【導(dǎo)讀】DSP開發(fā)板，CCS開發(fā)環(huán)境、MATLAB、PROTEL99軟件等；確定ZigBee通信模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體原則;進(jìn)行ZigBee通信模塊的統(tǒng)結(jié)構(gòu)規(guī)范計(jì)算;繪制ZigBee通信模塊的電路框圖、程序流程圖等；1．電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育出版社1998。Zigbee是一種新興的短距離，低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它有自己的無線標(biāo)準(zhǔn)，是通過數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)來實(shí)。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)從一傳感。器傳到另一個(gè)傳感器，所以通信效率非常高。建筑自動(dòng)化，自動(dòng)儀表讀取，工業(yè)自動(dòng)化，冷凍管理和貨柜防護(hù)。這些應(yīng)用讓企業(yè)節(jié)。道路及橋梁等公用基建的損耗，避免設(shè)施損壞甚至人員傷亡。特定的服務(wù);一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；一個(gè)管理實(shí)體提供全部其他服務(wù)?；痉?wù)指令完成相應(yīng)的功能。

　　

【正文】 發(fā)之前，它要加上最新的連接成本，然后更新 RREQ 數(shù)據(jù)包中的成本值。這樣，沿著所有它通過的連接， RREQ 數(shù)據(jù)包攜帶著連接成本的總和。這個(gè)過程一直持續(xù)到 RREQ 數(shù)據(jù)包到達(dá)目標(biāo)設(shè)備。通過不同的路由器 ，許多 RREQ 副本都將到達(dá)目標(biāo)設(shè)備。目標(biāo)設(shè)備選擇最好的 RREQ 數(shù)據(jù)包，然后發(fā)回一個(gè)路徑答復(fù)數(shù)據(jù)包 (a Route Reply)RREP給源設(shè)備。 RREP 數(shù)據(jù)包是一個(gè)單點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，它沿著中間節(jié)點(diǎn)的相反路徑傳送直到它到達(dá)原來發(fā)送請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)為止。一旦一條路徑被創(chuàng)建，數(shù)據(jù)包就可以發(fā)送了。當(dāng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)與它的下一級(jí)相鄰節(jié)點(diǎn)失去了連接 (當(dāng)它發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，沒有收到 MAC ACK)，該節(jié)點(diǎn)向所有等待接收它的 RREQ 數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè) RERR 數(shù)據(jù)包，將它的路徑設(shè)為無效。各個(gè)結(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包 RREQ、 RREP 或者 RERR 來更 新它的路由表。 江蘇科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 路徑保持維護(hù) 網(wǎng)狀網(wǎng)提供路徑維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)自愈功能。中間節(jié)點(diǎn)沿著連接跟蹤傳送失敗，如果一個(gè)連接被認(rèn)定是壞鏈，那么上游節(jié)點(diǎn)將針對(duì)所有使用這條連接的路徑啟動(dòng)路徑修復(fù) 節(jié)點(diǎn)發(fā)起重新發(fā)現(xiàn)直到下一次數(shù)據(jù)包到達(dá)該節(jié)點(diǎn)，標(biāo)志路徑修復(fù)完成。如果不能夠啟動(dòng)路徑發(fā)現(xiàn)或者由于某種原因失敗了，節(jié)點(diǎn)則向數(shù)據(jù)包的源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)路徑錯(cuò)誤包(RERR)，它將負(fù)責(zé)啟動(dòng)新路徑的發(fā)現(xiàn)。這兩種方法，路徑都自動(dòng)重建。 路徑期滿 路由表為已經(jīng)建立連接路徑的節(jié)點(diǎn)維護(hù)路徑記錄。如果在一定的時(shí)間周期內(nèi)，沒有數(shù)據(jù)通過沿著這條 路徑發(fā)送，這條路徑將被表示為期滿。期滿的路徑一直保留到它所占用的空間要被使用為止。這樣，路徑在絕對(duì)不使用之前不會(huì)被刪除掉的。在配置文件 文件中配置自動(dòng)路徑期滿時(shí)間。設(shè)置ROUTE_EXPIRY_TIME 為期滿時(shí)間，單位為秒。如果設(shè)置為 0，則表示關(guān)閉自動(dòng)期滿功能 。 表存儲(chǔ) 路由功能需要路由器保持維護(hù)一些表格。 路由表 每一個(gè)路由器包括協(xié)調(diào)器都包含一個(gè)路由表。設(shè)備在路由表中保存數(shù)據(jù)包參與路由所需的信息。每一條路由表記錄都包含有目的地址，下一級(jí)節(jié)點(diǎn)和連接狀態(tài)。所有的數(shù)據(jù)包都通過相鄰的一級(jí)節(jié)點(diǎn)發(fā)送到目的地址。同樣，為了回收路由表空間，可以終止路由表中的那些已經(jīng)無用的路徑記錄。 路由表的容量表明一個(gè)設(shè)備路由表擁有一個(gè)自由路由表記錄或者說它已經(jīng)有一個(gè)與目標(biāo)地址相關(guān)的路由表記錄。在文件 ―‖文件中配置路由表的大小。將 MAX_RTG_ENTRIES 設(shè)置為表的大小 (不能小于 4)。 路徑發(fā)現(xiàn)表 路由器設(shè)備致力于路徑發(fā)現(xiàn)，保持維護(hù)路徑發(fā)現(xiàn)表。這個(gè)表用來保存路徑發(fā)現(xiàn)過程中的臨時(shí)信息。這些記錄只在路徑發(fā)現(xiàn)操作期間存在。一旦某個(gè)記錄到期，則它可江蘇科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 以被另一個(gè) 路徑發(fā)現(xiàn)使用。這個(gè)值決定了在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，可以同時(shí)并發(fā)執(zhí)行的路徑發(fā)現(xiàn)的最大個(gè)數(shù)。這個(gè)可以在 文件中配置 MAX_ RREQ_ENTRIES。 路徑設(shè)置快速參考 如表 21。 表 21 路由表設(shè)置參考 安全 概述 AES/CCM 安全算法是 ZigBee 聯(lián)盟以外的研究人員發(fā)明的，并且廣泛應(yīng)用于其他通訊協(xié)議之中。 ZigBee 提供如下的安全特性： ? 構(gòu)造安全 (Infrastructure security) ? 網(wǎng)絡(luò)訪問控制 (Network aCCess control) ? 應(yīng)用數(shù)據(jù)安全 設(shè)置路由表大小 MAX_RTG_ENTRIES，這個(gè)值不能小于 4 (文件 ) 設(shè)置路徑期滿時(shí)間 ROUTE_EXPIRY_TIME，單位秒。設(shè)置為零則關(guān)閉路徑期滿 ( 文件 ) 設(shè)置路徑發(fā)現(xiàn)表大小 MAX_RREQ_ENTRIES，網(wǎng)絡(luò)中可以同時(shí)執(zhí)行的路徑發(fā)現(xiàn)操作的個(gè)數(shù) 江蘇科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 配置 為了擁有一個(gè)安全的網(wǎng)絡(luò)，首先所有的設(shè)備鏡像的創(chuàng)建，必須將預(yù)處理標(biāo)志位SECURE 都置為 1。在文件 ―‖文件中可以找到。 接下來，必 須選擇一個(gè)默認(rèn)的密碼。這個(gè)可以通過 ―‖文件中的DEFAULT_KEY 來設(shè)置。理論上，這個(gè)值設(shè)置為一個(gè)隨機(jī)的 128 位數(shù)據(jù)。 這個(gè)默認(rèn)的密碼可以預(yù)先配置到網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)設(shè)備或者只配置到協(xié)調(diào)器上，然后分發(fā)給假如網(wǎng)絡(luò)的所有設(shè)備。這個(gè)可以通過文件 ―‖文件的gPreConfigKeys 選項(xiàng)來配置。如果這個(gè)值為真，那么默認(rèn)的密碼將被預(yù)先配置到每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上。如果這個(gè)值為假，那么默認(rèn)的密碼只需配置到協(xié)調(diào)器設(shè)備當(dāng)中。注意，在以后的場合，這個(gè)密碼將被分發(fā)到每一個(gè)加入網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的 設(shè)備。因此，加入網(wǎng)絡(luò)期間成為 ―瞬間的弱點(diǎn) ‖，競爭對(duì)手可以通過偵聽獲取密碼，從而降低了網(wǎng)絡(luò)的安全性能 [2]。 網(wǎng)絡(luò)訪問控制 在一個(gè)安全的網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)一個(gè)設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)會(huì)被告知一個(gè)信任中心 (協(xié)調(diào)器 )。協(xié)調(diào)器擁有允許設(shè)備保留在網(wǎng)絡(luò)或者拒絕網(wǎng)絡(luò)訪問這個(gè)設(shè)備的選擇權(quán)。 信任中心可以通過任何邏輯方法決定一個(gè)設(shè)備是否允許進(jìn)入這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。其中一種就是信任中心只允許一個(gè)設(shè)備在很短的窗口時(shí)間加入網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)時(shí)可能的，舉例說明，如果一個(gè)信任中心設(shè)備有一個(gè) ―push‖按鍵。當(dāng)按鍵按下，在這個(gè)很短的時(shí)間窗口中，它允許任何設(shè)備加 入網(wǎng)絡(luò)。否則所有的加入請(qǐng)求都將被拒絕。以他們的 IEEE 地址為基礎(chǔ)，一個(gè)秒級(jí)的時(shí)間段將被配置在信任中心用來接收或者拒絕設(shè)備。這種類型的策略可以通過修改 模塊中的 ZDSecMgrDeviceValidate()函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。 更新密碼 信任中心可以根據(jù)自己的判斷更新通用網(wǎng)絡(luò)密碼。應(yīng)用程序開發(fā)人員修改網(wǎng)絡(luò)密碼更新策略。默認(rèn)信任中心執(zhí)行能夠用來符合開發(fā)人員的指定策略。一個(gè)樣例策略將江蘇科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 按照一定的間隔周期更新網(wǎng)絡(luò)密碼。另外一種將根據(jù)用戶輸入來更新網(wǎng)絡(luò)密碼。―ZDSecMgrUpdateNwkKey‖允許信任中心向網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備廣播新的網(wǎng)絡(luò)密碼，此時(shí)，新的網(wǎng)絡(luò)密碼將被作為替代密碼保存在所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中。一旦信任中心調(diào)用 ―ZDSecMgrSwitchNwkKey‖，一個(gè)全網(wǎng)范圍的廣播將觸發(fā)所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用替代密碼。 快速參考 如表 22。 表 22 網(wǎng)絡(luò)安全快速參考 使能安全 SECURE = 1() 使能預(yù)配置網(wǎng)絡(luò)密碼 gPreConfigKeys=TRUE() 設(shè)置預(yù)配置網(wǎng)絡(luò)密碼 defautlKey= {KEY}() 使能 /禁止信任中心的加入許可功能 調(diào)用函數(shù)ZDSecMgrPermitJoining()() 加入期 間特 定設(shè) 備批準(zhǔn) (Specific device validation during joining) ZDSecMgrDeviceValidate() 本章小結(jié) 本章節(jié)主要介紹了 TI 公司的 zigbee 協(xié)議，重點(diǎn)講述了 zigbee 協(xié)議中設(shè)計(jì)的一些關(guān)鍵術(shù)語，如設(shè)備類型，路由，尋址等，這些術(shù)語的詳細(xì)解釋對(duì)于開發(fā)者更深入的了解 zigbee 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)有很大的 意義。其實(shí)作為 zigbee 無線通信網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)者，只需了解 zigbee 中一些關(guān)鍵的問題，就可以輕而易舉的完成開發(fā)工作，而不需要太多江蘇科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 了解協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。 Zigbee 協(xié)議總體而言并不復(fù)雜，只需開發(fā)者用心的專注于應(yīng)用層與驅(qū)動(dòng)測層的開發(fā)，并且協(xié)議棧有很多現(xiàn)成的模板可以用。 江蘇科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 第三章 zigbee 開發(fā)平臺(tái) zigbee 軟件開發(fā)平臺(tái) IAR Embedded workbench 是一套開發(fā)工具，用于對(duì)匯編， c 或 c++編寫的而嵌入式應(yīng)用程序進(jìn)行編譯和調(diào)試。 IAR Embedded workbench 是 一套高度精密且使用方便的嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具。該集成開發(fā)環(huán)境 包含了 Iar 的 c/c++編譯器。通過其內(nèi)置的針對(duì)不同芯片的的代碼優(yōu)化器， Iar embeddedworkbench 可以為 arm 芯片 生成高效和可靠的 flash/prommable 代碼 [2]。 。 圖 就是 Iar 開發(fā)環(huán)境的打開界面。 圖 Iar 開發(fā)環(huán)境初始界面 zigbee 硬件開發(fā)平臺(tái) CC2530 芯片介紹 CC2530 整合了業(yè)界領(lǐng)先的 江蘇科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 CC2520 以 及工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)性 8051 mcu 的卓越性能，還包括了 8kB 的 sram，大容量 flash 以及許多其他的強(qiáng)大特性。 CC2530 芯片上系統(tǒng) （ soc） 是高度集成的解決方案，僅需要很少的外置元件，且所選用元件均為低成本型，可支持快速，廉價(jià)的 zigbee 節(jié)點(diǎn)的構(gòu)建。 CC2530芯片系統(tǒng)保持了 CC2520 所包含的作 射頻性能，包括了超低功耗、高靈敏度，出眾的抗噪聲及抗干擾性能，所集成的 mcu 為強(qiáng)大的 8 位，單周期 8051 微控制器核心（其典型性能可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的 8 倍）。另外， CC2530 還包括了許多強(qiáng)大的外設(shè)資源，如 dma、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、看門狗定時(shí)器 （ watchdog timer） ,aes128 協(xié)處理器， 814 位 adc，usart，睡眠定時(shí)器，上電復(fù)位電路，掉電檢測電路以及 21 個(gè)可編程 I/O 引腳 [2]。CC2530 芯片上系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)如圖 所示。 CC2530 芯片具有如下特性： ? 高性能和低功耗的 8051 微控制器核 ? 集成符合 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的 的 RF 無線電收發(fā)機(jī) ? 優(yōu)良的無線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性 ? 在休眠模式時(shí)僅 的流耗，外部的中斷或 RTC 能喚醒系統(tǒng)，在待機(jī)模式時(shí)少于 的流耗， 外部中斷能喚醒系統(tǒng)。 ? 硬件支持 CSMA/CA 功能 ? 較寬的電壓范圍 （ ） ? 數(shù)字化 RSSI/LQI 支持和強(qiáng)大的 DMA 功能 ? 具有電池檢測和溫度感測功能 ? 集成了 14 位的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換的 adc ? 集成 AES 安全協(xié)處理器 ? 帶有 2 個(gè)強(qiáng)大支持機(jī)組協(xié)議的 USART，以及一個(gè)符合 規(guī)范的江蘇科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 MAC 計(jì)時(shí)器，一個(gè)常規(guī)的 16 位計(jì)時(shí)器和 2 個(gè) 8 位計(jì)時(shí)器； ? 強(qiáng)大和靈活的開發(fā)工具 開發(fā)板原理 Zigbee 開發(fā)板有兩塊板組成，射頻板和應(yīng)用板，下面我們分別介紹 ： (1) 射頻板原理 射頻板主要包含了 CC2530 芯片，射頻天線，和與應(yīng)用板的接口。原理圖如圖。 (2) 用戶板原理 用戶板包含了許多模塊，有 led 顯示， JTAG 調(diào)試，鍵盤電路等。 led 顯示電路如圖 ， led 顯示電路包含了 4 個(gè)發(fā)光二極管。用于板級(jí)應(yīng)用。 圖 CC2530 片上系統(tǒng)的功能模塊 江蘇科技大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 （ 3） JTAG 調(diào)試電路，如圖 。 （ 4） 鍵盤電路，鍵盤電路有 4 個(gè)按鍵，對(duì)應(yīng)于不同的應(yīng)用。如圖 。 小結(jié) 本章我們主要是大概說明了一下開發(fā)網(wǎng)絡(luò)用到的軟件平臺(tái)和硬件平臺(tái)。軟件平臺(tái)用的 IAR Embedded for 8051，硬件平臺(tái)用得是我們 自己做的開發(fā)板，包含了兩塊板子，一個(gè)是射頻板，一個(gè)是用戶板，用戶板的應(yīng)用很簡單，關(guān)鍵是我們該如何通過這些簡單應(yīng)用來建立 zigbee 網(wǎng)絡(luò)。在下一節(jié)具體討論 zigbee 網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用生成。 GND1GND2GND3GND4P 155P 146P 137P 128P 119DVDD210P 1011P 0712P 0613P 0514P 0415P 0316P 0217P 0118P 0019R E S E T _ N20AVDD521X O S C _ Q 122X O S C _ Q 223AVDD324R F _P25R F _N26AVDD227AVDD128AVDD429R B I A S30AVDD631P 24 / X O S C 3 2K _ Q 132P 23 / X O S C 3 2K _ Q 233P 2234P 2135P 2036P 1737P 1638DVDD139D C O U P L400U1C C 2 53 0C 3 911uC 1 011 00 nC 2 111 00 nC 2 411 00 nC 2 711 00 nC 2 722 20C 3 111 00 nC 2 511 8pC 2 611 8pC 2 621 p0C 2 521 p0C 2 53C 2 542 p2C 2 55C 2 31 2 7 pC 2 212 7pC 3 311 5pC 3 211 5pC12 u2C 4 011 uFL11 02L 25 1 L 25 22 n2L 26 12 n2GND GND GND GND GND GND GNDGNDVDDP 0. 0P 0. 1P 0. 2