【文章內(nèi)容簡介】 究工作。他們成功創(chuàng)建了瓶蓋大小的全能傳感器，可以執(zhí)行基數(shù)按，檢測與通信等功能。 20xx 年，英特爾 研究 實驗室人員將處方藥瓶大小的 32 個傳感器連進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)，以讀出緬因州 ―大鴨島 ‖上的氣候，評價一種海燕巢的條件。而 20xx 年第二季度，他們換用 150 個安有D 型微型電池的第二代傳感器來評估這些鳥巢的條件。他們的目的是讓全世界各國研究員實現(xiàn)無人侵入式及無破壞的，對敏感野生物及其棲息地的監(jiān)測。目前，已有公司開發(fā)出了用于家庭福利的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，根據(jù)演示，該系統(tǒng)通過在鞋，家具，以及家用電器中嵌入半導(dǎo)體傳感器，幫助老人，阿爾茨海默病患者以及殘障人士的家庭生活，該系統(tǒng)利用無線通信將各傳感器聯(lián)網(wǎng) 。 在日本，日立制作所與 Yrp 泛在網(wǎng)絡(luò)化研究所于 20xx 年 11 月 24 日宣布開發(fā)出全球體積最小的無線傳感網(wǎng)絡(luò)終端，該終端為安裝電池的有源無線終端，可以搭建溫度，亮度，紅外線，加速度等各種傳感器。設(shè)想應(yīng)用與大樓與家庭的無線傳感網(wǎng)絡(luò)以及安全管理方面。 在舊金山， 200 個聯(lián)網(wǎng) ―微塵 ‖，已被部署在金門大橋上，這些微塵用于確定大橋從一邊到另一邊的擺動距離（在強(qiáng)風(fēng)中可以精確幾 ft， 1ft=）。當(dāng)微塵檢測出移動距離時，它將把信息通過微型計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳遞出去。信息最后到達(dá)一臺強(qiáng)大的計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。任何 當(dāng)前天氣情況不吻合的異常讀數(shù) 都可能預(yù)示著大橋存在隱患。 zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)的研究前景 微電子技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)和無線通信技術(shù)的進(jìn)步，推動了低功耗多功能傳感器的快速發(fā)展，使其在微笑體積內(nèi)能夠集成信息采集，數(shù)據(jù)處理， 和無線通信等多種功能。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信等多種方式組成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作和感知，采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器，感知對象和觀察者構(gòu)成了傳感網(wǎng)絡(luò)的三個要素。如果說 Inter 構(gòu)成了邏輯上的信息世界，改 變了人江蘇科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 與人之間的溝通方式，那么，無線傳感網(wǎng)絡(luò)就是將邏輯上的信息世界與客觀上的物理世界融合在一起，改變?nèi)祟惻c自然界的交互方式。人們可以通過傳感器網(wǎng)絡(luò)世界直接感知客觀世界，從而極大地擴(kuò)展現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的功能和人類認(rèn)識世界的能力。 未來移動通信 網(wǎng)絡(luò) 除了以低成本實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸外，還要求在無專用通信基礎(chǔ)設(shè)施的場景下，網(wǎng)絡(luò)具有適應(yīng)性和生存能力，因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和自組織網(wǎng)絡(luò)將因器靈活性而在未來移動通信網(wǎng)絡(luò)中起重要作用。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由分布在給定局部區(qū)域內(nèi)足夠多的無線傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的一種新型信息獲取系統(tǒng)。并且具有一定的 計算能力。各節(jié)點(diǎn)之間通過專用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)信息的交流，匯集和處理，從而實現(xiàn)給定局部區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的探測， 識別，定位和跟蹤，隨著通信技術(shù)，嵌入式計算技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速 發(fā)展和日益成熟，具有感知能力，計算能力和通信能力的微型傳感器開始在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)，由這些微型傳感器構(gòu)成的傳感器網(wǎng)絡(luò)引起了人們的極大關(guān)注。 無線自組織網(wǎng)絡(luò)是一種沒有預(yù)定技術(shù)設(shè)施支撐的自組織可重構(gòu)的多級無線網(wǎng)絡(luò)。在該網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，信道的環(huán)境，業(yè)務(wù)的模式隨節(jié)點(diǎn)的移動而動態(tài)改變。無線自組織網(wǎng)絡(luò)可以快速地為名用和軍事應(yīng)用建立通信平臺 。 江蘇科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第二章 zigbee 協(xié)議棧 認(rèn)識 zigbee 協(xié)議棧 Zigbee 協(xié)議棧由一組子 層 構(gòu)成。每層為其上層提供一組特定的服務(wù)：一個數(shù)據(jù)實體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；一個管理實體提供全部其他服務(wù)。每個服務(wù)實體通過一個服務(wù)接入點(diǎn)（ SAP）為其上層提供服務(wù)接口，并且每個 SAP 提供一系列電額基本服務(wù)指令來完成相應(yīng)的功能 。 Zigbee 協(xié)議棧 的體系結(jié)構(gòu)包括 zigbee 應(yīng)用層， 層和 PHY 層。它雖然是基于標(biāo)準(zhǔn)的 7 層開放式系統(tǒng)互聯(lián) （ OSI） 模型，但僅對那些涉及 zigbee 層予以定義。 20xx 標(biāo)準(zhǔn)定義了最下面的兩層：物理層（ PHY）和戒指介入控制子層 。 Zigbee 聯(lián)盟提供了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層（ APL）框架的設(shè)計。其中應(yīng)用層的框架包括了應(yīng)用支持子層（ APS）， zigbee 設(shè)備對象（ ZDO）和由制造商制定的應(yīng)用對象。 相對于常見的無線通信標(biāo)準(zhǔn)， zigbee 協(xié)議套件緊湊而簡單，具體實現(xiàn)要求很低，zigbee 協(xié)議套件的最低需求估計：硬件需要 8 為處理器，如 80C51；軟件需要 32kb的 rom，最小軟件需要 4kb 的 rom，如 CC2530 芯片是具有 8051 內(nèi)核的，內(nèi)存為32128kb 的 zigbee 無線單片機(jī)；網(wǎng)絡(luò)主節(jié)點(diǎn)需要更多 sdram，以容納網(wǎng)絡(luò)中所有節(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)的密鑰存儲等。 Zigbee 聯(lián)盟希望建立一種可連接每個電子設(shè)備的無線網(wǎng)。它 預(yù)言 zigbee 將很快成為全球高端的無線技術(shù)，到 20xx 年 zigbee 節(jié)點(diǎn)可達(dá)到 30 億個。具有幾十億個節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)將很快耗盡已不足的 IPV4 的地址空間，因此 IPV6 與 結(jié)合 是傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。 IPV6 采用 128 位地址長度，幾乎可以不受限制地提供地址。 江蘇科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 使用 IAR for c8051 在工程中打開 zigbee 協(xié)議棧，可以看到如圖 的整個協(xié)議棧的框架。 App ：應(yīng)用層目錄，這是用戶創(chuàng)建各種不同工程的區(qū)域，在這個目錄中包含了應(yīng)用層的內(nèi)容和這個項目的主要內(nèi)容，在協(xié)議棧中一般是以操作系統(tǒng)的任務(wù)實現(xiàn)的。 HAL：硬件抽象層，包含有與硬件相關(guān)的配置和驅(qū)動及操作函數(shù)。 MAC:MAC 層目錄，包含了 mac 層的參數(shù) 配置文件及其 mac 的 LIB 庫的函數(shù)接口文件。 MT:實現(xiàn)通過串口可控制各層，并與各層進(jìn)行直接交付。 NWK:網(wǎng)絡(luò)層目錄，包含網(wǎng)絡(luò)層配置參數(shù)文件和網(wǎng)絡(luò)層庫的函數(shù) 接口文件及 aps層庫的函數(shù)接口。 OSAL:協(xié)議棧的操作系統(tǒng)。 PROFILE:AF 層的目錄，包含 af 層處理函數(shù)文件。 Security：安全層目錄，包含安全層處理函數(shù)，比如加密函數(shù)等。 Tools：工程配置目錄，包含空間劃分，及 zstack 相關(guān)配置及信息。 Zdo： zdo 目錄。 Zmac： mac 目錄，包括 mac 層參數(shù)配置及 mac 層 lib 庫函數(shù)回調(diào)處理函數(shù)。 Zmain：主函數(shù)目錄，包含入口函數(shù)及硬件配置文件。 Output：輸出文件目錄，這是 IAR ew8051 IDE 自動生成的。 綜上 所示，真?zhèn)€協(xié)議棧中對于 zigbee 功能已經(jīng)全部體現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上建立一個項目的方法主要是改動應(yīng)用層。 設(shè)備類型 在 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中存在三種邏輯設(shè)備類型： Coordinator(協(xié)調(diào)器 )， Router(路由器 )和 EndDevice(終端設(shè)備 )。 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)由一個 Coordinator 以及多個 Router江蘇科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 和多個 End_Device 組成，如圖 ， zigbee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 圖 zigbee 協(xié)議棧 圖 zigbee 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 協(xié)調(diào)器 協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)啟動整個網(wǎng) 絡(luò)。它也是網(wǎng)絡(luò)的第一個設(shè)備。協(xié)調(diào)器選擇一個信道和一江蘇科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 個網(wǎng)絡(luò) ID(也稱之為 PAN ID，即 Personal Area Network ID)，隨后啟動整個網(wǎng)絡(luò)。 協(xié)調(diào)器也可以用來協(xié)助建立網(wǎng)絡(luò)中安全層和應(yīng)用層的綁定 (bindings)。 注意，協(xié)調(diào)器的角色主要涉及網(wǎng)絡(luò)的啟動和配置。一旦這些都完成后，協(xié)調(diào)器的工作就像一個路由器 (或者消失 )。由于 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)本身的分布特性，因此接下來整個網(wǎng)絡(luò)的操作就不在依賴協(xié)調(diào)器是否存在。 路由器 路由器的功能主要是：允許其他設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)，多跳路由和協(xié)助它自己的由電池供電的兒子終端設(shè)備的通訊。 通常，路由器希望是一直處于活動狀態(tài)，因此它必須使用主電源供電。但是當(dāng)使用樹群這種網(wǎng)絡(luò)模式時，允許路由間隔一定的周期操作一次，這樣就可以使用電池給其供電 [1]。 終端設(shè)備 終端設(shè)備沒有特定的維持網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的責(zé)任，它可以睡眠或者喚醒，因此 可以可以是一個電池供電設(shè)備。 通常，終端設(shè)備對存儲空間 (特別是 RAM 的需要 )比較小。 注意： 在 ZStack 中一個設(shè)備的類型通常在編譯的時候通過編譯選項(ZDO_COORDINATOR 和 RTR_NWK)確定。所有的應(yīng)用例子都提 供獨(dú)立的項目文件來編譯每一種設(shè)備類型。 棧配置 棧參數(shù)的集合需要被配置為一定的值，連同這些值在一起被稱之為棧配置 。ZigBee 聯(lián)盟定義了這些由棧配置組成的棧參數(shù)。網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備必須遵循同樣的棧配置。為了促進(jìn)互用性這個目標(biāo)， ZigBee 聯(lián)盟為 ZigBee20xx 規(guī)范定義了棧配置。所有遵循此棧配置的設(shè)備可以在其他開發(fā)商開發(fā)的遵循同樣棧配置的網(wǎng)絡(luò)中 。 尋址 江蘇科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 地址類型 ZigBee 設(shè)備有兩種類型的地址。一種是 64 位 IEEE 地址，即 MAC 地址，另一種是 16 位網(wǎng)絡(luò)地址。 64 位 地址使全球唯一的地址，設(shè)備將在它的生命周期中一直擁有它。它通常由制造商或者被安裝時設(shè)置。這些地址由 IEEE 來維護(hù)和分配。 16 為網(wǎng)絡(luò)地址是當(dāng)設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)后分配的。它在網(wǎng)絡(luò)中是唯一的，用來在網(wǎng)絡(luò)中鑒別設(shè)備和發(fā)送數(shù)據(jù)。 網(wǎng)絡(luò)地址分配 ZigBee 使用分布式尋址方案來分配網(wǎng)絡(luò)地址。這個方案保證在整個網(wǎng)絡(luò)中所有分配的地址是唯一的。這一點(diǎn)是必須的，因為這樣才能保證一個特定的數(shù)據(jù)包能夠發(fā)給它指定的設(shè)備，而不出現(xiàn)混亂。同時，這個尋址算法本身的分布特性保證設(shè)備只能與他的父輩設(shè)備通訊來接受一個網(wǎng)絡(luò)地址。不需要整個 網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)通訊的地址分配，這有助于網(wǎng)絡(luò)的可測量性。 在每個路由加入網(wǎng)絡(luò)之前，尋址方案需要知道和配置一些參數(shù)。這些參數(shù)是MAX_DEPTH， MAX_ROUTERS 和 MAX_CHILDREN。這些參數(shù)是棧配置的一部分， ZigBee20xx 協(xié)議棧已經(jīng)規(guī)定了這些參數(shù)的值： MAX_DEPTH = 5，MAX_ROUTERS = 6 和 MAX_CHILDREN = 20。 MAX_DEPTH 決定了網(wǎng)絡(luò)的最大深度。協(xié)調(diào)器 (Coordinator)位于深度 0，它的兒子位于深度 1，他的兒子的的兒子位于深度 2，以此類推。 MAX_DEPTH 參數(shù)限制了網(wǎng)絡(luò)在物理上的長度。 MAX_CHILDREN決定了一個路由 (Router)或者一個協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)可以處理的兒子節(jié)點(diǎn)的最大個數(shù)。 MAX_ROUTER 決定了一個路由 (Router)或者一個協(xié)調(diào)器 (Coordinator)節(jié)點(diǎn)可以處理的具有路由功能的兒子節(jié)點(diǎn)的最大個數(shù)。這個參數(shù)是 MAX_CHILDREN的一個子集，終端節(jié)點(diǎn)使用 (MAX_CHILDREN – MAX_ROUTER)剩下的地址空江蘇科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 間。 如果開發(fā)人員想改變這些值，則需要完成以下幾個步驟： 首先，你要保證這些參數(shù)新的 賦值要合法。即，整個地址空間不能超過 216，這就限制了參數(shù)能夠設(shè)置的最大值。可以使用 projects\ZStack\tools 文件夾下的 文件來確認(rèn)這些值是否合法。當(dāng)在表格中輸入了這些數(shù)據(jù)后，如果你的數(shù)據(jù)不合法的話就會出現(xiàn)錯誤信息。 當(dāng)選擇了合法的數(shù)據(jù)后，開發(fā)人員還要保證不再使用標(biāo)準(zhǔn)的棧配置，取而代之的是網(wǎng)絡(luò)自定義棧配置 (例如：在 文件中將 STACK_PROFILE_ID 改為 NETWORK_SPECIFIC。然后 文件中 的 MAX_DEPTH 參數(shù)將被設(shè)置為合適的值。 此外，還必須設(shè)置 文件中的 Cskipchldrn 數(shù)組和 CskipRtrs數(shù)組。這些數(shù)組的值由 MAX_CHILDREN 和 MAX_ROUTER 構(gòu)成 [1]。 ZStack 尋址 為了向一個在 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序通常使用AF_DataRequest()函數(shù)。數(shù)據(jù)包將要發(fā)送給一個 afAddrType_t(在 中定義 )類型的目標(biāo)設(shè)備。 typedef struct { union { uint16 shortAddr。 } addr。 afAddrMode_t addrMode。 byte endPoint。 江蘇科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 } afAddrType_t。 注意，除了網(wǎng)路地址之外，還要指定地址模式參數(shù)。目的地址模式可以設(shè)置為以下幾個值： typedef enum { afAddrNotPresent = AddrNotPresent, afAddr16Bit = Addr16Bit, afAddrGroup = AddrGroup, afAddrBroadcast = AddrBroadcast } afAddrMode_t。 因為在 Zigbee 中，數(shù)據(jù)包可以單點(diǎn)傳送 (unicast)，多點(diǎn)傳送 (multicast)或者廣播傳送，所以必須有地址模式參數(shù)。一個單點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)包只發(fā)送給一個設(shè)備，多點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)包則要傳送給一組設(shè)備，而廣播數(shù)據(jù)包則要發(fā)送給整個網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)。這個