圍，這些地址是在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中唯一存在的，父類節(jié)點再把可用地址范圍里向下級子節(jié)點分配。協(xié)調(diào)器決定了每個父類可以攜帶的子節(jié)點最多數(shù)，這些子節(jié)點包括最大個數(shù)個可路由節(jié)點和剩余的不可路由的子節(jié)點。每個節(jié)點擁有depth屬性，是指當(dāng)前節(jié)點到達(dá)協(xié)調(diào)器的最小跳數(shù)。通過父類節(jié)點所擁有的最大子節(jié)點數(shù)，nwkmaxchildren (cm)，網(wǎng)絡(luò)的最大深度，nwkmaxdepth (lm)和父類節(jié)點所擁有的最大路由節(jié)點數(shù)nwkmaxrouters (rm