【正文】 WK 數(shù)據(jù)請(qǐng)求原語 NWK 數(shù)據(jù)請(qǐng)求原語 請(qǐng)求把一個(gè) APDU（ NSDU）從本地 APS子層傳送到一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)的 APS 子層實(shí)體。 (2)NWK 數(shù)據(jù)證實(shí)原語 NWK 數(shù)據(jù)證實(shí)原語 用來報(bào)告請(qǐng)求從本地 APS 子層實(shí)體向?qū)Φ鹊?APS 子層實(shí)體發(fā)送 NSDU 結(jié)果。 (3)NWK 數(shù)據(jù)指示原語 NWK 數(shù)據(jù)指示原語 指示一個(gè)數(shù)據(jù) PDU（ NSDU）從 NWK傳送到本地 APS 子層實(shí)體。 網(wǎng)絡(luò)層管理服務(wù) (MLME) 網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)是由 NLME 提供， 允許應(yīng)用程序和 堆棧 作用 [23]。 (2) 初始化一個(gè)網(wǎng)絡(luò) ：使之具有建立一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)的能力。 基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 16 (4) 尋址： ZigBee 協(xié)調(diào)器和 ZigBee 路由器能夠?yàn)橄燃尤刖W(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配唯一網(wǎng)絡(luò)地址 。 (6) 路由發(fā)現(xiàn)：具有發(fā)現(xiàn)和記錄有效地傳送信息的網(wǎng)絡(luò)路由的能力。 NLMESAP 允許在上層和 NLME 之間傳送命令幀。 網(wǎng)絡(luò)層幀格式 通用的網(wǎng)絡(luò)層幀由圖 所示，第一個(gè)域是幀控制域，幀類型決定這是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)幀或者網(wǎng)絡(luò)層命令幀。若設(shè)置為關(guān)閉或者打開，并且到基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 17 目的地的路由已經(jīng)建立，該幀就會(huì)被發(fā)送到下一跳。幀將被丟棄或者緩沖，一直到路由變?yōu)榭捎?[24]。最后，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)置為強(qiáng)制路由發(fā)現(xiàn)，即便已經(jīng)存在到目的地址的路由，為了傳輸此幀也會(huì)進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)。如果網(wǎng)絡(luò)層啟用安全機(jī)制，那么安全子域設(shè)置為 1。源路由技術(shù)中數(shù)據(jù)包的發(fā)送者可以指定該路由中可能用于轉(zhuǎn)發(fā)幀的節(jié)點(diǎn)的 16 位短地址列表。轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)數(shù)就是該幀被轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)。源和目的設(shè)備的 16 位網(wǎng)絡(luò)地址總是包含在幀中。序列號(hào)幫助跟蹤被設(shè)備發(fā)送的序列。 只有幀被多播時(shí)，多播控制域才有存在的意義，多播模式子域決定了該幀被設(shè)備以非成員模式（多播模式為 00）還是成員模式（多播模式為 01）發(fā)送。非成員半徑在每次幀被非成員設(shè)備轉(zhuǎn)法時(shí)減一。 數(shù)據(jù)幀和命令 幀的格式如圖 所示，圖中路由域組合了幀控制域和網(wǎng)絡(luò)層有效載荷域。每個(gè)命令都由一個(gè)叫做網(wǎng)絡(luò)層命令標(biāo)識(shí)符的 8 位數(shù)值確定。網(wǎng)絡(luò)層命令如表 。路由器的作用即為經(jīng)過的數(shù)據(jù)幀尋找到達(dá)目的地址的最佳傳輸路徑。 命令標(biāo)識(shí)符 命令 00000001 路由請(qǐng)求 00000002 路由回復(fù) 00000003 回復(fù)錯(cuò)誤（網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)） 00000004 離開 00000005 路由記錄 00000006 重新加入路由 00000007 重新加入響應(yīng) 00000008 鏈路狀態(tài) 00000009 網(wǎng)絡(luò)報(bào)告 0000000A 網(wǎng)絡(luò)更新 基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 19 Tree 路由算法 樹形網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖 所示。 地址的分配采用的是分布式 尋址方案，該分配方法提供一個(gè)有線的網(wǎng)絡(luò)地址塊為每一個(gè)與其他節(jié)點(diǎn)連接的潛在設(shè)備，設(shè)備的地址也就是地址塊的實(shí)際地址，子節(jié)點(diǎn)們按照地址分配的原則分配其父節(jié)點(diǎn)留給它們的剩余的地址。 協(xié)調(diào)器是 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的核心，其網(wǎng)絡(luò)深度為 0，協(xié)調(diào)器子設(shè)備深度為 1，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器決定了最大深度，多跳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中存在多個(gè)不同深度的協(xié)調(diào)器，所以最大深度一定是大于 1。 ? 1),1*(1 1),1/()1()^*(1(C s k i p ( d ) ???? ???????? RmdLmCm RmRmdLmRmCmRmCm (式 ) AODV 路由算法 AODV 是按需距離矢量路由，是通過計(jì)算路徑的通信成本選擇最佳路徑的。 在網(wǎng)絡(luò)的源設(shè)備充足，AODV 協(xié)議將定期向網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送 HELLO 消息廣播，目的是監(jiān)測和維護(hù)路由。路徑尋找是指尋找源地址和目的地址之間的所有可能路徑。 RREQ 幀格式中包含之前源節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的序基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 20 列號(hào)，不過此序列號(hào)并不一定是最新的。 若是收到 RREQ廣播幀的節(jié)點(diǎn)并不是目的節(jié)點(diǎn)，而且也路由表中也不存在更新的道道目的節(jié)點(diǎn)的有效路由時(shí)，這個(gè)節(jié)點(diǎn)就會(huì)自動(dòng)完成對(duì) RREQ 廣播的轉(zhuǎn)發(fā)。 圖 路由發(fā)現(xiàn) ZigBee 的這種路由協(xié)議可以通過動(dòng)態(tài)路由的方式找到從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)路徑，并且對(duì)單點(diǎn)故障沒那么敏感，這是由于從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路徑通常不止一條，一條路徑失效，可以通過次優(yōu)路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因而具有網(wǎng)絡(luò)自愈能力 圖 路由修復(fù) 路由修復(fù)（圖 ）與發(fā)現(xiàn)類似，當(dāng) A 與 B 之間的連接失敗，路由 A 代替源設(shè)備 S 尋找新路徑。但 是這種路由通信量巨大，尤其在節(jié)點(diǎn)達(dá)到成千上萬時(shí)，代價(jià)更加明顯。 協(xié)調(diào)器和全路由器都采用 AODV 路由算法，都能夠自動(dòng)查找最優(yōu)的路徑來保證傳輸數(shù)據(jù)，而簡化路由器采用 Tree 路由的算法，不具有選擇最優(yōu)路徑、路由發(fā)現(xiàn)的功能，只能將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給其子設(shè)備或者父設(shè)備 [ 27]。 采用 TAODV 路由算法，網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)的傳輸過程如圖 所示。 最小的通信成本的第一路 徑， E 選擇沿著第一路徑，而不是發(fā)送設(shè)備發(fā)送路由應(yīng)答，應(yīng)答 RREP 給 B路由設(shè)備。全功能路由器 B 和 D 的路由表將會(huì)被更新 [28]。 基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 22 第 4 章 軟件部分設(shè)計(jì) IAR 集成開發(fā)環(huán)境 IAR Embedded Workbench(簡稱 EW)集成開發(fā)工具支持 C、匯編等語言編寫的程序的編譯和調(diào)試 ， 具有高效與可靠性 ， 是一款實(shí)用且方便的嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具 ， 包括了一個(gè)文本編輯 器， CSPY 調(diào)試器， C / C + +優(yōu)化 編輯工具 ，鏈接編輯器，匯編，庫管理 器 ，項(xiàng)目 管理工具 和其他開發(fā)工具。因?yàn)?IAR 代碼優(yōu)化，結(jié)構(gòu)緊湊，可有效節(jié)省硬件資源，大大降低了產(chǎn)品開發(fā)成本，使產(chǎn)品在市場上更具有競爭力 。 圖 IAR Embedded Workbench 基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 23 圖 IAR 工程界面 由于 TI 公司開發(fā)的 ZStack 協(xié)議棧軟件中包含了很多現(xiàn)成的小工程模塊 ， 這些都可以直接應(yīng)用 ， 這就 最大程度上降低了 工程開發(fā)者的工作量 ，加快了產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程。 接著設(shè)計(jì)每一層的任務(wù)事件處理函數(shù)和初始化系統(tǒng) ， 添加到對(duì)應(yīng)的文件目錄下。 程序設(shè)計(jì) 自組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)是 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的核心應(yīng)用功能，實(shí)驗(yàn)通過 CC2530 模塊構(gòu)建星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，其中協(xié)調(diào)器自啟動(dòng)（組網(wǎng)），節(jié)點(diǎn)設(shè)備完成自動(dòng)入網(wǎng)的過程，節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器加入網(wǎng)絡(luò) 的流程如圖 ，完成組網(wǎng)后， PC 機(jī)通過連接協(xié)調(diào)器的串口并借助串口軟件就能獲取相應(yīng)信息。 基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 24 圖 FDD 節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器加入網(wǎng)絡(luò)流程圖 在自組網(wǎng)的過程中，消息是通過系統(tǒng)定時(shí)器開啟并定時(shí)廣播出去的。 if ( (SampleApp_NwkState == DEV_ZB_COORD) || (SampleApp_NwkState == DEV_ROUTER) || (SampleApp_NwkState == DEV_END_DEVICE) ) { // 定時(shí)發(fā)送 periodic消息 . HalLedSet(HAL_LED_1, HAL_LED_MODE_ON)。 } else { // 設(shè)備不在網(wǎng)絡(luò)中 . } break。? AF_DataRequest( amp。SampleApp_epDesc,SAMPLEAPP_PERIODIC_CLUSTERID， 8,? (unsigned char*)buf, amp。}//函數(shù)可能會(huì)被周期利用，通過 AF_DataRequest（）向協(xié)調(diào)器周期發(fā)送字符串 ~HELLO!~。? (void)task_id。 SYS_EVENT_MSG ) {MSGpkt = (afIningMSGPacket_t *)osal_msg_receive( SampleApp_TaskID )。 Case KEY_CHANGE: SampleApp_HandleKeys( ((keyChange_t *)MSGpkt)state, ((keyChange_t *)MSGpkt)keys )。 //節(jié)點(diǎn)收到信息時(shí)開始接收數(shù)據(jù) case AF_INCOMING_MSG_CMD: SampleApp_MessageMSGCB( MSGpkt )。 case SPI_INCOMING_ZAPP_DATA: SampleApp_ProcessMTMessage(MSGpkt)。 break。 if ( (SampleApp_NwkState == DEV_ZB_COORD)? || (SampleApp_NwkState == DEV_ROUTER) || (SampleApp_NwkState == DEV_END_DEVICE) ) { //周期發(fā)送 periodic消息 HalLedSet(HAL_LED_1, HAL_LED_MODE_ON)。} else {// 設(shè)備不在網(wǎng)絡(luò)中 }break； default； break； 基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 26 節(jié)點(diǎn)在成功組網(wǎng)后完成“ ~HELLO！ ~”字 符串的發(fā)送，并由協(xié)調(diào)器將節(jié)點(diǎn)信息傳送至上位機(jī)。 串口控制 LED 部分代碼： uint16 SampleApp_ProcessEvent( uint8 task_id, uint16 events ) {afIningMSGPacket_t *MSGpkt。 // 已經(jīng)使用該變量，無需警告 if ( events amp。 while ( MSGpkt ) ? {switch ( MSGpkt ) {// 鍵被按下時(shí)接受數(shù)據(jù) case KEY_CHANGE: SampleApp_HandleKeys( ((keyChange_t *)MSGpkt)state, ((keyChange_t *)MSGpkt)keys )。 //節(jié)點(diǎn)收到信息后開始接收信息。 break。 case ZDO_STATE_CHANGE: SampleApp_NwkState = (devStates_t)(MSGpkt)。 HalLedSet(HAL_LED_1, HAL_LED_MODE_ON)。} else {// 設(shè)備離開網(wǎng)絡(luò)。default: break。 // 釋放內(nèi)存 MSGpkt = (afIningMSGPacket_t *)osal_msg_receive( SampleApp_TaskID )。在協(xié)調(diào)器程序所定義SampleApp_ProcessMTMessage(MSGpkt)中，我們?cè)O(shè)定當(dāng)串口接收到“ on”字符串時(shí)，反方向發(fā)送“ set led on”，同時(shí)向終端節(jié)點(diǎn)傳送 0x01 指令，同理，在串口收到“ off”時(shí)反方向發(fā)送“ set led off”，同時(shí)向終端節(jié)點(diǎn)傳送 0x00 指令。 return (events ^ SYS_EVENT_MSG)。 SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT ) { SampleApp_SendPeriodicMessage()。 0x00FF)) )。 // 返回沒有處理的事件。 // 丟棄未知事件。目前， CC2530 芯片具有四個(gè)不同的閃存版本： CC2530F32/64/128/256，型號(hào)最后數(shù)字代表具有 多少 KB 的閃存 空間。同樣 運(yùn)行模式 能 在低能量消耗率之間的快速切換。硬件圖如圖 。 傳感器 傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，就好像人類的眼睛、耳朵和鼻子能夠感受到色彩、聲音和氣味一樣。 市面上的傳感器類型不勝枚舉，按照原理或者功能不同又可以分成若干類。 （ 1） 溫濕度傳感器（如圖 ）：溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測量處理的電信號(hào)的設(shè)備或裝置。 （ 2） 壓力傳感器： 壓力 傳感器 是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器。或在一段連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現(xiàn)為任意數(shù)值的信號(hào) 。當(dāng)紅外脈沖射束被遮斷時(shí)就會(huì)發(fā)出警報(bào)。 （ 5） 霍爾開關(guān)傳感器（如圖 ）：利用霍爾元件控制電路的通斷，實(shí)現(xiàn)開關(guān)效應(yīng)。硬件連接圖如圖 。組網(wǎng)成功后如圖 ，通過選擇相應(yīng)節(jié)點(diǎn)，可獲取節(jié)點(diǎn)傳感基于 ZigBee 技術(shù)的傳感器無線信息采集 32 器所發(fā)送的信息。 傳感器時(shí)鐘線與ZigBee 主板 P0_0 引腳相連，數(shù)據(jù)線與 P0_1 引腳相連。 圖 自組網(wǎng)建立 PC 機(jī)串口無線控制終端節(jié)點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)中 PC 機(jī)通過串口與 ZigBee 協(xié)調(diào)器連接，并通過串口工具完成指令發(fā)送，協(xié)調(diào)器在收到指令后，對(duì)終端節(jié)點(diǎn)的無線控制，完成 LED 燈的亮滅操作。 圖 串口控制 LED 燈硬件連接圖 將相應(yīng)程序下載至協(xié)調(diào)器和各節(jié)點(diǎn)當(dāng)中，通過 CCD_SETKEY 選擇所要連接的模塊為協(xié)調(diào)器，設(shè)置串口終端波特率 38400、 8 位、無奇偶校 驗(yàn)、無硬件流。如圖 。 在 ZigBee 協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)中，分為物理層、 MAC 層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，重點(diǎn)分析了每一層所執(zhí)行的服務(wù)及完成的