zigbee協(xié)議棧詳解教學(xué)課件

1、ZigBee協(xié)議棧詳解目標(biāo)：本章在向?qū)W員介紹物聯(lián)網(wǎng)體系中傳輸層所使用的相關(guān)技術(shù)，通過(guò)本課的學(xué)習(xí)，學(xué)員應(yīng)該掌握如下知識(shí)： IP協(xié)議棧的應(yīng)用 WLAN無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用學(xué)時(shí)：4大綱協(xié)議棧內(nèi)部結(jié)構(gòu)IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)和 ZigBee 協(xié)議協(xié)議棧軟件總體設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)層（NWK）設(shè)計(jì)應(yīng)用層MAC 層設(shè)計(jì)物理層（PHY）設(shè)計(jì)ZigBee協(xié)議套件的基本需求8位處理器協(xié)議棧簡(jiǎn)介緊湊 4K-32k網(wǎng)絡(luò)主節(jié)點(diǎn)容納網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的設(shè)備信息、數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)表、設(shè)備關(guān)聯(lián)表、與安全有關(guān)的密鑰存儲(chǔ)等。協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖ZigBee協(xié)議棧軟件ZigBee協(xié)議棧軟件目錄結(jié)構(gòu)各個(gè)目錄的含義APP: 應(yīng)用層目錄，一般就在此目錄中創(chuàng)建項(xiàng)目HA

2、L: 硬件抽象層目錄，對(duì)硬件的變動(dòng)需修改該目錄的內(nèi)部文件MAC: MAC層目錄，包含MAC層的參數(shù)配置文件和MAC的LIB庫(kù)的接口文件。MT: 監(jiān)控調(diào)試層目錄，該目錄下的文件實(shí)現(xiàn)通過(guò)串口調(diào)試各層。NWK: 網(wǎng)絡(luò)層目錄，包含NWK層的參數(shù)配置文件和NWK層的LIB庫(kù)的接口文件，及APS層庫(kù)的函數(shù)接口。OSAL: 協(xié)議棧的操作系統(tǒng)。Profile: AF層目錄，包含AF層處理函數(shù)接口文件。Security: 安全層目錄，包含安全層處理函數(shù)接口文件Services: ZigBee和802.15.4設(shè)備的地址處理函數(shù)目錄，包含地址模式的定義及地址處理函數(shù)。Tools: 工程配置目錄，包含空間劃分及Z-

3、Stack相關(guān)配置信息。Zmain: Zmain目錄，包含整個(gè)項(xiàng)目的入口函數(shù)main（）。ZigBee協(xié)議棧操作系統(tǒng)C/OS-II操作系統(tǒng)C/OS-II 操作系統(tǒng)是一種性能優(yōu)良、源碼公開(kāi)且被廣泛應(yīng)用的免費(fèi)嵌入式操作系統(tǒng)30。2002 年 7 月，C/OS-II 在一個(gè)航空項(xiàng)目中得到了美國(guó)聯(lián)邦航空管理局對(duì)于商用飛機(jī)的、符合 RTCA DO2178B 標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證。它是一種結(jié)構(gòu)小巧、具有可剝奪實(shí)時(shí)內(nèi)核的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時(shí)間管理、任務(wù)間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能31，具有可移植性、可裁減、可剝奪性、可確定性等特點(diǎn)。ZigBee協(xié)議棧操作系統(tǒng)TinyOS 操作系統(tǒng)為了解決

4、缺少系統(tǒng)軟件的問(wèn)題，加州大學(xué)的伯利克分校為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)專門(mén)開(kāi)發(fā)了 TinyOS（Tiny Micro Threading Operating System）。它是一個(gè)開(kāi)源的嵌入式操作系統(tǒng)。目前在全世界的范圍內(nèi)，有超過(guò) 500 個(gè)研究小組或者公司正在Berkeley/Crossbow的節(jié)點(diǎn)上使用TinyOS。它的特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)高度模塊化、基于組件的架構(gòu)方式、低功耗等，這使得它能夠突破傳感器節(jié)點(diǎn)各種苛刻的限制，可快速實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用，非常適合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）的特點(diǎn)和應(yīng)用需求，因而被廣泛應(yīng)用于 WSN 中，并成為很多系統(tǒng)的參考設(shè)計(jì)。目前 TinyOS 系統(tǒng)支持的平臺(tái)只有 ATMEL 公司的

5、 AVR 系列、TI 公司的MSP430系列。由于TinyOS操作系統(tǒng)還沒(méi)有對(duì)Chipcon公司提供CC2430開(kāi)發(fā)平臺(tái)提供支持，因此，要在 CC2530 開(kāi)發(fā)平臺(tái)上使用 TinyOS 系統(tǒng)來(lái)開(kāi)發(fā) ZigBee 協(xié)議棧軟件，就必須首先對(duì) TinyOS 進(jìn)行移植。挪威半導(dǎo)體公司 Chipcon（已經(jīng)被 TI 公司收購(gòu)）ZigBee協(xié)議棧操作系統(tǒng)OSAL Z-Stack 協(xié)議棧中提供了一個(gè)名為操作系統(tǒng)抽象層 OSAL 的協(xié)議棧調(diào)度程序。OSAL(Operating System Abstraction Layer)，翻譯為“操作系統(tǒng)抽象層”，OSAL就是以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)為核心的系統(tǒng)資源管理機(jī)制。所以O(shè)

6、SAL與標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)還是有很大的區(qū)別的。簡(jiǎn)單而言，OSAL實(shí)現(xiàn)了類似操作系統(tǒng)的某些功能，但并不能稱之為真正意義上的操作系統(tǒng)。協(xié)議棧主要流程見(jiàn)Zmain.c中的main函數(shù)初始化后調(diào)用函數(shù)osal_start_system(); /no return from here開(kāi)始對(duì)任務(wù)進(jìn)行輪詢用戶開(kāi)發(fā)程序所需修改的文件任務(wù)協(xié)議棧中的每一層都設(shè)計(jì)了一個(gè)事件處理函數(shù)，用來(lái)處理與這一層操作相關(guān)的各種事件。將這些事件處理函數(shù)看成是與協(xié)議棧每一層相對(duì)應(yīng)的任務(wù)，由 ZigBee 協(xié)議棧中調(diào)度程序 OSAL 來(lái)進(jìn)行管理。讀代碼如何添加新任務(wù)在z-stack2007中如果想添加新任務(wù)，更新數(shù)組tasksArr即可，

7、在其中加入新的執(zhí)行程序函數(shù)，數(shù)組的下標(biāo)順序就是任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。數(shù)組tasksEvents跟tasksArr一一對(duì)應(yīng)，表明某個(gè)任務(wù)在任務(wù)調(diào)度中是否應(yīng)該執(zhí)行。如果為0表示不執(zhí)行，當(dāng)任務(wù)執(zhí)行完時(shí)會(huì)自動(dòng)清0。因?yàn)楦鲗拥奶幚砣蝿?wù)已經(jīng)添加好了，應(yīng)用程序只需更新SampleApp_ProcessEvent即可。nwk_event_loop、macEventLoop等是非開(kāi)源的，用戶不需要改。讀代碼任務(wù)調(diào)度對(duì)于協(xié)議棧來(lái)說(shuō)，無(wú)論何時(shí)發(fā)生了何種事件，我們都可以通過(guò)調(diào)度協(xié)議棧相應(yīng)層的任務(wù)，即事件處理函數(shù)來(lái)進(jìn)行處理。這樣，整個(gè)協(xié)議棧便會(huì)按照時(shí)間順序有條不紊的運(yùn)行。ZigBee協(xié)議棧的實(shí)時(shí)性要求并不高，因此在設(shè)計(jì)任務(wù)調(diào)度

8、程序時(shí)，OSAL只采用了輪詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度隊(duì)列的方法來(lái)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度管理。這個(gè)輪詢就存在于osal_start_system( )函數(shù)中重視優(yōu)先級(jí)的調(diào)度方式讀代碼 do if (tasksEventsidx) / Task is highest priority that is ready. break; while (+idx tasksCnt);OSAL的“心跳”在OSAL的死循環(huán)中，各個(gè)事件只是在某些特定的情況下發(fā)生，如果OSAL一刻不停去輪詢?nèi)ヌ幚磉@些應(yīng)用程序，遲早會(huì)累死（熱量，功耗，壽命），這樣做是完全沒(méi)有必要的。所以這里就引入了心跳的概念，也就是OS的時(shí)鐘節(jié)奏。OSAL時(shí)鐘由定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，

9、當(dāng)定時(shí)器中斷產(chǎn)生時(shí)會(huì)更新tasksEvents，告訴系統(tǒng)那些任務(wù)需要執(zhí)行。設(shè)備初始化：SampleApp_Init初始化函數(shù)主要完成，硬件的初始化，表初始化，上電等原形： void SampleApp_Init( uint8 task_id ) 函數(shù)中SampleApp_NwkState = DEV_INIT; 表明設(shè)備狀態(tài)，如果是DEV_INIT，那么它就要去檢測(cè)整個(gè)環(huán)境，看是否能重新建立或者加入存在的網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)：AF_DataRequest這個(gè)函數(shù)是AF框架下的數(shù)據(jù)包發(fā)送請(qǐng)求，函數(shù)逐步構(gòu)造一個(gè)應(yīng)用層的數(shù)據(jù)包，然后調(diào)用下APS層函數(shù)APSDE_DataReq發(fā)送數(shù)據(jù)包。消息處理函數(shù)

10、SampleApp_ProcessEvent在每次輪詢時(shí)被執(zhí)行一次調(diào)用osal_msg_receive接收消息對(duì)接收到的消息分別處理消息由osal_msg_send發(fā)出ZigBee回顧ZigBee協(xié)議棧建立在IEEE802.15.4的PHY層和MAC子層規(guī)范之上。它實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)層（networklayer，NWK）和應(yīng)用層（applicationlayer，APL）。在應(yīng)用層內(nèi)提供了應(yīng)用支持子層（applicationsupportsub-layer，APS）和 ZigBee 設(shè)備對(duì)象（ZigBee Device Object，ZDO）。應(yīng)用框架中則加入了用戶自定義的應(yīng)用對(duì)象。ZigBee協(xié)議棧

11、的不同層與802.15.4MAC通過(guò)服務(wù)接入點(diǎn)（SAP）進(jìn)行通信。SAP是某一特定層提供的服務(wù)與上層之間的接口。協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)Zigbee報(bào)文格式應(yīng)用層（APL）APL是整個(gè)協(xié)議棧的最高層，包含應(yīng)用支持子層（applicationsupportsub-layer，APS） ZigBee 設(shè)備對(duì)象（ZigBeeDeviceObject，ZDO）廠商自定義的應(yīng)用對(duì)象。應(yīng)用支持子層 APS APS提供了兩個(gè)接口應(yīng)用支持子層數(shù)據(jù)實(shí)體服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（APSDE-SAP)應(yīng)用支持子層管理實(shí)體服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（APSME-SAP）APS主要負(fù)責(zé)維護(hù)設(shè)備綁定表設(shè)備綁定表能夠根據(jù)設(shè)備的服務(wù)和需求將兩個(gè)設(shè)備進(jìn)行匹配APS

12、根據(jù)設(shè)備綁定表能夠在被綁定在一起的設(shè)備之間進(jìn)行消息傳遞。分裂、重新組裝和可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)刂酚成鋪?lái)自于64位IEEE地址和16位網(wǎng)絡(luò)地址ZigBee 設(shè)備對(duì)象（ZDO）負(fù)責(zé)定義網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的角色，如：協(xié)調(diào)器或者終端設(shè)備對(duì)綁定請(qǐng)求的初始化或者響應(yīng)。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立安全聯(lián)系在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)設(shè)備和決定供給哪個(gè)應(yīng)用服務(wù)實(shí)現(xiàn)這些功能，ZDO 使用 APS 層的 APSDE-SAP 和網(wǎng)絡(luò)層的 NLME-SAP。ZDO 是特殊的應(yīng)用對(duì)象，它在端點(diǎn)(endpoint)0 上實(shí)現(xiàn)。廠商自定義的應(yīng)用對(duì)象實(shí)際上就是運(yùn)行在 ZigBee 協(xié)議棧上的應(yīng)用程序。這些應(yīng)用程序使用ZigBee聯(lián)盟給出的并且批準(zhǔn)的規(guī)范(profil

13、e)進(jìn)行開(kāi)發(fā)并且運(yùn)行在端點(diǎn) 1-240 上。NWK層NWK層是協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)的核心層負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立設(shè)備的加入路由搜索消息傳遞這些功能將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn) NLDE-SAP和網(wǎng)絡(luò)層管理服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn) NLME-SAP 向協(xié)議棧的應(yīng)用層提供相應(yīng)的服務(wù)。 ZigBee協(xié)議基本術(shù)語(yǔ)端點(diǎn)(EndPoint)在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)設(shè)備都是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有唯一的一個(gè)IEEE地址（64位）和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址（16位）。網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)必須指定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的短地址，數(shù)據(jù)才能被接收。每個(gè)節(jié)點(diǎn)有241個(gè)端點(diǎn)，其中端點(diǎn)0由ZDO層使用，它是不可缺少的。端點(diǎn)1240由應(yīng)用程序分配使用，在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用程

14、序必須登記注冊(cè)一個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)，這樣才能發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。Profile & ClusterProfile 是對(duì)邏輯設(shè)備及其接口描述的集合，是面向某個(gè)具體應(yīng)用類別的公約、準(zhǔn)則。Profile ID 由ZigBee 聯(lián)盟管理目前 ZigBee 制定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范只有家庭照明控制燈的規(guī)范，其他規(guī)范正在完善 ZigBee綁定（binding）操作在 ZigBee 協(xié)議中定義了一種特殊的操作，叫做綁定（binding）操作。它能夠通過(guò)使用 ClusterID 為不同節(jié)點(diǎn)上的獨(dú)立端點(diǎn)建立一個(gè)邏輯上的連接。Zigbee綁定操作ZigBee協(xié)議棧各層幀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系在 ZigBee 協(xié)議棧中，任何通信數(shù)據(jù)都是利用幀

15、的格式來(lái)組織的。協(xié)議棧的每一層都有特定的幀結(jié)構(gòu)。當(dāng)應(yīng)用程序需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它將通過(guò) APS 數(shù)據(jù)實(shí)體發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求到 APS。隨后在它下面的每一層都會(huì)為數(shù)據(jù)附加相應(yīng)的幀頭，組成要發(fā)送的幀信息。原語(yǔ)的概念ZigBee 協(xié)議按照開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)的 7 層模型將協(xié)議分成了一系列的層結(jié)構(gòu)，各層之間通過(guò)相應(yīng)的服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)來(lái)提供服務(wù)。這樣使得處于協(xié)議中的不同層能夠根據(jù)各自的功能進(jìn)行獨(dú)立的運(yùn)作，從而使整個(gè)協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)變得清晰明朗。另一方面，由于 ZigBee 協(xié)議棧是一個(gè)有機(jī)的整體，任何 ZigBee 設(shè)備要能夠正確無(wú)誤的工作，就要求協(xié)議棧各層之間共同協(xié)作。因此，層與層之間的信息交互就顯得十分重要。ZigBee 協(xié)

16、議為了實(shí)現(xiàn)層與層之間的關(guān)聯(lián)，采用了稱為服務(wù)“原語(yǔ)”的操作。原語(yǔ)的概念層與層之間的原語(yǔ)一般情況下可以分為 4 種類型：請(qǐng)求：請(qǐng)求原語(yǔ)從 N1 用戶發(fā)送到它的 N 層，請(qǐng)求發(fā)起一個(gè)服務(wù)。指示：指示原語(yǔ)從 N 層到 N2 用戶，指示一個(gè)對(duì) N2 用戶有重要意義外部 N層事件。這個(gè)事件可能與一個(gè)遠(yuǎn)程的服務(wù)請(qǐng)求有關(guān)，或者由內(nèi)部事件產(chǎn)生。響應(yīng)：響應(yīng)原語(yǔ)由 N2 用戶向它的 N 層傳遞，用來(lái)響應(yīng)上一個(gè)由指示原語(yǔ)引起的過(guò)程。確認(rèn)：確認(rèn)原語(yǔ)由 N 層向 N1 用戶傳遞，用來(lái)傳遞與前面一個(gè)或多個(gè)服務(wù)請(qǐng)求相關(guān)的執(zhí)行結(jié)果。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層幀結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)層的幀格式，一般說(shuō)來(lái)，主要由兩部分構(gòu)成。一部分是幀頭，另一部分是幀載荷。網(wǎng)

17、絡(luò)層幀結(jié)構(gòu)幀類型由比特 1 和比特 0 決定，其意義是：00 表示數(shù)據(jù)幀；01 表示網(wǎng)絡(luò)層命令幀；10，11：保留。路由搜索域中 1 表示支持路由搜索；0 表示抑制路由搜索。安全子域中 1 表示使用安全操作；0 表示不使用安全操作。網(wǎng)絡(luò)幀幀頭中廣播半徑域只有在目的地址為廣播地址即 0 xFFFF 時(shí)才存在。其值限定了幀廣播的范圍。每接收一次該幀時(shí)，其值減少 1。當(dāng)值為 0 時(shí)，不再發(fā)送廣播包。廣播序列號(hào)的存在條件與廣播半徑域相同，要求目的地址為廣播地址0 xFFFF。每傳送一次新的廣播包時(shí)，該序列號(hào)加1。網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)實(shí)體網(wǎng)絡(luò)層包括兩個(gè)服務(wù)實(shí)體，分別是網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體（NLDE）和網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體（N

18、LME）。NLDE 提供數(shù)據(jù)傳送服務(wù)NLME 提供管理服務(wù)。NLME 同時(shí)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)信息基礎(chǔ)（networkinformationbase，NIB）NLDE提供的服務(wù)生成網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（NPDU）：NLDE 從 APS 接收到應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元后，通過(guò)添加網(wǎng)絡(luò)層幀頭，可以生成網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元。指定拓?fù)渎酚桑篘LDE 能夠?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到適當(dāng)?shù)脑O(shè)備。這個(gè)設(shè)備或者是通信的目標(biāo)設(shè)備，或者是朝著最終通信目標(biāo)路徑上的下一跳設(shè)備。NLME提供的服務(wù)配置一個(gè)新的設(shè)備：為保證設(shè)備正常工作，設(shè)備應(yīng)該能夠配置具有足夠的堆棧。配置選項(xiàng)包括作為一個(gè) ZigBee 協(xié)調(diào)器或者加入一個(gè)已經(jīng)存在的網(wǎng)絡(luò)中。開(kāi)啟

19、一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)：有能力建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)。加入或離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)：能夠連接或斷開(kāi)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，以及作為 ZigBee 協(xié)調(diào)器或ZigBee路由器，具有要求設(shè)備同網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)的能力。尋址：ZigBee 的協(xié)調(diào)器和路由器有能力為加入網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備分配地址。搜索鄰居設(shè)備：搜索、記錄和報(bào)告在一跳范圍內(nèi)一個(gè)設(shè)備的鄰居設(shè)備的信息。路由搜索：有能力去搜索和記錄有效傳送信息的網(wǎng)絡(luò)路由接收控制：能夠控制接收機(jī)什么時(shí)候使能，保持多長(zhǎng)時(shí)間，使 MAC 層能夠同步或者正常接收等。建立一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)流程建立新網(wǎng)絡(luò)主要函數(shù)NLME_NetworkFormationRequest(uint32 ScanChannels,byte ScanDurat

20、ion,byte BeaconOrder,uint16 PanId,byte BatteryLifeExtension );子設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)方式當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中具有從屬關(guān)系的設(shè)備允許一個(gè)新設(shè)備加入時(shí)，便形成了一個(gè)父子關(guān)系。新設(shè)備將成為子設(shè)備。子設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)方法：子設(shè)備通過(guò)MAC層關(guān)聯(lián)過(guò)程加入網(wǎng)絡(luò)子設(shè)備通過(guò)先前指派的父設(shè)備直接加入網(wǎng)絡(luò)通過(guò)MAC層關(guān)聯(lián)方式加入網(wǎng)絡(luò)加入網(wǎng)絡(luò)主要函數(shù)extern void NLME_NetworkDiscoveryRequest(uint32 ScanChannels,byte ScanDuration);extern void NLME_JoinRequest(uint16

21、PanId,byte JoinAsRouter,byte RejoinNetwork,uint32 ScanChannel,byte ScanDuration,byte PowerSource,byte RxOnWhenIdle,byte MACSecurity); 通過(guò)指定網(wǎng)絡(luò)地址加入或重新加入網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)有兩種方式設(shè)備自身離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)父設(shè)備請(qǐng)求子設(shè)備離開(kāi)網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備自身離開(kāi)網(wǎng)絡(luò) 強(qiáng)制子設(shè)備離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)功能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層收發(fā)數(shù)據(jù)之前先要進(jìn)行連接?？梢酝ㄟ^(guò)下面函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送extern void NLDE_DataRequest(uint16 DstAddr,byte ns

22、duLength,byte *nsdu,byte nsduHandle,byte BroadcastRadius,byte DiscoverRoute,byte SecurityEnable );IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)和 ZigBee 協(xié)議IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)概述網(wǎng)絡(luò)組成及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 協(xié)議棧架構(gòu) 功能概述 物理層規(guī)范信道分配及調(diào)制方式 物理層幀格式 物理層功能實(shí)現(xiàn) MAC子層規(guī)范MAC子層的信道訪問(wèn)方式 MAC子層的幀格式 MAC子層的功能實(shí)現(xiàn) IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)：為在個(gè)人操作空間（POS）內(nèi)相互連通的無(wú)線設(shè)備提供通信標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.15任務(wù)組TG1：制

23、定IEEE 802.15.1標(biāo)準(zhǔn)（藍(lán)牙無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)）；中等速率、近距離的WPAN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。TG2：制定IEEE 802.15.2標(biāo)準(zhǔn)，研究IEEE 802.15.1與IEEE 802.11（無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)）的共存問(wèn)題TG3：制定IEEE 802.15.3標(biāo)準(zhǔn)，研究高傳輸速率WPAN標(biāo)準(zhǔn)。TG4：制定IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，研究低速WPAN標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的主要特征：實(shí)現(xiàn)20kbps、40kbps、100kbps、250kbps四種不同的傳輸速率；支持星型和點(diǎn)到點(diǎn)兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；在網(wǎng)絡(luò)中采取兩種地址方式：16位地址和64位地址。其中

24、16位地址是有協(xié)調(diào)器分配的，64位地址是全球唯一的擴(kuò)展地址；采用可選的時(shí)槽保障（Guaranteed Time Slots，GTS）機(jī)制；采用帶沖突避免的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)（Carrier sense multiple access with collision avoidance，CSMA-CA）的信道訪問(wèn)機(jī)制；支持ACK機(jī)制以保證可靠傳輸；低功耗機(jī)制；信道能量檢測(cè)（Energy Detection，ED）；鏈路質(zhì)量指示（Link quality indication，LQI）；工作在ISM頻段上，其中在2450 MHz 波段上有16個(gè)信道，在915MHz波段上有30個(gè)信道，在868MHz上有

25、3個(gè)信道；數(shù)據(jù)安全策略。IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)：在一個(gè)POS內(nèi)使用相同無(wú)線信道并通過(guò)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)相互通信的設(shè)備集合。全功能設(shè)備（FFD）和精簡(jiǎn)功能設(shè)備（RFD）協(xié)調(diào)器：與RFD相關(guān)聯(lián)的FFD設(shè)備PAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器：成員身份管理、鏈路信息管理、分組轉(zhuǎn)發(fā)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)所有設(shè)備都與中心設(shè)備PAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器持續(xù)供電，其他設(shè)備電池供電適合家庭自動(dòng)化、個(gè)人計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、個(gè)人康護(hù)護(hù)理等小范圍的室內(nèi)應(yīng)用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)任何兩個(gè)設(shè)備之間都可以通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)管理鏈路狀態(tài)信息、認(rèn)證設(shè)備身份等功能

26、允許多跳路由的方式傳輸數(shù)據(jù)適合于設(shè)備分布范圍廣的應(yīng)用（工業(yè)檢測(cè)與控制）點(diǎn)到點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)基于開(kāi)放系統(tǒng)互連模型（OSI）每一層都實(shí)現(xiàn)部分通信功能，并向高層提供服務(wù)物理層由射頻收發(fā)器和底層的控制模塊組成數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層為高層訪問(wèn)物理信道提供點(diǎn)到點(diǎn)通訊的服務(wù)接口特定服務(wù)的聚合子層（SSCS）為IEEE 802.15.4的MAC層接入IEEE 802.2標(biāo)準(zhǔn)中定義的鏈路控制子層（LLC）子層提供聚合服務(wù)LLC為應(yīng)用層提供鏈路層服務(wù)IEEE 802.15.4 協(xié)議棧架構(gòu)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)功能概述超幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸模型MAC層幀結(jié)構(gòu)

27、數(shù)據(jù)可靠傳輸機(jī)制低功耗策略數(shù)據(jù)的安全服務(wù) IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)以超幀為周期組織LR-WPAN內(nèi)設(shè)備間的通訊信標(biāo)幀包含超幀將持續(xù)的時(shí)間以及對(duì)這段時(shí)間的分配等信息超幀將時(shí)間劃分為活躍和不活躍兩個(gè)部分不活躍階段：設(shè)備進(jìn)入休眠狀態(tài)活躍階段：信標(biāo)幀發(fā)送時(shí)段、競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)時(shí)段和非競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)時(shí)段；劃分為16個(gè)等長(zhǎng)時(shí)槽CSMA-CA訪問(wèn)機(jī)制；IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)概述網(wǎng)絡(luò)組成及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 協(xié)議棧架構(gòu) 功能概述 物理層規(guī)范信道分配及調(diào)制方式 物理層幀格式 物理層功能實(shí)現(xiàn) MAC子層規(guī)范MAC子層的信道訪問(wèn)方式 MAC子層的幀格式 MAC子層的功能實(shí)現(xiàn) IEEE 802.1

28、5.4標(biāo)準(zhǔn)信道分配和調(diào)制方式頻段 (MHz)擴(kuò)頻參數(shù)數(shù)據(jù)參數(shù)片速率 (kchip/s)調(diào)制方式比特速率 (kb/s)符號(hào)速率 (ksymbol/s)符號(hào)868868.6300BPSK2020二進(jìn)制902928600BPSK4040二進(jìn)制868868.6*400ASK25012.520-bitSPSS902928*1600ASK250505-bitSPSS868868.6*400O-QPSK1002516-ary正交902928*1000O-QPSK25062.516-ary正交24002483.52000O-QPSK25062.516-ary正交注：*項(xiàng)為可選項(xiàng)目，系802.15.4-2006

29、新增內(nèi)容IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)Ocets：4 字節(jié)1 字節(jié)1 字節(jié)可變前導(dǎo)碼（preamble）SFD （幀起始分隔符）固定值：OXA7Frame length(7 比特)Reserved(1 比特)PSDU同步頭(SHR)物理幀頭(PHR)PHY 負(fù)載物理幀格式IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)物理層功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收物理信道的能量檢測(cè)(ED：Energy Detection)射頻收發(fā)器的激活與關(guān)閉空閑信道評(píng)估(CCA：clear channel assessment)鏈路質(zhì)量指示(LQI：link quality indication)物理層屬性參數(shù)的獲取與設(shè)置IEEE 802.

30、15.4標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)概述網(wǎng)絡(luò)組成及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 協(xié)議棧架構(gòu) 功能概述 物理層規(guī)范信道分配及調(diào)制方式 物理層幀格式 物理層功能實(shí)現(xiàn) MAC子層規(guī)范MAC子層的信道訪問(wèn)方式 MAC子層的幀格式 MAC子層的功能實(shí)現(xiàn) IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的MAC子層功能采用CSMA-CA機(jī)制來(lái)訪問(wèn)物理信道；協(xié)調(diào)器對(duì)網(wǎng)絡(luò)的建立與維護(hù)；支持PAN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)（association）與取消關(guān)聯(lián)（disassociation）；協(xié)調(diào)器產(chǎn)生信標(biāo)幀，普通設(shè)備根據(jù)信標(biāo)幀與協(xié)調(diào)器同步；間接傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)(Transaction handling)；在兩個(gè)MAC實(shí)體之間提供數(shù)據(jù)可

31、靠傳輸；可選的GTS支持；支持安全機(jī)制；IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)中間協(xié)調(diào)器接收和發(fā)送信標(biāo)幀IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)MAC層幀結(jié)構(gòu)目標(biāo)：用最低復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)多噪聲無(wú)線信道環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸幀組成地址格式：16位短地址和64位擴(kuò)展地址幀控制字段的內(nèi)容指示地址類型幀的類型：信標(biāo)幀，數(shù)據(jù)幀，確認(rèn)幀，MAC命令幀IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)信標(biāo)幀格式超幀字段：持續(xù)時(shí)間；活躍部分持續(xù)時(shí)間；競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)時(shí)斷持續(xù)時(shí)間GTS分配釋放信息：將無(wú)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)斷劃分為若干個(gè)GTS，并把每個(gè)GTS具體分配給某個(gè)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)目標(biāo)地址：列出了與協(xié)調(diào)者保存的數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的設(shè)備地址信標(biāo)幀負(fù)載數(shù)據(jù)：為上層協(xié)議提供數(shù)據(jù)傳輸接口IE

32、EE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀格式傳輸上層發(fā)送到MAC子層的數(shù)據(jù)MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元：數(shù)據(jù)負(fù)載傳送至MAC子層MAC幀： MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元+MHR頭信息+MFR尾信息IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)確認(rèn)幀格式如果設(shè)備收到目的地址為其自身的數(shù)據(jù)幀或MAC命令幀，并且?guī)拇_認(rèn)請(qǐng)求位設(shè)置為1，設(shè)備需要回應(yīng)一個(gè)確認(rèn)幀。確認(rèn)幀的序列號(hào)應(yīng)該與被確認(rèn)幀的序列號(hào)相同，并且負(fù)載長(zhǎng)度為0。確認(rèn)幀緊接著被確認(rèn)幀發(fā)送，不需要使用CSMA-CA機(jī)制競(jìng)爭(zhēng)信道。IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)命令幀格式命令幀用于組建PAN，傳輸同步數(shù)據(jù)等。命令幀有9種類型。命令幀的功能：把設(shè)備關(guān)聯(lián)到PAN；與協(xié)調(diào)器交換數(shù)據(jù)；分配GTS。命令

33、幀的具體功能由幀的負(fù)載數(shù)據(jù)表示。IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)MAC子層功能實(shí)現(xiàn)PAN的建立與維護(hù)關(guān)聯(lián)請(qǐng)求與取消與信標(biāo)幀的同步數(shù)據(jù)的間接傳輸方式數(shù)據(jù)的發(fā)送，接收與重傳GTS的分配與管理MAC子層PIB的維護(hù)MAC子層的安全策略11.2.3 ZigBee協(xié)議棧八、ZigBee地址分配 16位的地址意味著可以分配給65536個(gè)節(jié)點(diǎn)之多，地址的分配取決于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)由這3個(gè)值決定：1.網(wǎng)絡(luò)的最大深度（Lm）；2.每個(gè)父親設(shè)備擁有的孩子數(shù)（Cm）；3.第2條的孩子設(shè)備當(dāng)中有幾個(gè)是路由器（Rm）； 有了這3個(gè)值就可以根據(jù)下面的公式來(lái)算出某父設(shè)備的路由器子設(shè)備之間的地址間隔Cskip(d

34、): 計(jì)算終端地址：這個(gè)公式是來(lái)計(jì)算A parent這個(gè)父親設(shè)備分配的第n個(gè)終端設(shè)備的地址An。11.5 ZigBee應(yīng)用實(shí)例實(shí)例1：結(jié)合GPRS的無(wú)線傳輸一、系統(tǒng)概述 利用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸基于Zigbee無(wú)線傳感器匯節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的完整無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)采用星形或MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜托枨髸r(shí)喚醒Zigbee模塊的通信方式，有效降低了每個(gè)Zigbee傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗，減少了傳感器節(jié)點(diǎn)向匯節(jié)點(diǎn)上報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)相互碰撞的概率，并利用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸匯節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，改變了傳統(tǒng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要依托有線公共網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南拗?，使網(wǎng)絡(luò)具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)； 利用Zigbee技術(shù)優(yōu)勢(shì)組建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)，并可

35、以按照區(qū)域布置不同的匯接點(diǎn)，這個(gè)匯接點(diǎn)就是Zigbee的中心節(jié)點(diǎn)；遠(yuǎn)程管理中心通過(guò)GPRS等公共信道與Zigbee網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)獲得采集到的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的有效控制和管理。11.5 ZigBee應(yīng)用實(shí)例實(shí)例1：結(jié)合GPRS的無(wú)線傳輸二、系統(tǒng)應(yīng)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) WSN遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程急抄系統(tǒng)11.5 ZigBee應(yīng)用實(shí)例實(shí)例2：醫(yī)療監(jiān)護(hù)一、系統(tǒng)概述 利用Zigbee技術(shù)組成一個(gè)網(wǎng)狀路由網(wǎng)絡(luò)，在樓道設(shè)置合適的路由節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)；房間內(nèi)的呼叫節(jié)點(diǎn)采用星型網(wǎng)絡(luò)連接，由其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為Zigbee路由器，負(fù)責(zé)與中心網(wǎng)絡(luò)的連接和數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)； 所有的Zigbee路由器組成一個(gè)蜂窩網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，再與Zigbee中心節(jié)點(diǎn)連接，中心節(jié)點(diǎn)設(shè)置在管理中心，構(gòu)建成一個(gè)完整的Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)通信非?？煽康木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。二、系統(tǒng)應(yīng)用醫(yī)院醫(yī)療監(jiān)護(hù)醫(yī)療儀器數(shù)據(jù)采集11.5 ZigBee應(yīng)用實(shí)例實(shí)例3：無(wú)線點(diǎn)餐一、系統(tǒng)概述 餐廳Zigbee無(wú)線節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)在餐廳、吧臺(tái)、廚房、收銀臺(tái)、處理中心部署的Zigbee