【文章內(nèi)容簡介】 ................................... 48 時間管理 API ............................................................................................................................. 52 建立自己的應(yīng)用 ...................................................................................................................... 53 設(shè)備信息配置 .................................................................................................................... 56 協(xié)調(diào)器的建網(wǎng) .................................................................................................................... 59 綁定 ........................................................................................................................................ 60 綁定解除 .............................................................................................................................. 61 路由功能演示 ........................................................................................................................... 61 第七章 協(xié)議分析儀的使用 ............................................................................................... 64 協(xié)議分析儀 ................................................................................................................................ 64 燈開關(guān)實驗中的數(shù)據(jù)捕獲 .................................................................................................. 64 結(jié) 語 .................................................................................................................................................... 67 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 第 V 頁 致 謝 .................................................................................................................................................... 68 參 考 文 獻(xiàn) ..................................................................................................................................... 69 附 錄 ....................................................................................................................................................... 70 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 第 1 頁 第一章 緒論 隨著通信技術(shù)的發(fā)展，短距離無線通信技術(shù)已逐漸成為無線通信技術(shù)的一個重要分支。這是因為在現(xiàn)實生活中，存在著許多這樣的應(yīng)用需求，系統(tǒng)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通 常為小量的突發(fā)信號，即數(shù)據(jù)特征為數(shù)據(jù)量小，要求進(jìn)行實時傳送。如采用傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)，雖然能滿足上述要求，但存在著設(shè)備的成本高、體積大和能源消耗較大、組網(wǎng)困難等問題。針對這樣的應(yīng)用場合，人們更希望利用具有低成本、體積小、能量消耗小和傳輸速率低的短距離無線通信技術(shù)。 無線傳感網(wǎng)絡(luò)是由大量體積小，成本低，具有無線通信，傳感，數(shù)據(jù)處理能力的傳感器節(jié)點組成的，傳感器節(jié)點一般由傳感單元，處理單元，收發(fā)單元，電源單元等功能模塊組成。 在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，大量的傳感節(jié)點被布置在整個觀測區(qū)域中，各個傳感器節(jié)點將所探測到的有用 信息通過初步的數(shù)據(jù)處理和信息融合后傳給用戶，數(shù)據(jù)傳送的過程是通過相鄰的節(jié)點接力傳送的方式傳送回基站。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新一代的傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景，各國都非常重視無線傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展， IEEE 正在努力推進(jìn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展，波士頓大學(xué)還創(chuàng)辦了傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)會（ sensor work consortium） ,美國《技術(shù)評論》雜志在論述未來新興十大技術(shù)時，更是將無線傳感器列入其中。在“中國未來 20 年技術(shù)預(yù)見研究”中共 157 個技術(shù)課題，其中 7 項式直接論述傳感網(wǎng)絡(luò)的。 本文主要研究具有近距離、 低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、大容量、高可靠度、高安全性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)新技術(shù) —— ZigBee 技術(shù)，并給出CC2430 的硬件設(shè)計，協(xié)議棧的實現(xiàn)，路由算法的流程，以及協(xié)議棧各層的詳細(xì)介紹。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 第 2 頁 ZigBee 技術(shù) ZigBee 技術(shù)的發(fā)展 蜜蜂在發(fā)現(xiàn)花叢后會通過一種特殊的肢體語言來告知同伴新發(fā)現(xiàn)的食物源位置等信息，這種肢體語言就是 ZigZag 行舞蹈，是蜜蜂之間一種簡單傳達(dá)信息的方式。借此意義 Zigbee 作為新一代無線通訊技術(shù)的命名。 簡單的說， Zigbee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似 于 CDMA 和 GSM 網(wǎng)絡(luò)。 Zigbee 數(shù) 傳模塊類似于移動網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的 75m 到幾百米、幾公里，并且支持無限擴(kuò)展。 ZigBee 是一種新興的短距離，低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案。它此前被稱作“ HomeRF lite”或“ FireFly”無線技術(shù)，主要用于近距離無線連接。它有自己的無線電標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以它們之間的通信效率非常高。 2021 年下半 年，英國 Invensys 公司 ,日本三菱電子， Motorola 和 Philips 等國際知名的大公司宣布加入 ZigBee 聯(lián)盟，該聯(lián)盟已有好幾百家成員企業(yè)，并仍在發(fā)展壯大。 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 從 2021 年 12 月， CHIPCON 推出業(yè)界第一款 ZigBee 收發(fā)器 CC2420 以來，各大半導(dǎo)體廠家可謂百家爭鳴，先后推出許多款 ZigBee 收發(fā)芯片，其中仍然以CHIPCON 最受關(guān)注。 2021 年 12 月，推出全球第一個 IEEE 系統(tǒng)（ SoC）解決方案 CC2430 無線單片機(jī)，該款芯 片內(nèi)部集成了一顆增強(qiáng)型的 8051 內(nèi)核以及業(yè)內(nèi)性能卓越的 ZigBee 收發(fā)器 CC2420。 2021 年 12 月，CHIPCON 再接再厲，推出內(nèi)嵌定位引擎的 ZigBee/IEEE 解決方案CC2431。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 第 3 頁 2021 年 2 月 TI 公司收購 CHIPCON 公司，以壯大其在 RF 行業(yè)的龍頭地位。之后 TI 在發(fā)布的 ZigBee 收發(fā)器以及無線單片機(jī)上進(jìn)行不斷的修訂，也陸續(xù)開發(fā)出具有針對性的開發(fā)系統(tǒng)，并于 2021 年 10 月把其自身的 MSP430 處理器用于對于 ZigBee 收發(fā)器的控制。 2021 年 2 月，推出第二代 ZigBee/IEEE 收發(fā)芯片 CC2520 ， 2021 年 4 月推出 ZigBee 協(xié)處理器 CC2480， 2021 年 6 月推出 放大芯片 CC2591。 對于 ZigBee 的協(xié)議棧 ， 2021 年 12 月 ZigBee 標(biāo)準(zhǔn) (又稱為 ZigBee2021)敲定 ， 之后于 2021 年 9 月公布并提供下載。于 2021 年 12 月進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)修訂，推出ZigBee 版 (又稱為 ZigBee2021)。 ZigBee 較原有 ZigBee 作了若干修改，例如新增 ZCL(ZigBee Cluster Library)、群化 式裝置 (Group Device)、多播 (Multicast)功效、直接透過無線方式 (Over The Air； OTA)進(jìn)行組態(tài)配置，此外也移除了KVP(Key Value Pair)的信息格式。 然而 ZigBee 依然無法達(dá)到最初的理想，此標(biāo)準(zhǔn)又于 2021 年 10 月完成再次修訂 (稱為 ZigBee2021/PRO 或 ZigBee Pro 或 ZigBee2021)，推出 ZigBee Pro Feature Set(簡稱： ZigBee Pro)的新標(biāo)準(zhǔn)。此新標(biāo)準(zhǔn) ZigBee 聯(lián)盟更專注 3 種應(yīng)用類型的拓展包括 ： (Home Automation； HA)、 /商業(yè)大樓自動化 (Building Automation； BA)、 (Advanced Meter Infrastructure；AMI)。 在國內(nèi)上，嵌入式無線開發(fā)工具供應(yīng)商成都無線龍通訊科技有限公司從 2021年就開始對 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，并相繼跟隨芯片發(fā)展步伐推出相關(guān)ZigBee 開發(fā)工具，如 ZigBee2021 開發(fā)系統(tǒng) C51RF3JKS； ZigBee2021 開發(fā)系統(tǒng)C51RF3PK； ZigBee2021 開發(fā)系統(tǒng) C51RFCC2520PK； ZigBee 協(xié)處理器 CC2480開發(fā)工具 ARMRF2STR911。 國內(nèi)各所大學(xué)出版的圖書教材有， 北京航空航天大學(xué)出版社出版 無線網(wǎng)絡(luò)入門與實戰(zhàn) ； 無線網(wǎng)絡(luò)與無線定位實戰(zhàn) ；ZigBee2021/ PRO 協(xié)議棧實驗與實踐 ； ZigBee 技術(shù)的特點和關(guān)鍵技術(shù) ZigBee 是一種無線連接 ,可工作在 (全球流行 )、 868MHz(歐洲流行 )和915 MHz(美國流行 )3 個頻段上 ,分別具有最高 250kbit/s、 20kbit/s 和 40kbit/s 的傳江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 第 4 頁 輸速率 ,它的傳輸距離在 1075m 的范圍內(nèi) ,但可以繼續(xù)增加。作為一種無線通信技術(shù) ,ZigBee 具有如下特點 : （ 1） .省電：兩節(jié)五號電池即可實現(xiàn)長達(dá)六個月到兩年的使用時間。工作模式下， ZigBee 技術(shù)傳輸速率低，傳輸數(shù)據(jù)量小，因此信號的收發(fā)時間很短；在非工作狀態(tài)下， ZigBee 節(jié)點處于休眠模式。 （ 2） .可靠：采用了避免碰撞機(jī)制，同時為需要固定帶寬的通信業(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；節(jié)點模塊之間具有自動動態(tài)組網(wǎng)的功能，信息在整個 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中通過自動路由的方式進(jìn)行 傳輸，從而保證了信息傳輸?shù)目煽啃浴? （ 3）路由技術(shù)：路由技術(shù)是移動節(jié)點通信的基礎(chǔ)，也是移動自組織網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。與一般的蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)不同，移動自組織網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點間通過多跳數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，需要專門的路由協(xié)議進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)操作。 （ 4） .時延短：針對時延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化，通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短。 （ 5） .網(wǎng)絡(luò)容量大：可支持多達(dá) 65000 個節(jié)點。 （ 6） .安全： ZigBee 提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用通用的AES128. （ 7） .高保密性： 64 位出廠編號和支持 AES128 加密。 ZigBee 是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率及低成本的雙向無線通信技術(shù)，建立在 IEEE 802． 15． 4 標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信．但是在 ZigBee 傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點資源有限，數(shù)據(jù)包的傳送通常需要通過多跳通信方式到達(dá)目的端．因此，數(shù)據(jù)包的傳送延遲和節(jié)點的剩余能量成為了路由設(shè)計的重點，如何根據(jù)不同的應(yīng)用需求設(shè)計高效率的路由選擇算法是實際應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計的一個主要任務(wù)． 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 第 5 頁 ZigBee 設(shè)備主要工作在 2． 4 GHz 頻段上，