zigbee网络建立过程
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项目日志——Z-STACK 网络建立过程
芦苇 发表于 - 2010-10-13 12:11:00
先看看Packet Sniffer 抓取的网络建立过程的图片，这里有一个Coordinator 和一个Router 。
从上面可以看到建立网络的整个过程如下
1.Coordinator 首先上电，完成网络的初始化，选择一个合适的信道，并且为自择一个PAN_ID(网络标识符)，然后周期的向周围发生beacon request 的包。
2.这时间将Router 上电，这样Router 会首先向周围的环境做一个信道能量扫描选量比较合适的信道进行网络搜寻。这里需要注意的是信道能量是有一个等级的K 里面会有一个门限值，当这个能量低于这个门限会被认为没有网络，在这不我久。当信道选择好之后，Router 也会周期性的向周围发送beacon request 的包来dinator 的回复。
3.当Coordinator 接受到Router 的beacon request 包之后会发送一个包含自己IE 址的超帧。主要目的是为了将自己的MAC 地址(64位)交给Router ，以便后续的
4.Router 接受到超帧之后，将Coordinator 的MAC 地址保存，并利用这个地址向C 发生
个A
i ti
R
t 的包
这个包目的是寻求加入网络
收到
C
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标签：z －stack
上一篇：项目日志——TI 的ZigBee SoC 芯片CC2530 发表评论： 昵称： 密码：
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MAC 层的确认帧之后，紧接着发生一个Data Request 的包来寻求Coordinator 给16位网络短地址。
5.上述工作做完网络就已经建立一大半了，当Coordinator 接收到Data Request 之经过NWK 层的算法为其分配一个唯一的网络短地址，然后向Router 发送一个包短地址的包，这个包是通过MAC 地址发送的。
6.当Router 接受到这个包之后，配置自己的短地址为XXXX ，然后就可以利用这和Coordinator 进行应用层的通信了，走到这步就表示Router 已经成功加入到网
这里面涉及到的东西有：ZigBee 帧类型，ZigBee 地址类型会在下一次说明。
http://
Re:项目日志——Z-STACK 网络建立过程
提 交
网络系统拓扑结构图
网络拓扑结构 网络拓扑结构是指用传输媒体互联各种设备的物理布局。将参与LAN工作的各种设备用媒体互联在一起有多种方法,实际上只有几种方式能适合LAN的工作。 如果一个网络只连接几台设备,最简单的方法是将它们都直接相连在一起，这种连接称为点对点连接。用这种方式形成的网络称为全互联网络,如下图所示。 图中有6个设备，在全互联情况下,需要15条传输线路。如果要连的设备有n个,所需线路将达到n(n-1)/2条!显而易见,这种方式只有在涉及地理范围不大，设备数很少的条件下才有使用的可能。即使属于这种环境,在LAN技术中也不使用。我们所说的拓扑结构，是因为当需要通过互联设备(如路由器)互联多个LAN时,将有可能遇到这种广域网(WAN)的互联技术。目前大多数网络使用的拓扑结构有3种: ①星行拓扑结构; ②环行拓扑结构; ③总线型拓扑结; 1.星型拓扑结构 星型结构是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话都属于这种结构，如下图所示。其中,图(a)为电话网的星型结构,图(b)为目前使用最普遍的以太网(Ethernet)星型结构,处于中心位置的网络设备称为集线器,英文名为Hub。
(a)电话网的星行结构(b)以Hub为中心的结构 这种结构便于集中控制,因为端用户之间的通信必须经过中心站。由于这一特点,也带来了易于维护和安全等优点。端用户设备因为故障而停机时也不会影响其它端用户间的通信但这种结构非常不利的一点是,中心系统必须具有极高的可靠性,因为中心系统一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。对此中心系统通常采用双机热备份,以提高系统的可靠性。 这种网络拓扑结构的一种扩充便是星行树,如下图所示。每个Hub与端用户的连接仍为星型,Hub的级连而形成树。然而,应当指出,Hub级连的个数是有限制的,并随厂商的不同而有变化。 还应指出,以Hub构成的网络结构,虽然呈星型布局,但它使用的访问媒体的机制却仍是共享媒体的总线方式。 2.环型网络拓扑结构 环型结构在LAN中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个端用户到另一个端用户,直到将所有端用户连成环型,如图5所示。这种结构显而易见消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。 环行结构的特点是,每个端用户都与两个相临的端用户相连,因而存在着点到点链路,但总是以单向方式操作。于是,便有上游端用户和下游端用户之称。例如图5中,用户N是用户N+1的上游端用户,N+1是N的下游端用户。如果N+1端需将数据发送到N端，则几乎要绕环一周才能到达N端。 环上传输的任何报文都必须穿过所有端点,因此,如果环的某一点断开,环上所有端间的通信便会终止。
Zigbee协议栈原理基础
1Zigbee协议栈相关概念 1.1近距离通信技术比较： 近距离无线通信技术有wifi、蓝牙、红外、zigbee，在无线传感网络中需求的网络通信恰是近距离需求的，故，四者均可用做无线传感网络的通信技术。而，其中（1）红外（infrared）：能够包含的信息过少；频率低波衍射性不好只能视距通信；要求位置固定；点对点传输无法组网。（2）蓝牙（bluetooth）：可移动，手机支持；通信距离10m；芯片价格贵；高功耗（3）wifi：高带宽；覆盖半径100m；高功耗；不能自组网；（4）zigbee:价格便宜；低功耗；自组网规模大。?????WSN中zigbee通信技术是最佳方案，但它连接公网需要有专门的网关转换→进一步学习stm32。 1.2协议栈 协议栈是网络中各层协议的总和，其形象的反映了一个网络中文件传输的过程：由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协议。 1.2.1Zigbee协议规范与zigbee协议栈 Zigbee各层协议中物理层（phy）、介质控制层（mac）规范由IEEE802.15.4规定，网络层（NWK）、应用层（apl）规范由zigbee联盟推出。Zigbee联盟推出的整套zigbee规范：2005年第一版ZigBeeSpecificationV1.0，zigbee2006，zigbee2007、zigbeepro zigbee协议栈：很多公司都有自主研发的协议栈，如TI公司的：RemoTI，Z-Stack，SimpliciTI、freakz、msstatePAN 等。 1.2.2z-stack协议栈与zigbee协议栈 z-stack协议栈与zigbee协议栈的关系：z-stack是zigbee协议栈的一种具体实现，或者说是TI公司读懂了zigbee 协议栈，自己用C语言编写了一个软件—---z-stack，是由全球几千名工程师共同开发的。ZStack-CC2530-2.3.1-1.4.0软件可与TI的SmartRF05平台协同工作，该平台包括MSP430超低功耗微控制器(MCU)、CC2520RF收发器以及CC2591距离扩展器，通信连接距离可达数公里。 Z-Stack中的很多关键的代码是以库文件的形式给出来，也就是我们只能用它们，而看不到它们的具体的实现。其中核心部分的代码都是编译好的，以库文件的形式给出的，比如安全模块，路由模块，和Mesh自组网模块。与z-stack 相比msstatePAN、freakz协议栈都是全部真正的开源的，它们的所有源代码我们都可以看到。但是由于它们没有大的商业公司的支持，开发升级方面，性能方面和z-stack相比差距很大，并没有实现商业应用，只是作为学术研究而已。 还可以配备TI的一个标准兼容或专有的网络协议栈（RemoTI，Z-Stack，或SimpliciTI）来简化开发,当网络节点要求不多在30个以内，通信距离500m-1000m时用simpliciti。 1.2.3IEEE802.15.4标准概述 IEEE802.15.4是一个低速率无线个人局域网(LowRateWirelessPersonalAreaNetworks，LR-WPAN)标准。定义了物理层(PHY)和介质访问控制层(MAC)。 LR-WPAN网络具有如下特点： ◆实现250kb/s，40kb/s，20kb/s三种传输速率。 ◆支持星型或者点对点两种网络拓扑结构。 ◆具有16位短地址或者64位扩展地址。 ◆支持冲突避免载波多路侦听技术(carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance，CSMA/CA)。（mac层） ◆用于可靠传输的全应答协议。(RTS-CTS) ◆低功耗。 ◆能量检测(EnergyDetection，ED)。 ◆链路质量指示(LinkQualityIndication，LQI)。 ◆在2.45GHz频带内定义了16个通道；在915MHz频带内定义了10个通道；在868MHz频带内定义了1个通道。 为了使供应商能够提供最低可能功耗的设备，IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，电气及电子工程师学会)定义了两种不同类型的设备：一种是完整功能设备(full．functionaldevice，FFD)，另一种是简化功能设备
网络拓扑结构大全和图片
网络拓扑结构总汇 网络拓扑结构总汇 网络拓扑结构总汇 网络拓扑结构总汇 网络拓扑结构总汇 星型结构 星型拓扑结构是用一个节点作为中心节点，其他节点直接与中心节点相连构成的网络。中心节点可以是文件服务器，也可以是连接设备。常见的中心节点为集线器。 星型拓扑结构的网络属于集中控制型网络，整个网络由中心节点执行集中式通行控制管理，各节点间的通信都要通过中心节点。每一个要发送数据的节点都将要发送的数据发送中心节点，再由中心节点负责将数据送到目地节点。因此，中心节点相当复杂，而各个节点的通信处理负担都很小，只需要满足链路的简单通信要求。 优点： （1）控制简单。任何一站点只和中央节点相连接，因而介质访问控制方法简单，致使访问协议也十分简单。易于网络监控和管理。 （2）故障诊断和隔离容易。中央节点对连接线路可以逐一隔离进行故障检测和定位，单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网。 （3）方便服务。中央节点可以方便地对各个站点提供服务和网络重新配置。 缺点： （1）需要耗费大量的电缆，安装、维护的工作量也骤增。 （2）中央节点负担重，形成“瓶颈”，一旦发生故障，则全网受影响。 （3）各站点的分布处理能力较低。 总的来说星型拓扑结构相对简单，便于管理，建网容易，是目前局域网普采用的一种拓扑结构。采用星型拓扑结构的局域网，一般使用双绞线或光纤作为传输介质，符合综合布线标准，能够满足多种宽带需求。 尽管物理星型拓扑的实施费用高于物理总线拓扑，然而星型拓扑的优势却使其物超所值。每台设备通过各自的线缆连接到中心设备，因此某根电缆出现问题时只会影响到那一台设备，而网络的其他组件依然可正常运行。这个优点极其重要，这也正是所有新设计的以太网都采用的物理星型拓扑的原因所在。 扩展星型拓扑： 如果星型网络扩展到包含与主网络设备相连的其它网络设备，这种拓扑就称为扩展星型拓扑。 纯扩展星型拓扑的问题是：如果中心点出现故障，网络的大部分组件就会被断开。
基于ZigBee技术的智能家居系统
一、智能家居的背景 从宏观上来讲，事物的每个发展阶段都是当时从业人员认识水平、技术水平、市场认知、原材料成本等几个原因共同作用的结果。每个阶段都会局限于当时的技术水平、市场接受程度等，都会有其无法突破的瓶颈和困难。即便智能家居系统在中国已发展20多年，且经过这么多年的发展，产品、技术已日趋成熟、稳定，但每项技术并不一定都完美无瑕。只要产品或技术处于高速发展中，它必然需要不断地去解决一些技术上或者产品上的问题。智能家居产品未来会还向节能环保，舒适度方面发展。比如冬暖夏凉型建筑，不用空调，由建筑自身的功能去调节温度。而智能家居必须结合这些建筑上的功能去发展，从这个方面来说，必然会推动智能家居的适应性发展。对与现阶段的智能家居来说，没有专用的对讲或智能家居数字处理芯片，无论是技术层面还是集成层面，都只是有所关联。如果能够很好的解决，未来数字对讲将会取得更好的应用。而随着中国城镇化趋势的加剧，大型小区会越来越多，人们对安保的重视程度也会日益加强，将来小区的多个安防子系统在技术上必然会走向综合化、集成化。除此之外，厂家需理性地为各类应用设计解决方案，校正一些过往的虚假概念。只有设计实用性强，性价比高，能适应拓展未来新技术的系统，才能更好地为用户服务。除此之外，各家产品的兼容性也是一个急需解决的问题。目前各厂家的产品均采用自家的协议，无法很好地做到兼容，而不同品牌的可视对讲和智能家居系统如何互连互通也将是今后需突破的难点 二、智能家居系统旨在实现的以下主要功能： (1)可以控制和相应的状态查询，如查询室内和室外的温度，可用于家用电器，如灯一键全开，一键全关，更方便。 (2)在光线方面我们可以依照家庭装修环境背景或者用户的其他层次的要对
ZigBee网络拓扑结构显示
实验二ZigBee网络拓扑结构显示 【实验目的】 1、熟悉Qt编写程序的方法； 2、了解Qt显示ZigBee网络拓扑结构的工作原理； 【实验设备】 1、装有RedHat AS5系统或装有RedHat AS5虚拟机的PC机一台； 2、物联网开发设计平台一套； 【实验要求】 使用Qt为ZigBee网络编写拓扑结构； 1、编程要求：使用提供的API函数编写应用程序； 2、实现功能：构建ZigBee网络拓扑结构； 3、实验现象：显示网络的拓扑结构； 【实验原理】 本实验箱针对Qt下，将服务程序的API做了一定的封装，并提供了非常方便使用的接口函数，可以让用户在Qt环境下绘制Zigbee网络的拓扑结构。这些函数都被封装在一个叫做TopologyWidget的类中，它们的详细介绍如下： 【函数原型】void TopologyWidget::SetTopologyArea(const QString &ip, QScrollArea *area); 【功能】设置用来显示拓扑图的滚动区域控件 【参数】ip: 运行服务程序的网关（计算机）的IP地址area: 用来显示拓扑图的滚动区域控件【返回值】无 【头文件】使用本函数需要包含"topologywidget.h" 【函数原型】void TopologyWidget::UpdateTopologyArea(QScrollArea *area); 【功能】立即刷新滚动区域控件中的拓扑图 【参数】area: 用来显示拓扑图的滚动区域控件 【返回值】无 【头文件】使用本函数需要包含"topologywidget.h" 在实际应用中，用户需要首先在界面中放置一个，假设其名称为“scrollArea”，只需要在窗体的构造函数中，完成了setupUi的操作之后，调用TopologyWidget::SetTopologyArea函数即可使拓扑图显示在这个滚动区域中，参考下面的代码。 Widget::Widget(QWidget *parent) : QWidget(parent), ui(new Ui::Widget) { ui->setupUi(this); // 将界面中的scrollArea设置为用来显示拓扑图 TopologyWidget::SetTopologyArea("127.0.0.1", ui->scrollArea); } 【实验步骤】 1.双击打开桌面上的VMware Player。如图 2.1所示；
ZigBee 协议架构
根据应用和市场需要定义了ZigBee 协议的分层架构，其协议的体系结构如图1 所示，其中物理层（physical layer，PHY）和媒介访问控制层（medium access control sub-layer,MAC）是由IEEE802.15.4-2003 标准定义的，在这个底层协议的基础上ZigBee 联盟定义了网络层（network layer,PHY）和应用层（application layer,APL）架构. 图1 zigbee协议栈体系结构 物理层规范 物理层定义了它与MAC 层之间的两个接口：数据服务接口PD-SAP 和管理服务接口PLME-SAP，其中PD-SAP 接口还为物理层提供了相应的数据服务，负责从无线物理信道上收发数据，而PLME-SAP 接口同时为物理层提供相应的管理服务，用于维护一个由物理层相关数据组成的数据库。物理层负责数据的调制、发送和接收、空闲信道评估（clear channel assessment,CCA）信道能量的监测（energy detect,ED）和链接质量指示（link quality indication，LQI）等。物理层帧结构由同步头、物理层帧头和物理层有效载荷三部分组成，如表1 所示。
同步头又包括32bit 的前同步码和8bit 的帧定界符，前同步码用来为数据收发提供码元或数据符号的同步；帧界定符用来标识同步域的结束及数据的开始。物理层帧头包括7bit 的帧长度和1bit 的预留位，帧长度定义了物理层净荷的字节数。物理层有效载荷就是MAC层的帧内容。 表一物理层帧格式 媒体接入控制层规范 MAC 层定义了它与网络层之间的接口，包括提供给网络层的数据服务接口MLDE-SAP 和管理服务接口MLME-SAP，同时提供了MAC 层数据服务和MAC 层管理服务。MAC层数据服务主要实现数据帧的传输；MAC 层管理服务主要负责媒介访问控制、差错控制等。 MAC 层主要功能包括以下几个方面： （1）ZigBee 协调器产生网络信标 （2）设备与信标同步 （3）支持节点加入或着退出操作 （4）信道接入方式采用免冲突载波检测多路访问（CSMA-CA）机制 （5）建立并维护保护时隙机制 （6）为设备提供安全支持 MAC 帧格式由三个基本部分组成：MAC 帧头、MAC 帧载荷和MAC 帧尾。不同类型的MAC 帧，其帧头和帧尾都是一样的，只是MAC 帧载荷有差别，通用MAC 帧格式如表2所示。 表二通用MAC帧格式 网络层规范 网络层定义了它与应用层之间的接口，包括提供给应用层的数据服务接口NLDE-SAP和管理服务接口NLME-SAP , 同时提供了网络层数据服务和网络层管理服务。网络层主要负责拓扑结构的建立和网络的维护，具体的功能如下：（1）初始化网络，即建立一个新的包含协调器、路由器和终端设备的网络（2）设备连接和断开时所采用的机制 （3）对一跳邻居节点的发现和相关节点信息的存储 （4）ZigBee 协调器和路由器为新加入节点分配短地址
几种网络拓扑结构及对比
局域网的实验一 内容:几种网络拓扑结构及对比 1星型 2树型 3总线型 4环型 计算机网络的最主要的拓扑结构有总线型拓扑、星型拓扑、环型拓扑以及它们的混合型。计算机网络的拓扑结构就是把网络中的计算机与通信设备抽象为一个点,把传输介质抽象为一条线,由点与线组成的几何图形就就是计算机网络的拓扑结构。网络的拓扑结构:分为逻辑拓扑与物理拓扑结构这里讲物理拓扑结构。总线型拓扑:就是一种基于多点连接的拓扑结构,所有的设备连接在共同的传输介质上。总线拓扑结构使用一条所有PC都可访问的公共通道,每台PC只要连一条线缆即可但就是它的缺点就是所有的PC不得不共享线缆,优点就是不会因为一条线路发生故障而使整个网络瘫痪。环行拓扑:把每台PC连接起来,数据沿着环依次通过每台PC直接到达目的地,在环行结构中每台PC都与另两台PC相连每台PC的接口适配器必须接收数据再传往另一台一台出错,整个网络会崩溃因为两台PC之间都有电缆,所以能获得好的性能。树型拓扑结构:把整个电缆连接成树型,树枝分层每个分至点都有一台计算机,数据依次往下传优点就是布局灵活但就是故障检测较为复杂,PC环不会影响全局。星型拓扑结构:在中心放一台中心计算机,每个臂的端点放置一台PC,所有的数据包及报文通过中心计算机来通讯,除了中心机外每台PC仅有一条连接,这种结构需要大量的电缆,星型拓扑可以瞧成一层的树型结构不需要多层PC的访问权争用。星型拓扑结构在网络布线中较为常见。 编辑本段计算机网络拓扑 计算机网络的拓扑结构就是引用拓扑学中研究与大小,形状无关的点,线关系的方法。把网络中的计算机与通信设备抽象为一个点,把传输介质抽象为一条线,由点与线组成的几何图形就就是计算机网络的拓扑结构。网络的拓扑结构反映出网中个实体的结构关系,就是建设计算机网络的第一步,就是实现各种网络协议的基础,它对网络的性能,系统的可靠性与通信费用都有重大影响。最基本的网络拓扑结构有:环形拓扑、星形拓扑、总线拓扑三个。 1、总线拓扑结构 就是将网络中的所有设备通过相应的硬件接口直接连接到公共总线上,结点之间按广播方式通信,一个结点发出的信息,总线上的其它结点均可“收听”到。拓扑结构 优点:结构简单、布线容易、可靠性较高,易于扩充,节点的故障不会殃及系统,就是局域网常采用的拓扑结构。缺点:所有的数据都需经过总线传送,总线成为整个网络的瓶颈;出现故障诊断较为困难。另外,由于信道共享,连接的节点不宜过多,
ZigBee和短距离通信的那些事
基于ZigBee的短距离无线通信网络技术 近年来，各种无线通信技术迅猛发展，极大提高了人们的工作效率和生活质量。然而，在日常生活中，我们仍然被各种电缆所束缚，能否在近距离范围内实现各种设备之间的无线通信?纵观目前发展较成熟的几大无线通信技术，往往比较复杂，不但耗费较多资源，成本也比较高，并不适用于短距离无线通信的场合。蓝牙技术的出现使得短距离无线通信成为可能，但是其协议较复杂、功耗高、成本高等特点不太适用于要求低成本、低功耗的工业控制和家庭网络。本文介绍了一种复杂度、成本和功耗都很低的低速率短距离无线接入技术——ZigBee。该技术主要针对低速率传感器网络而提出，它能够满足小型化、低成本设备（如温度调节装置、照明控制器、环境检测传感器等）的无线联网要求，能广泛地应用于工业、农业和日常生活中。 二、ZigBee技术的特点及应用 ZigBee技术主要用于无线个域网（WPAN），是基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的。IEEE802.15.4定义了两个底层，即物理层和媒体接入控制（MediaAccess Control，MAC）层；ZigBee联盟则在IEEE 802.15.4的基础上定义了网络层和应用层。ZigBee联盟成立于2001年8月，该联盟由Invensys、三菱、摩托罗拉、飞利浦等公司组成，如今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司和开发商的加入，其目标市场是工业、家庭以及医学等需要低功耗、低成本、对数据速率和QoS（服务质量）要求不高的无线通信应用场合。 ZigBee这个名字来源于蜂群的通信方式：蜜蜂之间通过跳Zigzag形状的舞蹈来交互消息，以便共享食物源的方向、位置和距离等信息。与其它无线通信协议相比，ZigBee无线协议复杂性低、对资源要求少，主要有以下特点： 低功耗：这是ZigBee的一个显著特点。由于工作周期短、收发信息功耗较低、以及采用了休眠机制，ZigBee终端仅需要两节普通的五号干电池就可以工作六个月到两年。 低成本：协议简单且所需的存储空间小，这极大降低了ZigBee的成本，每块芯片的价格仅2美元，而且ZigBee协议是免专利费的。
ZigBee的工作原理
ZigBee 的工作原理_ZigBee 组网技术ZigBee 是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee 数传模块类 似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。Zigbee 技术特点主要有低功耗、低成本、时延短、网络容量大、工作频段灵活、低速率、安全的数据传输等。其中低功耗是Zigbee 技术最重要的特点。由于Zigbee 的传输速率相对较低发射功率较小，使得Zig bee 设备很省电，这是Zigbee 技术能够广泛应用的基石。 ZigBee 协议适应无线传感器的低花费、低能量、高容错性等的要求。Zigbee 的基础是IEEE 802.15.4 。但IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee 联盟扩展了IEEE，对其网络层协议和API 进行了标准化。Zigbee 是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。 ZigBee 组网概述 组建一个完整的zigbee 网状网络包括两个步骤：网络初始化、节点加入网络。其中节点加入网络又包括两个步骤：通过与协调器连接入网和通过已有父节点入网。 ZigBee 网络初始化预备 Zigbee 网络的建立是由网络协调器发起的，任何一个zigbee 节点要组建一个网络必须要满足以下两点要求： （1）节点是FFD节点，具备zigbee 协调器的能力; （2）节点还没有与其他网络连接，当节点已经与其他网络连接时，此节点只能作为该网络的子节点，因为一个zigbee 网络中有且只有一个网络协调器。 FFD：Full Func TIon Device 全功能节点 RFD：Reduced Func TI onDevice 半功能节点
ZigBee技术发展及其特点
第2章 ZigBee技术及协议分析 ZigBee技术的发展及其特点]1[ 长期以来，低成本、短距离、低传输率、低功率的无线通讯市场一直存在着。蓝牙（Bluetooth）技术的出现曾让玩具制造商、家庭自动化控制以及工业控制等业界从业者兴奋不已，尽管蓝牙技术有很多优点，但是高昂的价格和其存在的技术缺陷严重影响了这些厂商的使用意愿。对于工业控制、家庭自动化控制等领域而言，蓝牙技术过于复杂、功耗过大、距离近、组网规模达不到应用要求等，而工业自动化等领域对无线通信的需求越来越大。因此，经过人们的努力，于2004年正式推出了ZigBee协议规范。 “HomeRF Lite” 2004年（又称ZigBee2004）诞生，它是ZigBee的第一个规范，这使得ZigBee有了自己的发展基本标准。但是由于推出仓促存在很多不完善的地方，因此在2006年进行了标准的修订，推出了（又称ZigBee2006），但是该协议与是不兼容的。相较于做了很多修改，但是仍无法达到最初的设想，于是在2007年再次修订（称为ZigBee2007/PRO），能够兼容之前的ZigBee2006，并且加入了ZigBee PRO部分，此时ZigBee联盟更专注于以下三种应用类型的拓展：家庭自动化（HA）、建筑/商业大楼自动化（BA）以及先进抄表基础建设（AMI）。 随着ZigBee标准的完善以及各软件以及硬件厂商的不断努力，用于ZigBee开发的软硬件正趋于完善，ZigBee技术的实用化不断推进，其使用领域不断拓展。使ZigBee 技术在2004年就被列为当今世界发展最快、市场前景最广阔的十大高新技术之一。 ZigBee技术有以下几个方面的特点： （1）短时延。通信时延以及休眠状态激活时延都很短，通常在15ms至30ms间。 （2）高可靠性。采用了CSMA/CA（碰撞避免）机制，而且为需要固定带宽的通信业务预留了专用的时隙，从而避免了发送数据时可能出现的竞争和冲突；节点模块间有自动动态组网功能，信息在整个ZigBee网络中是通过自动路由方式传输的，这样可以保证信息的可靠传输。 （3）低数据率。数据传输率在10kb/s到250kb/s之间。 （4）低功耗。两节五号电池即可使用6个月至2年，免去了经常更换电池或者是充电的麻烦。 （5）低成本。ZigBee的低数据传输率，简单的协议，都大大降低了成本，而且ZigBee
zigbee网络自组织结构的研究
毕业论文（设计） Zigbee传感器网络自组织结构研究 学生姓名：朱伟 指导教师：张妍（讲师） 专业名称：通信工程 所在学院：信息工程学院 2012年6 月
目录 摘要......................................................... I Abstract .................................................... I I 第一章前言.. (1) 1.1 研究目的和意义 (1) 1.2 国内外研究现状 (1) 1.3 研究内容和方法 (1) 第二章ZigBee技术 (2) 2.1 Zigbee技术 (2) 2.2 Zigbee节能技术探讨 (3) 2.3 Zigbee协议栈 (4) 2.4 原语概念 (7) 2.5 Zigbee网络数据传递机制 (7) 第三章Zigbee传感器自组织网络节点通信 (10) 3.1 Zigbee自组织网络优点 (10) 3.2 Zigbee自组织网络多跳路由通信流程 (10) 3.3 通信实现的流程 (15) 第四章Zigbee网络组网方案 (17) 4.1 组网方案概述 (17) 4.2 Zigbee网络拓扑 (17) 4.3 Zigbee组网流程 (20) 4.4 Zigbee树路由算法 (22) 第五章ZigBee传感器自组织网络在机电监测系统中的应用 (26) 5.1 基于Zigbee传感器网络的机电监测系统的构建 (26) 5.2 Zigbee传感器节点的设计和测量点的选择 (28) 5.3 基于Zigbee传感器的机电监控系统自组织网络拓扑结构 (28) 5.4 Zigbee传感器节点数据传输流程 (29) 第六章结论与建议 (31) 致谢 (32) 参考文献 (33)
第三章 ZigBee 无线网络技术
第三章ZigBee 无线网络技术 3.1 ZigBee无线网络技术的特点 ZigBee技术主要用于无线个域网（WPAN），是基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的。IEEE802.15.4定义了两个底层，即物理层和媒体接入控制（Media Access Control，MAC）层；ZigBee联盟则在IEEE 802.15.4的基础上定义了网络层和应用层。ZigBee联盟成立于2001年8月，该联盟由Invensys、三菱、摩托罗拉、飞利浦等公司组成，如今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司和开发商的加入，其目标市场是工业、家庭以及医学等需要低功耗、低成本、对数据速率和QoS（服务质量）要求不高的无线通信应用场合。 ZigBee这个名字来源于蜂群的通信方式：蜜蜂之间通过跳Zigzag形状的舞蹈来交互消息，以便共享食物源的方向、位置和距离等信息。与其它无线通信协议相比，ZigBee无线协议复杂性低、对资源要求少，主要有以下特点： (1)低功耗：这是ZigBee的一个显著特点。由于工作周期短、传输速率低，发射功率仅为lmw，以及采用了休眠机制，因此ZigBee设备功耗很低，非常省电。据估算，ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，这是其它无线设备望尘莫及的。 (2)低成本：协议简单且所需的存储空间小，这极大降低了ZigBee的成本，每块芯片的价格仅2美元，而且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。(3)时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延为30ms，休眠激活的时延是15ms，活动设备信道接入的时延为15ms。这样一方面节省了能量消耗，另一方面更适用于对时延敏感的场合，例如一些应用在工业上的传感器就需要以毫秒的速度获取信息，以及安装在厨房内的烟雾探测器也需要在尽量短的时间内获取信息并传输给网络控制者，从而阻止火灾的发生。 (4)传输范围小：在不使用功率放大器的前提下，ZigBee节点的有效传输范围一般为10-75m，能覆盖普通的家庭和办公场所。 (5)网络容量大:根据ZigBee协议的16位短地址定义，一个ZigBee网络最多可以容纳65535个节点，而且还可以通过64位的IEEE地址进行扩展，因此ZigBee网络的容量是相当大的。 (6)数据传输速率低：2.4GHz频段为250kb/s，915MHz频段为40kb/s，868MHz频段只有20kb/s。 (7)可靠:采取了免冲撞机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。媒体接入控制子层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包
ZIGBEE无线定位技术
ZIGBEE无线定位技术 大多数无线传感器网络都要求具备一种确定网络节点位置的方法。因此在设备安装期间，需要弄清楚哪些节点相互之间直接进行数据交换，或者确定哪些节点直接与中央数据采集点进行数据交换。 当通过基于软件的计算方法来确定网络节点位置时，就需要考虑到市场化解决方案(market solution)。这些具体的计算方法是：节点首先读取计算节点位置的参数，然后将相关信息传送到中央数据采集点，对节点位置进行计算，最后，再将节点位置的相关参数传回至该节点。这就是典型的数据密集型计算，并且需要配置一台PC 或高性能的MCU。 这种计算节点位置的方法之所以只适用于小型的网络和有 限的节点数量，是因为进行相关计算所需的流量将随着节点数量的增加而呈指数级速度增加。因此，高流量负载加上带宽的不足限制了这种方法在电池供电网络中的应用。 针对上述问题，CC2431 采用了一种分布式定位计算方法。这种计算方法根据从距离最近的参考节点(其位置是已知的)接收到的信息，对节点进行本地计算，确定相关节点的位置。因此，网络流量的多少将由待测节点范围中节点的数量决定。另外，由于网络流量会随着待测节点数量的增加而成比例递增，因此，C C2431 还允许同一网络中存在大量的待测节点。 本文所提供的结果是根据对ZigBee 网络的测量得出的，然
而，这些测量结果同样适用于基于IEEE 802.15.4协议构建的更简单的网络。 定位引擎技术 定位引擎根据无线网络中临近射频的接收信号强度指示(R SSI)，计算所需定位的位置。在不同的环境中，两个射频之间的RSSI 信号会发生明显的变化。例如，当两个射频之间有一位行人时，接收信号将会降低30dBm。为了补偿这种差异，以及出于对定位结果精确性的考虑，定位引擎将根据来自多达16 个射频的RSSI 值，进行相关的定位计算。其依据的理论是：当采用大量的节点后，RSSI 的变化最终将达到平均值。 在RF 网络中，具有已知位置的定位引擎射频称为参考节点，而需要计算定位位置的节点称为待测节点。 要求在参考节点和待测节点之间传输的唯一信息就是参考节点的X 和Y 坐标。定位引擎根据接收到的X 和Y 坐标，并结合根据参考节点的数据测量得出的RSSI 值，计算定位位置。 将定位技术纳入网络协议 一些采用定位引擎的应用可能要求放置若干个参考节点，以作为基础设施设置不可或缺的一部分。ZigBee 技术能够实现对家庭、办公以及工业等应用的无线控制。随着ZigBee 设备在楼宇基础设施中的安装数量不断增多，ZigBee 将会在家庭和办公自动化方面拥有更为广阔的应用前景。
zigbee的系统结构和组网方式
简介 ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据传输速率的无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术方案。ZigBee是建立在IEEE802.15.4标准之上，它确定了可以在不同制造商之间共享的应用纲要。IEEE802.15.4标准定义了ZigBee协议的PHY层和MAC层。PHY层规范确定了在2.4GHz(全球通用的ISM频段)以250kb/s的基准传输率工作的低功耗展频无线电以及另有一些以更低数据传输率工作的915MHz（北美的ISM频段）和868MHz（欧洲的ISM频段）的实体层规范。MAC层规范定义了在同一区域工作的多个IEEE802.15.4无线电信号如何共享空中通道。 为了促进ZigBee技术的发展，2001年8月成立了ZigBee联盟，2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电子公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司四大巨头共同宣布，它们将加入“ZigBee联盟”，目前该联盟已经有150多家成员，以研发名为ZigBee的下一代无线通信标准。 正如前面所述，ZigBee不仅仅只是802.15.4的名字，IEEE802.15.4仅处理低级MAC层和PHY层协议，所以ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化，还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识。 ZigBee的组成和构网方式 1.FFD和RFD 利用zigbee技术组件的无线个人区域网（WPAN）是一种低速率的无线个人区域网（LR WPAN），这种低速率个人区域网的网络结构简单、成本低廉，具有有限的功率和灵活的吞 吐量。 在一个LR WPAN网络中，可同时存在两种不同类型的设备，一种是具有完整功能的设备（FFD），另一种是简化功能的设备（RFD）。 在网络中，FFD通常有3中工作状态：（1）作为个人区域网络（PAN）的主协调器；（2） 作为一个普通协调器；（3）作为一个终端设备。FFD可以同时和多个RFD或其他FFD通信。 而RFD则只用一种工作状态即作为一个终端设备，并且一个RFD只能和一个FFD通信。2.ZigBee的体系结构 ZigBee体系结构主要有物理（PHY）层、媒体接入控制（MAC）层、网络/安全层以及应用框架层构成，如下图所示：
网络的拓扑结构分类
网络的拓扑结构分类 网络的拓扑结构是指网络中通信线路和站点（计算机或设备）的几何排列形式。 1.星型网络：各站点通过点到点的链路和中心站相连。特点是很容易在网络中增加新的站点，数据的安全性和优先级容易控制，易实现网络监控，但中心节点的故障会引起整个网络瘫痪。 每个结点都由一条单独的通信线路和中心结点连结。优点：结构简单、容易实现、便于管理，连接点的故障容易监测和排除。缺点：中心结点是全网络的可靠瓶颈，中心结点出现故障会导致网络的瘫痪。 2.环形网络：各站点通过通信介质连成一个封闭
的环形。环形网容易安装和监控，但容量有限，网络建成后，难以增加新的站点。 各结点通过通信线路组成闭合回路，环中数据只能单向传输。 优点：结构简单、容易实现，适合使用光纤，传输距离远，传输延迟确定。 缺点: 环网中的每个结点均成为网络可靠性的瓶颈，任意结点出现故障都会造成网络瘫痪，另外故障诊断也较困难。最著名的环形拓扑结构网络是令牌环网（Token Ring） 3.总线型网络：网络中所有的站点共享一条数据通道。总线型网络安装简单方便，需要铺设的电缆最短，成本低，某个站点的故障一般不会影响整个网络。但介质的故障会导致网络瘫痪，总线网安全性低，监控比较困难，增加新站点也不如星型网容易。
是将网络中的所有设备通过相应的硬件接口直接连 接到公共总线上，结点之间按广播方式通信，一个结 点发出的信息，总线上的其它结点均可“收听”到。 优点：结构简单、布线容易、可靠性较高，易于扩充， 是局域网常采用的拓扑结构。 缺点：所有的数据都需经过总线传送，总线成为整个 网络的瓶颈；出现故障诊断较为困难。最著名的总线 拓扑结构是以太网（Ethernet）。 树型网、簇星型网、网状网等其他类型拓扑结构 的网络都是以上述三种拓扑结构为基础的。 ④树型拓扑结构 是一种层次结构，结点按层次连结，信息交换主要在上下结点之间进行，相邻结点或同层结点之间一般不进行数据交换。优点：连结简单，维护方便，适用于汇集信息的使用要
zigbee网络中的信息传输方式
Zigbee网络中的消息传输方式 1、广播 广播是zigbee网络中的一种数据传输方式，它是由网络中的一个节点向其它节点发送消息的过程。在zigbee网络中协调器，路由器和macRxOnWhenIdle域值为TRUE的终端设备可以参与广播转发，其余节点不参与。能够接受广播帧的目的节点由广播帧中的目的地址来确定，不同的广播地址及其对应接收节点类型如下表所示： 在所有参与广播的节点中都需要维护一个包含若干条广播事务记录（Broadcast Transaction Rcord，BTR）的广播事务表（Broadcast Transaction Table，BTT），该表用来记录哪些节点已经成功转发了广播帧。 一个节点接收到一个广播帧时首先检查帧中的目的地址和自己的设备类型是否相符。不相符则丢弃；相符的话设备从本地BTT中查找相应的BTR，若干存在，则对其进行更新；若不存在，则检查BTT 中是否有空的或者过期的BTR项。如果没有，则丢弃广播帧；若有则添加新的BTR项并将广播帧提交到高层进行处理。若节点属性中radius值不为0或者该设备不是终端设备则转发该帧。BTT表中每个BTR都有有效期，在有效期过后，设备会将该BTR定义为失效以便后续写入新的BTR。MAC PIB属性macRxOnWhenIdle值为FALSE的zigbee路由器接收到广播帧后将会以单播的形式将该帧发送到其邻居节点。如果一个节点接收到一个广播帧后节点查找BTT中的广播帧序列号发现其另外一个邻居已经广播了该帧，则节点将忽略该广播帧。为了方便重发广播帧，每个zigbee路由器的NWK层至少能够缓存1帧数据。Zigbee中广播的主要用于路由发现。广播过程如下图所示：
网络拓扑结构大全和图片(星型、总线型、环型、树型、分布式、网状拓扑结构)
网络拓扑结构总汇 星型结构 星型拓扑结构就是用一个节点作为中心节点,其她节点直接与中心节点相连构成得网络。中心节点可以就是文件服务器,也可以就是连接设备。常见得中心节点为集线器。 星型拓扑结构得网络属于集中控制型网络,整个网络由中心节点执行集中式通行控制管理,各节点间得通信都要通过中心节点。每一个要发送数据得节点都将要发送得数据发送中心节点,再由中心节点负责将数据送到目地节点。因此,中心节点相当复杂,而各个节点得通信处理负担都很小,只需要满足链路得简单通信要求。 优点: (1)控制简单。任何一站点只与中央节点相连接,因而介质访问控制方法简单,致使访问协议也十分简单。易于网络监控与管理。 (2)故障诊断与隔离容易。中央节点对连接线路可以逐一隔离进行故障检测与定位,单个连接点得故障只影响一个设备,不会影响全网。 (3)方便服务。中央节点可以方便地对各个站点提供服务与网络重新配置。 缺点: (1)需要耗费大量得电缆,安装、维护得工作量也骤增。 (2)中央节点负担重,形成“瓶颈”,一旦发生故障,则全网受影响。 (3)各站点得分布处理能力较低。 总得来说星型拓扑结构相对简单,便于管理,建网容易,就是目前局域网普采用得一种拓扑结构。采用星型拓扑结构得局域网,一般使用双绞线或光纤作为传输介质,符合综合布线标准,能够满足多种宽带需求。 尽管物理星型拓扑得实施费用高于物理总线拓扑,然而星型拓扑得优势却使其物超所值。每台设备通过各自得线缆连接到中心设备,因此某根电缆出现问题时只会影响到那一台设备,而网络得其她组件依然可正常运行。这个优点极其重要,这也正就是所有新设计得以太网都采用得物理星型拓扑得原因所在。 扩展星型拓扑: 如果星型网络扩展到包含与主网络设备相连得其它网络设备,这种拓扑就称为扩展星型拓扑。 纯扩展星型拓扑得问题就是:如果中心点出现故障,网络得大部分组件就会被断开。 环型结构 环型结构由网络中若干节点通过点到点得链路首尾相连形成一个闭合得环,这种结
ZigBee无线网络和收发器(葵花宝典中文版)
由于国内暂时还没有该文献的中文版本，而ZigBee Wireless Networks and Transceivers又是ZigBee界的葵花宝典，为了自己更好的学习，所以决定将比较多的蛋疼的时间拿出来做点有意义的事，虽然翻译水平不是很高，但是在翻译的过程中肯定能得到进步，最关键的就是检验自己的毅力，看看能否坚持。在这个过程中，如果还能帮到一些正在入门ZigBee的朋友那就更好了。废话不多说，开始 ZigBee Wireless Networks and Transceivers ZigBee无线网络和收发器 1第一章ZigBee基础 本章主要介绍了短距离无线网络通信的ZigBee标准，本章的主要目的就是对ZigBee的基础特性进行一下简单的概述，包括它的网络拓扑、信道访问机制和每个协议层所扮演的角色，在后续章节中对本章所讨论的内容有详细的解释。 1.1 什么是ZigBee? ZigBee是为低数据速率、短距离无线网络通信定义的一系列通信协议标准。基于ZigBee的无线设备工作在868MHZ, 915MHZ和2.4Z频带。其最大数据速率是250Kbps. ZigBee技术主要针对以电池为电源的应用，这些应用对低数据速率、低成本、更长时间的电池寿命有较高的需求。在一些ZigBee应用中，无线设备持续处于活动状态的时间是有限的，大部分时间无线设备是处于省电模式（也称休眠模式）的。因此，ZigBee设备在电池需要更换以前能够工作数年以上。 ZigBee的其中一个应用就是室内病人监控。例如，一个病人的血压，心率可以通过可穿戴设备测量出来，病人戴的ZigBee设备来周期性的收集血压等健康相关的信息，然后这些数据被无线传送到当地服务器，例如病人家中的一台个人电脑，电脑再对这些数据进行初始分析，最后重要的信息通过互联网被发送到病人的护士或者内科医生那里做进一步的分析。 另一个ZigBee的应用例子就是大型楼宇结构安全的监控。在此应用中，一个建筑内可以安装数个ZigBee无线传感器（如加速度计），所有的这些传感器形成一个网络来收集信息，这些收集来的信息可以用于评估建筑的结构安全和潜在的损坏标志，例如，地震后一个建筑在重新开放前可能需要进行检测。而传感器收集到的数据有助于加速和减少检测的花费。在第二章中还提供了一些其他ZigBee的应用例子。 ZigBee标准是由ZigBee联盟所开发的，该联盟有数百个成员公司，从半导体产业和软件开发者到原始设备生产商、安装商。ZigBee联盟是2002年创立的