物联网络的基本结构 ZigBee网络结构 ZigBee的网络中三种逻辑设备类型

物联网络的基本结构 ZigBee网络结构 ZigBee的网络中三种逻辑设备类型
物联网络的基本结构 ZigBee网络结构 ZigBee的网络中三种逻辑设备类型

1、物联网络的基本结构

答:理论上分为三层,从上往下依次为:

应用层:各种应用程序

网络层:通过网络进行传输数据。如INTERNET

感知层:信息采集设备及物理链路层。如RFID,ZIGBEE等等

2、ZigBee网络结构

答:

1、物理层:

物理层定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口,提供物理层数据服务和物理层管理服务。物理层数据服务从无线物理信道上收发数据。物理管理服务维护一个由物理层相关数据组成的数据库。

物理层内容:(1) zigbee的激活(2)当前信道的能量检测(3)接收链路服务质量信息(4) Zigbee信道接入方式(5)信道频率选择(6)数据传输和接收。

2、网络层:

ZigBee协议栈的核心部分在网络层,网络层主要实现节电加入或离开网络、接收或抛弃其他节点、路由查找及传送数据等功能,支持Cluster-Tree等多种路由算法,支持星行、树形、网络拓扑结构

3、应用层:

ZigBee应用层框架包括应用支持层(ASP)、zigbee设备对象(ADO)和制造商所定义的应用对象。应用支持层的功能包括:维持绑定表、在绑定的设备之间传送消息。所谓绑定就是基于两台设备的服务和需求将他们匹配地连接起来。Zigbee设备对象的功能包括:定义设备在网络中的角色(如zigbee协调器和终端设备),发起和响应绑定请求,在网络设备之间建立安全机制。Zigbee设备对象还负责发现网络中的设备,并且决定向他们提供何种应用服务。Zigbee应用层除了提供一些必要函数以及为网络层提供合适的服务接口外,一个重要的功能是应用者可在这层定义自己的应用对象。

3、ZigBee的网络中三种逻辑设备类型

答:

一个ZigBee网络是一个用电池供电设备的多跳步(Multi-hop)网络。意思是说在一个ZigBee网络中两个设备之间需要交换数据也许必须依赖其它的中间设备以达到成功地实现交换。

由于这种合作性质,正常运行的话需要每一个设备:

i)实现具体的网络功能;

ii)配置某些参数的具体值。

网络功能的设置是一个设备在网络中实现的具体角色,叫做设备类型。

配置某些参数的具体值,连同那些值,叫做栈配置。

设备类型

在ZigBee网络有三种逻辑设备类型。

i)协调器(Coordinator);

ii)路由器(Router)

iii)终端设备(End-device)。

一个ZigBee网络由一个协调器节点、多个路由器和多个终端设备节点组成。

注意:设备类型不以任何方式限制应用程序的类型,可以运行在特定的装置。

1)协调器

这个设备开始一个ZigBee网络。它是网络上的第一个设备。

协调器首先选择一个信道和网络标识(PAN ID),然后开始这个网络。

这个协调器也可以辅助建立安全和应用等级绑定在网络中。

注意:协调器的主要角色是建立和配置网络。一旦建立完成,这个协调器的作用就像路由器节点(或者甚至可以离开)。这继续的网络操作不依赖这个协调器的存在,这是由于这个网络的分布式特性。

2)路由器

执行功能如下:

i)允许其它设备加入这个网络;

ii)跳跃路由

iii)辅助它的子树电池供电终端的通信。

通常,路由器全时间处在活动状态,因此为主供电。

一个具体的网络操作模式,叫做"串树"(Cluster Tree),允许路由器操作周期运行,因些这个情况允许路由器电池供电。

3)终端设备

一个终端设备对于维护这个网络设备没有具体的责任,所以它可以睡眠和唤配看它自己选择。因此这能作为电池供电节点。

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

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)

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

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:

2020年Zigbee协议栈中文说明免费

1.概述 1.1解析ZigBee堆栈架构 ZigBee堆栈是在IEEE 802.15.4标准基础上建立的,定义了协议的MAC和PHY层。ZigBee设备应该包括IEEE802.15.4(该标准定义了RF射频以及与相邻设备之间的通信)的PHY和MAC层,以及ZigBee堆栈层:网络层(NWK)、应用层和安全服务提供层。图1-1给出了这些组件的概况。 1.1.1ZigBee堆栈层 每个ZigBee设备都与一个特定模板有关,可能是公共模板或私有模板。这些模板定义了设备的应用环境、设备类型以及用于设备间通信的簇。公共模板可以确保不同供应商的设备在相同应用领域中的互操作性。 设备是由模板定义的,并以应用对象(Application Objects)的形式实现(见图1-1)。每个应用对象通过一个端点连接到ZigBee堆栈的余下部分,它们都是器件中可寻址的组件。 图1-1 zigbe堆栈框架 从应用角度看,通信的本质就是端点到端点的连接(例如,一个带开关组件的设备与带一个或多个灯组件的远端设备进行通信,目的是将这些灯点亮)。 端点之间的通信是通过称之为簇的数据结构实现的。这些簇是应用对象之间共享信息所需的全部属性的容器,在特殊应用中使用的簇在模板中有定义。图1-1-2就是设备及其接口的一个例子:

图1-1-2 每个接口都能接收(用于输入)或发送(用于输出)簇格式的数据。一共有二个特殊的端点,即端点0和端点255。端点0用于整个ZigBee设备的配置和管理。应用程序可以通过端点0与ZigBee 堆栈的其它层通信,从而实现对这些层的初始化和配置。附属在端点0的对象被称为ZigBee设备对象 (ZD0)。端点255用于向所有端点的广播。端点241到254是保留端点。 所有端点都使用应用支持子层(APS)提供的服务。APS通过网络层和安全服务提供层与端点相接,并为数据传送、安全和绑定提供服务,因此能够适配不同但兼容的设备,比如带灯的开关。APS使用网络层(NWK)提供的服务。NWK负责设备到设备的通信,并负责网络中设备初始化所包含的活动、消息路由和网络发现。应用层可以通过ZigBee设备对象(ZD0)对网络层参数进行配置和访问。 1.1.2 80 2.15.4 MAC层 IEEE 802.15.4标准为低速率无线个人域网(LR-WPAN)定义了OSI模型开始的两层。PHY层定义了无线射频应该具备的特征,它支持二种不同的射频信号,分别位于2450MHz波段和868/915MHz 波段。2450MHz波段射频可以提供250kbps的数据速率和16个不同的信道。868 /915MHz波段中,868MHz支持1个数据速率为20kbps的信道,915MHz支持10个数据速率为40kbps的信道。MAC层负责相邻设备间的单跳数据通信。它负责建立与网络的同步,支持关联和去关联以及MAC 层安全:它能提供二个设备之间的可靠链接。 1.1.3 关于服务接入点 ZigBee堆栈的不同层与802.15.4 MAC通过服务接入点(SAP)进行通信。SAP是某一特定层提供的服务与上层之间的接口。 ZigBee堆栈的大多数层有两个接口:数据实体接口和管理实体接口。数据实体接口的目标是向上层提供所需的常规数据服务。管理实体接口的目标是向上层提供访问内部层参数、配置和管理数据的机制。 1.1.4 ZigBee的安全性 安全机制由安全服务提供层提供。然而值得注意的是,系统的整体安全性是在模板级定义的,这意味着模板应该定义某一特定网络中应该实现何种类型的安全。 每一层(MAC、网络或应用层)都能被保护,为了降低存储要求,它们可以分享安全钥匙。SSP是通过ZD0进行初始化和配置的,要求实现高级加密标准(AES)。ZigBee规范定义了信任中心的用

Zigbee网络原理与应用教案

计算机与信息技术学院 课程教案 专业物联网工程 课程Zigbee网络原理与应用 讲授人姚建峰 2015 年 9月10日

(一) 课程名称:Zigbee网络原理与应用 (二) 学时学分:周4学时,3学分 (三) 预修课程:电子线路、数字逻辑、计算机组成原理、高级语言程序设计 (四) 使用教材 ZigBee技术与实训教程――基于CC2530的无线传感网技术,清华大学出版社,2014年5月第1版 (五) 教学参考书(3本以上) 1、李文仲编著:《Zigbee2006无线网络与无线定位实战》,北京航空航天大学出版社,2008年1月第1版; 2、王小强编著:《Zigbee无线传感器网络设计与实现》,化学工业出版社,2012年6月第1版; 3、郭渊博编著:《Zigbee技术与应用》,国防工业出版社,2010年6月第1版。 (六)教学方法:课堂讲授,课堂演示,师生互动,理论与实验结合教学。 (七) 教学手段:多媒体教学。 (八) 考核方式:闭卷考试。 (九) 学生创新精神与实践能力的培养方法:结合实验、具体应用、小组讨论等方式使学生掌握Zigbee技术开发的基本方法,提高学生分析问题和解决问题的能力,培养学生的动手能力和创新能力。 (十) 其它要求:严格考勤,学生课堂表现和实验完成情况占学生成绩的30%,期末成绩占70%。

第一章无线传感器网络 教学时数:2学时 教学目的与要求:主要让学生理解无线传感网络的主要概念,了解无线传感网络的发展历程、研究现状与研究前景、应用领域,掌握无线传感网络的特点、网络体系结构、关键技术。 教学重点:无线传感器网络体系结构。 教学难点:无线传感器网络的关键技术。 第一节无线传感器网络概述(了解) 1.无线传感器网络的概念: 无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息,并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。 2.无线传感器网络的发展历程: 第一阶段:最早可以追溯至越战时期使用的传统的传感器系统。当年美越双方在密林覆盖的“胡志明小道”进行了一场血腥较量,“胡志明小道”是胡志明部队向南方游击队输送物资的秘密通道,美军对其进行了狂轰滥炸,但效果不大。后来,美军投放了2万多个“热带树”传感器。“热带树”实际上是由震动和声响传感器组成的系统,它由飞机投放,落地后插入泥土中,只露出伪装成树枝的无线电天线,因而被称为“热带树”。只要对方车队经过,传感器探测出目标产生的震动和声响信息,自动发送到指挥中心,美机立即展开追杀,总共炸毁或炸坏4.6万辆卡车。 第二阶段:二十世纪80年代至90年代之间。主要是美军研制的分布式传感器网络系统、海军协同交战能力系统、远程战场传感器系统等。这种现代微型化的传感器具备感知能力、计算能力和通信能力。因此在1999年,商业周刊将传感器网络列为21世纪最具影响的21项技术之一。 第三阶段:21世纪开始至今,也就是9·11事件之后。这个阶段的传感器网络技术特点在于网络传输自组织、节点设计低功耗。除了应用于反恐活动以外,在其它领域更是获得了很好的应用,所以2002年美国国家重点实验室--橡树岭实验室提出了“网络就是传感器”的论断。 3.无线传感器网络研究现状: (1)国外无线传感器网络的研究现状 1998年,美国国防部提出了“智能尘埃”的概念,最先开始无线传感器网络技术的研究,目的是为监控敌方的活动情况而不被察觉。2001年,美国陆军提出“灵巧传感器网络通信”计划,将无人值守式弹药、传感器和未来战斗系统

zigbee协议栈代码主要名词解释

zigbee协议重要名词解释及英文缩写(转载)网络层功能: 1. 加入和退出网络 2. 申请安全结构 3. 路由管理 4. 在设备之间发现和维护路由 5. 发现邻设备 6. 储存邻设备信息 当适当的重新分配地址联合其他设备,ZIGBEE2006可以依赖于网络协调者建立一个新网络. ZIGBEE应用层由APS(应用支持)、AF(应用结构)、ZDO(ZIGBEE设备对象)和厂商自定义应用对象组成。 APS功能 1. 绑定维持工作台,定义一个两个合拢的设备进行比较建立他们的需要和服务。 2. 促进信息在设备之间的限制 3. 组地址定义,移除和过滤组地址消息 4. 地址映射来自于64位IEEE地址和16位网络地址 5. 分裂、重新组装和可靠数据传输 ZDO功能 1. 定义设备内部网络(ZigBee协调者和终端接点) 2. 开始和/或回答绑定请求 3. 在网络设备中建立一个网络安全关系 4. 在网络中发现设备和决定供给哪个应用服务 ZDO同样有责任在网络中发现设备和为他们提供应用服务。 1.1.4 网络拓扑 ZIGBEE网络层支持星状、树状和网状拓扑。在星状拓扑中网络受约束与单个设备,呼叫COORD。COORD有责任建立和维持在网络中发现的设备和其他所有设备,都知道的终端接点直接和COORD 通信。在网状和树状拓扑中,COORD有责任建立一个网络和选择几个关键网络参数,但是网络有有可能直接应用于ZigBee路由器。在树状网络中,利用分等级路由策略完成路由传输数据和控制消息直通网络。树状网络在802.15.4-2003中可以采用信标引导通信。网状网络将允许所有对等网络通信。ZIGBEE 路又将不能在网状网络中发射规则的IEEE802.15.4-2003信标。

基于ZigBee技术的无线考勤系统设计毕业设计

基于ZigBee技术的无线考勤系统设计 作者姓名:郭帅指导老师:金中朝 摘要:系统基于ZigBee个域网协议和嵌入式系统,使刷卡设备和考勤统计系统分离,具有组网方便,安装拆卸简单,扩容性好,无需布线等特点,可以减少因线路故障带来的损失和不便,提高了系统的稳定性和可靠性。并完成了ZigBee网络的搭建与优化,嵌入式数据库Sqlite的移植以及嵌入式QT的开发等。 关键字:ZigBee, 射频卡考勤,嵌入式网关 1 绪论 随着信息化时代的到来,我们生活的各方面都和信息化息息相关。社会的管理和资金的流通也已经进入信息化的革命。非接触IC卡“一卡通”便是信息化革命的产物之一。本系统设计的目的是为了实现考勤数据采集、数据统计和信息查询过程的无线化和自动化。方便用户对考勤数据的保存和导出。ZigBee是进入21世纪后来出现的一种新型无线通信技术,该协议具有近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的特点,在智能家居、智能楼宇自动化、工业智能监等控领域具有非常宽广的市场空间。随着多家芯片制造商推出支持ZigBee协议的片上系统解决方案,越来越多的无线控制系统采用ZigBee技术。 系统基于ZigBee个域网协议和嵌入式系统,使刷卡设备和考勤统计系统分离,与目前广泛使用的有线考勤系统相比,具有组网方便,安装拆卸简单,扩容性好,无需布线等特点,可以减少因线路故障带来的损失和不便,提高了系统的稳定性和可靠性。 本文首先介绍了系统的总体拓扑结构,然后详细阐述了刷卡设备和网关设备的硬件设计和软件开发过程,其中包括刷卡驱动电路设计,ZigBee协议栈应用程序设计,QT应用软件设计,Sqlite数据库移植方法等。

ZigBee协议架构

编号:_______________本资料为word版本,可以直接编辑和打印,感谢您的下载 ZigBee协议架构 甲方:___________________ 乙方:___________________ 日期:___________________

(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-SAPg口同时为物理层提供相应的管理服务,用丁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*效载荷三部分组成,如表1所示。 同步头乂包括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-SAFffi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。MA@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所小。 表二通用MA#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 (5)确保MAC正常工作,并且为应用层提供合适的服务接口 网络层帧结构包括网络层帧头(Network header, NHR和网络层载荷(Network payload,NPL)两部分,其中网络层帧头域由帧控制域、目的设备地址、源设备地址、广播半径和广播序列号等部分组成,通用网络帧的结构如表3所示。 表3通用网络层帧结构

TI_zigbee协议栈结构分析应用

无线盛世《快速进入ZB世界》
Ver:1

进入Zigbee世界的准备工作
§ 首先,我们需具备一些硬件设备及平台。以下 我就罗列一下Zigbee开发基本工具: § 计算机:不管是设计电路还是编程开发都是离 不开它的。 § Zigbee开发板:对于初学者来说,Zigbee开发 板无疑是最佳选择。有了开发板,你可以在我 们成熟设计的基础上学习或者做自己的设计。 § Zigbee模块:集MCU,RF,天线设计于一体 的Zigbee模块。使用它,我们可省去设计天线 及IC周边电路设计的复杂工作。

进入Zigbee世界的准备工作
§ Zigbee仿真器:是集烧写程序、在线编程和在线仿真 功能于一身的开发过程工作中必不可少的开发工具。 编程器既能对CC243x芯片(其实包括TI产品中的CC 系列的大部分芯片)进行烧写程序(hex标准文件程序 ),也能对CC243x芯片进行在线编程和仿真,让我们 能方便地在线调试开发,从而大大地提高了开发效率 。 § Zigbee协议分析仪:ZigBee的设计开发者必不可少的 工具!ZigBee协议分析仪具有广泛的功能,包括:分 析以及解码在PHY、MAC、NETWORK/SECURITY、 APPLICATION FRAMEWORK、和APPLICATION PROFICES等各层协议上的信息包;显示出错的包以 及接入错误;指示触发包;在接收和登记过程中可连 续显示包。

进入Zigbee世界的准备工作
§ 再次,我们需要在将用于开发Zigbee的计 算机平台上安装这些软件: § Zigbee协议分析软件(sniffer) § 程序烧写软件(Flash Programmer) § IAR公司的EW8051 version 7.20I/W32 。

zigbee网络拓扑结构及节点设计

zigbee网络拓扑结构及节点设计 发布: 2011-9-1 | 作者: —— | 来源:xiejunxia| 查看: 449次| 用户关注: 1引言基于zigbee技术的无线传感器网络适用于网点多、体积小、数据量小,传输可靠、低功耗等场合,在环境监测、无线抄表、智能小区、工业控制等领域已取得一席之地[1]。同时,zigbee规范与协议日臻完善[2]。从zigbee1.0、zigbee1.1到目前最新的zigbee2007/pro,zigbee协议规范的演进对硬件系统提出了更高的要求[3]。2设计要求2.1zigbee网络结构从网络结构上看,zigbee网络有星形,树形,网状3种模式,按照网络节点功能划分可分为终 1 引言 基于zigbee技术的无线传感器网络适用于网点多、体积小、数据量小,传输可靠、低功耗等场合,在环境监测、无线抄表、智能小区、工业控制等领域已取得一席之地[1]。同时,zigbee规范与协议日臻完善[2]。从zigbee1.0、zigbee1.1到目前最新的zigbee2007/pro,zigbee协议规范的演进对硬件系统提出了更高的要求[3]。 2 设计要求 2.1 zigbee网络结构 从网络结构上看,zigbee网络有星形,树形,网状3种模式,按照网络节点功能划分可分为终端节点(ep)、路由器节点(rp)和协调器节点(cp)3种[2]。其组织结构如图1示。 图1 zigbee网络拓扑结构 其中,协调器节点负责发起并维护一个无线网络,识别网络中的设备加入网络;路由器节点支撑网络链路结构,完成数据包的转发;终端节点是网络的感知者和执行者,负责数据采集和可执行的网络动作[2]。这就要求zigbee网络节点需扮演终端感知者、网络支持者、网络协调者3种角色。

zigbee协议栈源码

竭诚为您提供优质文档/双击可除 zigbee协议栈源码 篇一:zigbeez-stack协议栈构架 zstack基础 1、zstack协议栈构架 zigbee协议栈就是将各个层定义的协议都集合在一起,以函数的形式实现,并给用户提供一些应用层api,供用户调用。协议栈体系分层架构与协议栈代码文件夹对应表如下:整个协议栈的构架,如图所示 app:应用层目录,这是用户创建各种不同工程的区域,在这个目录中包含了应用层的内容和这个项目的主要内容,在协议栈里面一般是以操作系统的任务实现的。 hal:硬件层目录,包含有与硬件相关的配置和驱动及操作函数。 mac:mac层目录,包含了mac层的参数配置文件及其mac的lib库的函数接口文件。 mt:监控调试层,主要用于调试目的,即实现通过串口调试各层,与各层进行直接交互。nwk:网络层目录,含网络层配置参数文件及网络层库的函数接口文件,aps层库的

函数接口。 osal:协议栈的操作系统。 profile:aF层目录,包含aF层处理函数文件。 security:安全层目录,安全层处理函数接口文件,比如加密函数等。 services:地址处理函数目录,包括着地址模式的定义及地址处理函数。 tools:工程配置目录,包括空间划分及zstack相关配置信息。 zdo:zdo目录。 zmac:mac层目录,包括mac层参数配置及mac层lib 库函数回调处理函数。zmain:主函数目录,包括入口函数main()及硬件配置文件。 output:输出文件目录,这个ew8051ide自动生成的。 2、zigbee20xx协议栈源码库结构分析 了解了zigbee20xx协议栈整个构架后,再来看看协议栈源码库结构是什么样的,各层的具体文件是什么,建立不同的项目、添加自己的应用层任务及处理函数需要修改什么文件。zigbee20xx协议栈zstack-1.4.2文件目录及说明如下: 打开smapleapp项目工程 先看app层:

zigbee网络体系结构

Zigbee体系 Zigbee的体系结构由称为层的各模块组成。每一层为其上一层提供特定的服务:即由于数据服务实体提供数据传输服务;管理实体提供所有的其她管理服务。 每个服务实体通过相应的服务接入点(SAP)为其上层提供一个接口,每个服务接入点通过服务原语来完成所对应的功能。 Zigbee网络体系结构 IEEE仅处理低级MAC层与物理层协议,因此zigbee联盟对其网络层协议与API进行了标注化,zigbee联盟还开发了安全层。 Zigbee物理层 物理层定义了物理无线信道与MAC子层之间的接口,提供物理层数据服务与物理层管理服务 物理层数据服务从无线物理信道上收发数据。 物理管理服务维护一个由物理层相关数据组成的数据库。 物理层内容: (1)zigbee的激活 (2)当前信道的能量检测 (3)接收链路服务质量信息 (4)Zigbee信道接入方式 (5)信道频率选择 (6)数据传输与接收 MAC层: MAC层负责处理所有的物理无线信道访问,并产生网络信号、同步信号;支持PAN连接与分离,提供两个对等MAC实体之间可靠的链路。 MAC层数据服务:保证MAC协议数据单元在物理层数据服务中正确收发 MAC层管理服务:维护一个存储MAC子层协议状态相关信息的数据库。 MAC层功能“ (1)网络协调器产生信标; (2)与信标同步 (3)支持PAN链路的建立与断开

(4)为设备的安全性提供支持 (5)信道接入方式采用免冲突载波检测多址接入(CSMA-CA)机制 (6)处理与维护保护时隙(GTS)机制 (7)在两个对等的MAC实体之间提供一个可靠的通信链路 网络层 Zigbee协议栈的核心部分在网络层,网络层主要实现节电加入或离开网络、接收或抛弃其她节点、路由查找及传送数据等功能,支持Cluster-Tree等多种路由算法,支持星行、树形、网络拓扑结构。下图为拓扑结构 网络层功能 (1)网络发现 (2)网络形成 (3)容许设备连接 (4)路由器初始化 (5)设备网络连接 (6)直接将设备同网络连接 (7)断开网络连接 (8)重新复位设备 (9)接收机同步 (10)信息库维护 应用层 Zigbee应用层框架包括应用支持层(ASP)、zigbee设备对象(ADO)与制造商所定义的应用对象 应用支持层的功能包括:维持绑定表、在绑定的设备之间传送消息。所谓绑定就就是基于两台设备的服务与需求将她们匹配地连接起来 Zigbee设备对象的功能包括:定义设备在网络中的角色(如zigbee协调器与终端设备),发起与响应绑定请求,在网络设备之间建立安全机制。Zigbee设备对象还负责发现网络中的设备,并且决定向她们提供何种应用服务。 Zigbee应用层除了提供一些必要函数以及为网络层提供合适的服务接口外,一个重要的功能就是应用者可在这层定义自己的应用对象。

zigbee协议名词解释

zigbee协议重要名词解释及英文缩写(转载) 网络层功能: 1.加入和退出网络 2.申请安全结构 3.路由管理 4.在设备之间发现和维护路由 5.发现邻设备 6.储存邻设备信息 当适当的重新分配地址联合其他设备,ZIGBEE2006可以依赖于网络协调者建立一个新网络. ZIGBEE应用层由APS(应用支持)、AF(应用结构)、ZDO(ZIGBEE设备对象)和厂商自定义应用对象组成。 APS功能 1.绑定维持工作台,定义一个两个合拢的设备进行比较建立他们的需要和服务。 2.促进信息在设备之间的限制 3.组地址定义,移除和过滤组地址消息 4.地址映射来自于64位IEEE地址和16位网络地址 5.分裂、重新组装和可靠数据传输 ZDO功能 1.定义设备内部网络(ZigBee协调者和终端接点) 2.开始和/或回答绑定请求 3.在网络设备中建立一个网络安全关系 4.在网络中发现设备和决定供给哪个应用服务 ZDO同样有责任在网络中发现设备和为他们提供应用服务。 1.1.4网络拓扑 ZIGBEE网络层支持星状、树状和网状拓扑。在星状拓扑中网络受约束与单个设备,呼叫COORD。COORD有责任建立和维持在网络中发现的设备和其他所有设备,都知道的终端接点直接和COORD 通信。在网状和树状拓扑中,COORD有责任建立一个网络和选择几个关键网络参数,但是网络有有可能直接应用于ZigBee路由器。在树状网络中,利用分等级路由策略完成路由传输数据和控制消息直通网络。树状网络在802.15.4-2003中可以采用信标引导通信。网状网络将允许所有对等网络通信。ZIGBEE 路又将不能在网状网络中发射规则的IEEE802.15.4-2003信标。

Zigbee无线联网解决方案

基于ZigBee网络的无线联网解决方案 【摘要】本测试是针对没有以太网接口的PLC无线联网解决方案。ZigBee模块连接PLC的485端口,通过紫蜂协议收发数据,自动联网,可以点到点或广播模式,最长距离可以达到2km,模 块价格较低,是短距离无线联网的高性价比解决方案。PLC仅仅需要普通的Modbus主从模式通 讯即可,无需其他配置和附件。 关键词:ZigBee,紫蜂协议,超级终端,485通讯,点到点,广播,频段,PLC 1.ZigBee简介(百度百科) 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。这些传感器只需要很少的能量,以接 力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高。Zigbee是一 个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台,十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网,每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站,在整个网络范围内,它们之间可以进行 相互通信;每个网络节点间的距离可以从标准的75米,到扩展后的几百米,甚至几公里;另外整个 Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。 通常,符合如下条件之一的应用,就可以考虑采用Zigbee技术做无线传输:需要数据采集或监控的网点多;要求传输的数据量不大,而要求设备成本低;要求数据传输可靠性高,安全性高;设备体积很小, 不便放置较大的充电电池或者电源模块;电池供电;地形复杂,监测点多,需要较大的网络覆盖;现有移 动网络的覆盖盲区;使用现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统;使用GPS效果差,或成本太高 的局部区域移动目标的定位应用。 ZigBee联网的缺点是信号传输对于空间洁净度要求较高,任何实体在站点之间都会影响到信号的接收,如果阴天下雨等气候变化也会影响信号传输,因此应用ZigBee设备联网时需要注意系统的安装环境。 2. 为什么选择ZigBee联网 ZigBee技术在数据采集及物联网领域已经广泛应用,在OEM客户中,有些应用场合与物联网的应用 是相似的,比如物流行业、仓储、空调、起重等,这些场合通常不方便布设有线网络,用wifi联网会有成 本压力,要么需要PLC有以太网接口,要么需要网管设备,这样的应用场合中ZigBee设备就显示了它的 独特优势。

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