【正文】 為了提高數(shù)據(jù)的。但在中斷方式中，為了保證可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，必須花費(fèi)一定的時(shí)間，如重要信息的保護(hù)以及恢復(fù)等操作，而它們都是與輸入/輸出操作本身無關(guān)的操作。但是如果簡單的近距離發(fā)射，傳感器網(wǎng)絡(luò)中的精簡功能節(jié)點(diǎn)也可選貼片天線，它的尺寸小，價(jià)格便宜。常見的天線有PCB天線（PCB antenna），貼片天線（chip antenna）和帶連接器的鞭狀天線(whip antenna)。這需要CPU首先把程序段下載到CSP中，再由CPU通知CSP開始執(zhí)行這些程序段。直接命令操作模式僅由CSP控制。CSMA/CA以控制處理器允許CPU向無線部分發(fā)出控制命令從而控制無線操作，它包括以下兩種操作模式:直接命令操作模式和程序操作模式。CC2430的基本射頻電路圖如圖33所示：圖33 CC2430的基本射頻電路圖 2. CSMA/CA協(xié)處理器 在CC2430里，CSMA/CA控制處理器在CPU與無線模塊之間提供一個(gè)控制接口。應(yīng)用RF收發(fā)器時(shí)，必須選擇32 MHz晶振，確保其穩(wěn)定。 CC2430的射頻部分1. CC2430射頻電路CC2430的射頻部分其實(shí)就是一個(gè)CC2420[12]，有關(guān)射頻原理和CC2420相同。振蕩器可以選擇高精度的晶體振蕩器，也可以選擇低成本的RC振蕩器。時(shí)鐘的控制可以由設(shè)置特殊功能寄存器的CLKCON字節(jié)來實(shí)現(xiàn)。CC2430內(nèi)部有一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘。CC2430中斷系統(tǒng)也有中斷屏蔽、中斷處理、中斷優(yōu)先級等功能。3. CPU寄存器和指令集 CC2430的CPU寄存器與標(biāo)準(zhǔn)8051的CPU寄存器相同，包括寄存器R0～R程序狀態(tài)字PSW、累加器ACC、B寄存器和堆棧指針SP等；CC2430的CPU指令與標(biāo)準(zhǔn)8051的指令集相同，這里不作詳細(xì)介紹。l 外部數(shù)據(jù)（XDATA）：16位可存取存儲(chǔ)空間，通常需要4～5個(gè)CPU指令周期來訪問。l 數(shù)據(jù)（DATA）：8位可存取存儲(chǔ)空間，可以直接或間接被單個(gè)的CPU指令訪問。復(fù)位后的初始狀態(tài)如下：l I/O引腳設(shè)置為輸入、上拉狀態(tài)；l CPU的程序計(jì)數(shù)器設(shè)置為0x0000，程序從這里開始；l 所有外部設(shè)備的寄存器初始化到它們的復(fù)位值；l 看門狗禁止。但是由于與標(biāo)準(zhǔn)8051使用不同的指令定時(shí)，因此以往編寫的標(biāo)準(zhǔn)8051目標(biāo)代碼的定時(shí)循環(huán)程序需要修改；此外，擴(kuò)充外部設(shè)備所使用的特殊功能寄存器（SFR）涉及的指令代碼也有所不同。除了速度改進(jìn)外，CC2430的8051內(nèi)核還包含了下列增強(qiáng)架構(gòu)：l 第二數(shù)據(jù)指針；l 擴(kuò)展了18個(gè)中斷源。該核心使用標(biāo)準(zhǔn)的8051指令集。%）kΩ；32腳（RF_P）：在RX期間向LNA輸入正向射頻信號；在TX期間接收來自PA的輸入正向信號；34腳（RF_N）：在RX期間向LNA輸入負(fù)向射頻信號；在TX期間接收來自PA的輸入負(fù)向射頻信號；43腳（P2_3/XOSC_Q2）： ；44腳（P2_4/XOSC_Q1）： 。2. 電源線引腳功能7腳（DVDD）：為I/～；20腳（AVD_SOC）：～；23腳（AVDD_RREG）：～；24腳（RREG_OUT）：為25,27～335～；25腳（AVDD_IF1）：為接收器波段濾波器、模擬測試模塊和VGA（Video Graphics Array）；27腳（AVDD_CHP）：；28腳（VCO_GUARD）：VCO屏蔽電路的報(bào)警連接端口；29腳（AVDD_VCO）：；30腳（AVDD_PRE）:為預(yù)定標(biāo)器、Div ；31腳（AVDD_RF1）:為LNA；33腳（TXRX_SWITCH）:為PA提供調(diào)整電壓；35腳（AVDD_SW）：為LNA/；36腳（AVDD_RF2）：；37腳（AVDD_IF2）：；38腳（AVDD_ADC）：；39腳（DVDD_ADC）：；40腳（AVDD_DGUARD）：為隔離數(shù)字噪聲電路連接電壓；41腳（AVDD_DREG）：～；42腳（DCOUPL）：，此電壓不為外電路所使用；47腳（DVDD）：為I/～。如果需要外部中斷，可對I/O口引腳產(chǎn)生中斷，同時(shí)外部的中斷事件也能被用來喚醒休眠模式。通過軟件設(shè)定一組特殊功能寄存器 SFR(speeialfunetionregister)的位和字節(jié)，可使這些引腳作為通常的工/0口或作為連接ADC、計(jì)時(shí)器或USART部件的外圍設(shè)備工/O口使用。CC2430芯片如圖32所示。l ，外部的中斷或RTC都能喚醒系統(tǒng)；，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)；l 128 KB可編程閃存，2個(gè)4KB SRAM；l 硬件支持CSMA/CA機(jī)制；l 較寬的電壓范圍（ V）；l 數(shù)字化的RSSI/LQI支持和強(qiáng)大的DMA功能；l 具有電池監(jiān)測和溫度感測功能；l 集成了14位模/數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC；l 集成了AES 128安全協(xié)處理器；l 帶有2個(gè)功能強(qiáng)大的支持多組協(xié)議的USART，以及1個(gè)符合IEEE ，1個(gè)常規(guī)的16位計(jì)時(shí)器和2個(gè)8位計(jì)時(shí)器；l 成本低，體積小，外圍設(shè)備豐富且電路簡單、擴(kuò)展性強(qiáng)；l 完全適合于ZigBee/IEEE ；l 強(qiáng)大和靈活的開發(fā)工具。結(jié)合TI/Chipcon業(yè)界領(lǐng)先的ZigBee協(xié)議棧之后，CC2430被認(rèn)為市面上最具競爭力的ZigBee解決方案。CC2430的睡眠模式及其與工作模式間超短的激活轉(zhuǎn)換時(shí)間，使得此RFIC成為針對超長電池使用壽命應(yīng)用的理想解決方案。 CMOS工藝生產(chǎn)， 7mm7mm QLP封裝，共有48個(gè)引腳。另外，CC2430還包括了許多強(qiáng)大的外設(shè)資源，比如DMA (Direct Memory Access,直接存儲(chǔ)器訪問)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、看門狗定時(shí)器（watchdog timer）、AES128協(xié)處理器，8 ~14位ADC、USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步/異步串行接收/發(fā)送器)、32KHz晶振的睡眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路（power on reset）、掉電檢測電路（brown out detection）以及21個(gè)可編程I/O引腳。CC2430保持了CC2420所包括的卓越射頻性能，包括超低功耗、高靈敏度、出眾的抗噪聲及抗干擾能力。本文選用的CC2430F128版本。 CC2430芯片介紹 CC2430芯片概述 IEEE ，還包括了8KB的SRAM、大容量閃存以及許多其他的強(qiáng)大特性。選用芯片時(shí)，應(yīng)充分考慮芯片的集成度、封裝、管腳數(shù)目、外圍電路、發(fā)射功率和擴(kuò)展性等因素。AT86RF230收發(fā)器的鏈路預(yù)算為104dB，工作模式下的電流消耗僅15mA，睡眠模式下的電流消耗低至20nA。Atmel公司的雙芯片解決方案將ATmega1281(或ATmega2561)AVR微控制器與AT86RF230 RF器件整合在一起，能提供兩種PAN應(yīng)用頻段。除了芯片，Microchip還提供針對PIC微控制器優(yōu)化的ZigBee協(xié)議棧。Microchip的雙芯片Zigbee方案采用MRF24J40 IEEE 。JN5139模塊基于JN5139芯片，已經(jīng)通過歐洲與美國規(guī)范FCC(Federal Communications Commission, 美國聯(lián)邦通訊委員會(huì))與ETSI(European Telemunications Standards Institute，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì))的認(rèn)證，可大大縮短在測試無線射頻方面的時(shí)間。TI的ZStack軟件ZigBee2006協(xié)議?？稍赯igBee處理器上運(yùn)行，而應(yīng)用程序則在外部MCU上運(yùn)行。 RF前端CC2591集成了可將輸出功率提高＋22dBm的功率放大器，以及可將接收機(jī)靈敏度提高＋6dB的低噪聲放大器，可顯著擴(kuò)大無線系統(tǒng)的覆蓋范圍。CC2430包含8KB RAM內(nèi)存和外圍模塊，并有364或128KB內(nèi)置閃存等三種不同組件可供選擇，方便設(shè)計(jì)人員在復(fù)雜性與成本之間做出最佳選擇。TI的單芯片方案CC2431/CC2430在單個(gè)芯片上集成了ZigBee射頻前端、內(nèi)存和微控制器，CC2431還帶硬件定位引擎。雖然這三種方案具有各自的優(yōu)勢，比如：外置MCU+收發(fā)器方案靈活性高，單芯片解決方案占用空間最小且開發(fā)容易，ZigBee協(xié)處理器+MCU方案靈活性高且能縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，但單芯片方案是主要廠商的主推方案，也是重要的發(fā)展趨勢。 ZigBee的幾種實(shí)現(xiàn)方案基于ZigBee的WSN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案很多，但目前主要有三種：第一種是MCU和RF收發(fā)器分離的雙芯片方案，ZigBee協(xié)議棧在MCU上運(yùn)行；第二種是集成RF和MCU的單芯片方案；第三種是ZigBee協(xié)處理器和MCU的雙芯片方案，ZigBee協(xié)議棧在ZigBee協(xié)處理器上運(yùn)行。其次，傳感器節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性還需要在軟件上得到保證，軟件模塊要保證其邏輯上的正確性和完整性，并能夠在硬件出現(xiàn)問題時(shí)能夠及時(shí)感知和采取積極的措施。（4）穩(wěn)定性和安全性傳感器節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和安全性需要結(jié)合軟硬件設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。只有低成本，節(jié)點(diǎn)才能大量地布置在目標(biāo)區(qū)域，表現(xiàn)出傳感器網(wǎng)絡(luò)的各種優(yōu)點(diǎn)。在某些場合會(huì)需要目標(biāo)系統(tǒng)小到不容易被人所察覺的程度，以便完成一些特殊的任務(wù)。傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)直接決定了節(jié)點(diǎn)的能耗水平，還決定了各種軟件通過優(yōu)化可能達(dá)到的最低能耗水平，通過合理地設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)，可以有效降低節(jié)點(diǎn)能耗。其中，傳感器模塊負(fù)責(zé)采集監(jiān)測區(qū)域的信息并完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，采集的信息可以包含溫度、濕度、光強(qiáng)度、加速度和大氣壓力等；處理器模塊負(fù)責(zé)控制整個(gè)節(jié)點(diǎn)的處理操作、路由協(xié)議、同步定位、功耗管理以及任務(wù)管理等；射頻模塊負(fù)責(zé)與其他節(jié)點(diǎn)或匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信，交換控制消息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；電源模塊提供節(jié)點(diǎn)運(yùn)行所需要的能量，節(jié)點(diǎn)電源一般采用微型紐扣電池或干電池，以減小節(jié)點(diǎn)的體積。第六部分從路由協(xié)議和路由過程對ZigBee的路由進(jìn)行了介紹。第五部分對ZigBee的組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)進(jìn)行介紹。第三部分從體系結(jié)構(gòu)方面對ZigBee的各層的功能、作用和特點(diǎn)進(jìn)行了介紹。第一部分對ZigBee/。如果設(shè)置為0，則表示關(guān)閉自動(dòng)期滿功能。期滿的路徑一直保留到它所占用的空間要被使用為止。 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。如果不能夠啟動(dòng)路徑尋找或者由于某種原因使路徑尋找失敗，節(jié)點(diǎn)會(huì)向數(shù)據(jù)包的源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)RERR，它將負(fù)責(zé)啟動(dòng)新的路徑尋找。 一個(gè)路徑上的中間節(jié)點(diǎn)一直跟蹤著數(shù)據(jù)傳送過程，如果一個(gè)連接失敗，那么上游節(jié)點(diǎn)將對所有使用這條連接的路徑啟動(dòng)路徑修復(fù)。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)與它的下一級相鄰節(jié)點(diǎn)失去了連接，該節(jié)點(diǎn)會(huì)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（錯(cuò)誤）數(shù)據(jù)包，將它的路徑設(shè)為無效。目標(biāo)設(shè)備選擇最好的RREQ數(shù)據(jù)包，然后沿著相反的路徑將答復(fù)數(shù)據(jù)包(RREP)發(fā)送給源設(shè)備。這樣，RREQ數(shù)據(jù)包攜帶著連接成本的總和通過所有的連接最終到達(dá)目標(biāo)設(shè)備。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到RREQ數(shù)據(jù)包時(shí)，它依次轉(zhuǎn)發(fā)RREQ數(shù)據(jù)包。路由器通過一系列的請求和回復(fù)數(shù)據(jù)包來尋找路徑。沿著路徑，求出所有連接的連接成本的總和，便可以得到整個(gè)路徑的“路徑成本”。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)通常保持有它的所有鄰節(jié)點(diǎn)的“連接成本”。路徑尋找機(jī)制是指尋找源地址和目標(biāo)地址之間的所有可能路徑，并且選擇其中最好的路徑。路徑尋找是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間相互協(xié)作去尋找和建立路徑的一個(gè)過程。通過父節(jié)點(diǎn)的路由表記錄和其所有子節(jié)點(diǎn)的路由表記錄結(jié)合，可以在保證不喪失任何功能的基礎(chǔ)上優(yōu)化路徑。在ZStack中，在執(zhí)行路由功能的過程中就實(shí)現(xiàn)了路由表記錄的優(yōu)化。如果終端節(jié)點(diǎn)想要向其它設(shè)備傳送數(shù)據(jù)包，它只需將數(shù)據(jù)向上發(fā)送給它的父節(jié)點(diǎn)，由它的父節(jié)點(diǎn)來執(zhí)行路由。如果沒有發(fā)現(xiàn)任何相關(guān)的路由記錄，則路由器開始路徑尋找，將數(shù)據(jù)包暫時(shí)存儲(chǔ)在緩沖區(qū)中，直到路徑尋找結(jié)束為止。否則，路由器將要檢索它的路由表中與所有要傳送的數(shù)據(jù)包的目標(biāo)地址相符合的記錄。ZAODV與自組網(wǎng)中的經(jīng)典AODV協(xié)議不完全一樣，準(zhǔn)確的說是一種簡化版本的(AODV junior)[9]它是通過一種路由發(fā)現(xiàn)過程，向網(wǎng)絡(luò)中泛洪路由發(fā)現(xiàn)請求來發(fā)現(xiàn)到目的地址的路徑，具有代價(jià)大，路徑最優(yōu)的特點(diǎn)。 ZigBee 路由ZigBee的網(wǎng)絡(luò)層定義了兩種路由方式——樹形路由（Tree Routing，TR）和ZigBee距離矢量路由協(xié)議（ZigBee Adhoc Ondemand Distance Vector Routing，ZAODV）。根據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)量和交換數(shù)據(jù)幀的速率，這將大幅增加主設(shè)備對RAM的需求。此方法的一個(gè)缺點(diǎn)是主設(shè)備必須將所有數(shù)據(jù)幀保存在內(nèi)部緩沖器中，直到目標(biāo)從設(shè)備喚醒并查詢數(shù)據(jù)。設(shè)備必須查詢主設(shè)備以獲取其數(shù)據(jù)，而不是保持接收器開啟，從而允許從設(shè)備降低其功耗要求。此方法確保從設(shè)備的接收器是被開啟的，而且可從主設(shè)備接收數(shù)據(jù)。在無信標(biāo)的星形網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)從設(shè)備想要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，它只需等待信道變?yōu)榭臻e。如果傳輸失敗，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體(MLME)就要終止程序。如果父設(shè)備用盡所分配的地址空間，狀態(tài)參數(shù)設(shè)置為PAN飽和。如果存在匹配的地址，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體就要將其相對應(yīng)的16位網(wǎng)絡(luò)地址發(fā)送給MAC層。如果鄰居設(shè)備表中沒有合適的父設(shè)備。對于未加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，選擇合適的設(shè)備。上一層網(wǎng)絡(luò)實(shí)體得到了當(dāng)前鄰近地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)情況，就可以選擇從己發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)中選擇一個(gè)網(wǎng)絡(luò)加入。,其中包括掃描到的網(wǎng)絡(luò)的描述。該原語包括信息設(shè)備的尋址信息，是否允許關(guān)聯(lián)以及信標(biāo)有效載荷。一旦收到該原語。任意設(shè)備都能夠發(fā)送關(guān)聯(lián)加入網(wǎng)絡(luò)請求，但是只有ZigBee協(xié)調(diào)器或路由器有可用的網(wǎng)絡(luò)地址空間才可以接收處理設(shè)備加入請求。然后啟動(dòng)一個(gè)時(shí)鐘計(jì)時(shí)，如果指定的持續(xù)時(shí)間到，則網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體再把MAC層macAssociationPermit屬性設(shè)置成FALSE。如果程序初始化時(shí)設(shè)置PennitDuration參數(shù)為0x00,網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體(NLME)。只有ZigBee協(xié)調(diào)器和ZigBee路由器才能允許設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)。一旦接收到PAN啟動(dòng)的狀態(tài)值，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體通知上層網(wǎng)絡(luò)實(shí)體初