Zigbee协调器串口通信协议分析-KC07060502-a01解析
ZigBee协议

ZigBee协议协议名称:ZigBee协议一、引言ZigBee协议是一种低功耗、低速率、近距离无线通信协议,主要用于物联网设备之间的通信。
本协议旨在定义物联网设备之间的通信规范,以促进设备之间的互联互通,提高物联网系统的可靠性和效率。
二、术语和定义在本协议中,以下术语和定义适用:1. ZigBee设备:指采用ZigBee协议的物联网设备。
2. ZigBee协调器:指在ZigBee网络中具有协调和管理功能的设备。
3. ZigBee终端设备:指在ZigBee网络中具有执行特定功能的设备。
4. ZigBee路由器:指在ZigBee网络中具有路由功能的设备。
5. ZigBee网络:指由ZigBee设备组成的网络。
三、协议规范1. ZigBee网络拓扑结构ZigBee网络采用星型拓扑结构,其中一个ZigBee协调器作为网络的中心,控制和管理其他ZigBee终端设备和路由器。
ZigBee终端设备通过路由器与协调器进行通信。
2. ZigBee网络通信2.1 ZigBee设备的加入新的ZigBee设备可以通过加入过程加入到现有的ZigBee网络中。
加入过程包括设备的发现、认证和关联等步骤,以确保设备的合法性和网络的安全性。
2.2 ZigBee网络层次结构ZigBee网络分为三个层次:应用层、网络层和物理层。
应用层负责设备之间的数据交换和协调;网络层负责路由选择和数据转发;物理层负责无线信号的传输和接收。
2.3 ZigBee网络通信协议ZigBee网络通信协议采用基于IEEE 802.15.4标准的MAC层和PHY层协议。
MAC层协议定义了设备之间的数据传输规则和网络管理机制,PHY层协议定义了无线信号的调制解调和传输方式。
3. ZigBee设备功能规范3.1 ZigBee协调器功能规范ZigBee协调器具有以下功能:- 网络管理:负责管理ZigBee网络的拓扑结构、路由选择和设备加入过程。
- 数据协调:负责协调设备之间的数据交换和通信。
ZigBee自组网地址分配与路由协议技术详解

如果需要从一个节点向另一个节点发送数据,那么信息将沿着树的路径向上传递到最近的祖先节 点然后再向下传递到目标节点。 这种拓扑方式的缺点就是信息只有唯一的路由通道。另外信息的路由是由协议栈层处理的,整个 的路由过程对于应用层是完全透明的
如果一个设备 Cskip(d)的值为 0,则没有路由能力,该设备为终端设备; 如果一个设备 Cskip(d)的值大于 0,则有路由能力,该设备为路由器设备。 网络中分配地址为(n 为当前分配节点个数) 终端:An=Ak+1+Cskip(d)*(n-1) 路由器:An=Ak+Cskip(d)*Rm*(n-1); 下一个路由器设备分配地址为前一个已分配路由器地址加 Cskip 偏移量 CurNodeInfo.NextRouterAddr+ = CurNodeInfo.Cskip; 下一个要分配的终端设备地址为前一个已知分配地址+1 CurNodeInfo.NextEndDevAddr++;
ZigBee 树状路由机制
假设一个路由器要发送数据包到目标地址 D。这个路由器的网络地址个网络深度为 A 和 d。它 首先会判断目标地址设备是否是它的子设备,应当满足: A < D < A+Cskip(d-1) 如果目标设备是它的子设备,下一跳地址就是
否则,路由器将此数据包发向它的父节点。
通常在支持网状网络的实现上,网络层会提供相应的路由探索功能,这一特性使得网络层可以找 到信息传输的最优化的路径。需要注意的是,以上所提到的特性都是由网络层来实现,应用层不 需要进行任何的参与。 网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能,网络可以通过“多级跳”的方式来通信;该拓扑结构 还可以组成极为复杂的网络;网络还具备自组织、自愈功能;
ZigBee安全协议分析

ZigBee安全协议分析摘要:ZigBee作为短距离无线通信的代表,其安全协议依然遵循现代密码学的基本原理,本文首先概述了Zigee安全协议,然后描述了ZigBee安全协议的各个阶段,包括配对阶段、身份认证与协商阶段、通信安全保护阶段,最后描述了ZigBee的设备安全。
关键字: ZigBee安全协议,认证与加密,设备安全1.ZigBee安全协议概述ZigBee 是一种安全的短距离无线通信系统,ZigBee安全协议提供了基本的安全功能。
包括安全密钥创建、安全密钥传输、对称加密帧保护和安全设备管理,ZigBee安全协议流程经历了三个阶段,包括配对阶段、身份认证与协商阶段、通信安全保护阶段。
1.ZigBee配对阶段配对用于在协调器节点和路由器或者终端节点之间形成关联。
ZigBee支持对称密码体系,支持以下几种配置[1]:(1)配置密钥:通过预配置的方法,将128bit共享密钥预配置在节点间。
(2)配置口令:用户在节点间上输入相同的口令。
口令经过口令变换算法变换为128bit的共享密钥。
(3)配置bootstrap:从bootstrap获取口令,节点获取到bootstrap发送的口令,基于口令变换为128bit的共享密钥。
(4)不配置任何信息:节点间直接配对,无需输入。
第一种配置方式无需输入和输出设备,是最方便的配置方式,也是ZigBee推荐的方式,第二种配置方式需要输入和输出设备,增加了成本,但可以证明用户在现场以强化安全,第三种方式需要额外的节点信任的第三方bootstrap,使网络更加复杂,但是若网络节点很多(ZigBee理论上支持4K的节点),则前两种方案网络中的共享密钥或口令为n*(n-1)/2(假设n为网络的节点数)[1],密钥或口令数量极大,密钥或口令安全管理困难,而使用第三种配置方案,则口令数为n,大大减少了口令数,简化了口令的安全管理。
第四种配置最为简单,对用户最友好,实际网络中大量使用,但极易受到中间人[1]攻击。
ZIGBEE技术规范与协议栈分析

ZIGBEE技术规范与协议栈分析篇一:ZigBee知识无线龙1.协议栈工作流程和无线收发控制 LED 实验内容:1. ZigBee 协议栈简介2. 如何使用 ZigBee 协议栈3. ZigBee 协议栈的安装、编译与下载4. 协议栈无线收发控制 LED5. 协议栈工作流程实现现象:协调器、终端上电,组网成功后 D1 灯闪烁 1. ZigBee 协议栈简介什么是 ZigBee 协议栈呢?它和 ZigBee 协议有什么关系呢?协议是一系列的通信标准,通信双方需要共同按照这一标准进行正常的数据发射和接收。
协议栈是协议的具体实现形式,通俗点来理解就是协议栈是协议和用户之间的一个接口,开发人员通过使用协议栈来使用这个协议的,进而实现无线数据收发。
图 1 展示了 ZigBee 无线网络协议层的架构图。
ZigBee 的协议分为两部分,IEEE 802.15.4 定义了 PHY(物理层)和 MAC(介质访问层)技术规范;ZigBee联盟定义了NWK(网络层)、APS(应用程序支持子层)、APL(应用层)技术规范。
ZigBee协议栈就是将各个层定义的协议都集合在一直,以函数的形式实现,并给用户提供 API(应用层),用户可以直接调用。
图 1 ZigBee 无线网络协议层 2. 如何使用 ZigBee 协议栈协议栈是协议的实现,可以理解为代码,函数库,供上层应用调用,协议较底下的层与应用是相互独立的。
商业化的协议栈就是给你写好了底层的代码,符合协议标准,提供给你一个功能模块给你调用。
你需要关心的就是你的应用逻辑,数据从哪里到哪里,怎么存储,处理;还有系统里的设备之间的通信顺序什么的,当你的应用需要数据通信时,调用组网函数给你组建你想要的网络;当你想从一个设备发数据到另一个设备时,调用无线数据发送函数;当然,接收端就调用接收函数;当你的设备没事干的时候,你就调用睡眠函数;要干活的时候就调用唤醒函数。
所以当你做具体应用时,不需要关心协议栈是怎么写的,里面的每条代码是什么意思。
Zigbee无线通信技术分析讲解1

三级安全模式
高安全 短时延
近距离 15ms 30ms
10~100m 1~3km
ZigBee的频带和数据传输率
频带 2.4GHz 868MHz 915MHz 780MHz (ATMEL FIRST) 国 欧 球 围 数据传输 250 kbps 20 kbps 40 kbps 250 kbps 16 1 10 4 数
ZigBee网络中传输的三类数据
周期性数据: 周期性数据:如家庭中水、电、气三表数据的传输;烟雾传感器 间断性数据:如电灯、家用电器的控制等数据的传输 间断性数据: 反复性的低反应时间的数据: 反复性的低反应时间的数据:如鼠标、操作杆传输的数据
100
1000
短 程 < < < < > > > > 程
文本Biblioteka 因特网/声音 因特网 声音
压缩图片 多通道数字图像
实际数据传输率> 低<实际数据传输率>高
线网络标
较
近距离无线通信技术
Zigbee技术及特征 技术及特征
IEEE802.15.4
ZigBee协议栈 Zigbee技术应用领域
什么是zigbee
器 RF功率放大器 RF 放大器 线 电源 线 电源
短距离无线通信技术特点
发射功率:几微瓦~100微瓦 通信距离:几厘米~几百米 主要在房间内使用 全向天线和线路板天线 不需要申请无线频道 高频操作
UWB NFC
短程无线网络标准
WWAN
传 输 范 围
WMAN
WLAN
WPAN
0.01
0. 1 1 10 数据传输率( 数据传输率(Mbps) )
上层软件包及应用描述 兼容性及认证测试 商标
针对ZigBee协议范文栈的分析

针对ZigBee协议范文栈的分析通过物理层提供的具体服务,在MAC层中,ZigBee协议实现了两个物理设备之间的稳定数据通信链路,并且采用带冲突避免的载波侦听多路访问的控制方法,实现了ZigBee信道的访问冲突问题。
同时,ZigBee协议还设计了专门的功能从而实现时隙保护、数据发送、检测、跟踪等基本功能,从而有效保障数据链路层通信。
ZigBee协议在MAC层的数据包结构,规定了MAC头、尾和MAC净荷,其中MAC头定义了数据帧的序列号、目标地址和PAN标识符以及源地址和PAN标识符,MAC尾则表示MAC数据包结束,MAC净荷则是MAC层的主要传输部分,是包含了具体的上层数据。
在ZigBee协议中,对网络层的功能进行定义,其主要功能是为上层应用层提供服务,同时保障MAC层工作有效。
针对网络层的具体功能,ZigBee规定了网络层数据的处理规则、路由跳转规则、发送和接受的规则,在网络层数据通信的数据结构中,网络层头规定了目的地址、源地址以及多点传送的控制信息,而网络层净荷则是包含了网络层的具体传输数据,在ZigBee针对网络层数据传输规则下进行数据和控制指令的传送。
针对应用层,ZigBee定义了APS、ZDO和应用对象。
其中APS为应用支持层,主要是为ZigBee物理设备之间的绑定信息传输,同时为物理设备对象和应用对象相关的服务和应用提供接口,从而为物理设备提供服务。
ZDO是ZigBee的设备对象的专门程序,通过ZigBee的服务原语来执行ZigBee网络中的协调器、路由器以及各个终端设备之间的信息数据和控制指令的传输。
应用层的数据传输报文包含了帧头和应用层净荷两部分,枕头数据包括了目的地址、源地址、集团地址以及针对数据帧控制的信息,应用层净荷则包含了应用层的传输数据。
2.2ZigBee协议栈的服务原语在ZigBee协议栈中,由不同的层级构成了整个体系结构,作为一个有机整体,ZigBee设备要求在工作时能够准确无误且有效,这就需要协议栈中层与层之间的协作共性和效率较高,在ZigBee协议栈中,服务原语作为基本的操作单元来实现ZigBee协议栈各层之间的数据传输和信息关联。
ZigBee协议

ZigBee协议协议名称:ZigBee协议一、引言ZigBee协议是一种低功耗、低数据速率的无线通信协议,旨在为物联网设备提供可靠的通信解决方案。
本协议旨在定义ZigBee网络的架构、通信规范、安全性要求等,以确保各种设备之间的互操作性和数据传输的可靠性。
二、范围本协议适用于使用ZigBee技术的无线通信设备,包括但不限于传感器、控制器、智能家居设备等。
它定义了设备之间的通信方式、数据格式、网络拓扑结构以及安全机制等。
三、术语和定义在本协议中,以下术语和定义适用于所有相关方:1. ZigBee:一种基于IEEE 802.15.4标准的低功耗无线通信技术。
2. ZigBee设备:使用ZigBee协议进行通信的无线设备。
3. ZigBee协调器:ZigBee网络中的主节点,负责网络的组网和管理。
4. ZigBee路由器:ZigBee网络中的中继节点,负责数据转发和扩展网络覆盖范围。
5. ZigBee终端设备:ZigBee网络中的从节点,负责与其他设备进行通信。
6. PAN(Personal Area Network):个人局域网,由一个协调器和一组终端设备组成。
7. 网络拓扑结构:ZigBee网络中各个设备之间的连接方式和关系。
8. 网络层:ZigBee协议栈中的一层,负责设备之间的路由和寻址。
9. 应用层:ZigBee协议栈中的一层,负责设备之间的数据交互和功能定义。
10. 安全性:保护ZigBee网络免受未经授权的访问、攻击和数据泄露的能力。
四、ZigBee网络架构1. 网络拓扑结构ZigBee网络采用星型、树型或网状拓扑结构。
其中,星型拓扑结构由一个协调器和一组终端设备组成,所有终端设备都直接与协调器相连。
树型拓扑结构由一个协调器、一组路由器和一组终端设备组成,路由器负责数据转发。
网状拓扑结构由多个协调器、路由器和终端设备组成,形成一个自组织的网络。
2. ZigBee协调器ZigBee协调器是ZigBee网络的主节点,负责网络的组网和管理。
ZigBee协议

ZigBee协议协议名称:ZigBee协议一、引言ZigBee协议是一种低功耗、低速率、短距离无线通信协议,旨在提供可靠的无线连接和简单的网络配置,适用于物联网设备之间的通信。
本协议旨在规定ZigBee协议的技术要求、通信规范和网络架构,以确保设备之间的互操作性和数据传输的安全性。
二、范围本协议适用于ZigBee协议的设计、开发、实施和使用,涵盖以下方面:1. ZigBee协议的物理层和数据链路层规范;2. ZigBee网络的组网和路由规则;3. ZigBee设备的功能、性能和互操作性要求;4. ZigBee网络的安全机制。
三、术语和定义在本协议中,以下术语和定义适用:1. ZigBee:一种低功耗、低速率、短距离无线通信技术,基于IEEE 802.15.4标准;2. ZigBee设备:采用ZigBee协议的物联网设备,包括传感器、执行器、控制器等;3. ZigBee网络:由多个ZigBee设备组成的无线网络,可以实现设备之间的通信和数据传输;4. ZigBee协调器:ZigBee网络中的主节点,负责网络的组网和管理;5. ZigBee路由器:ZigBee网络中的中间节点,负责数据的中继和路由;6. ZigBee终端设备:ZigBee网络中的终端节点,用于传感、控制和执行任务。
四、技术要求1. 物理层和数据链路层规范1.1 频段和调制方式:ZigBee协议使用2.4GHz和868/915MHz频段,支持多种调制方式;1.2 传输速率:ZigBee协议的最大传输速率为250kbps;1.3 传输距离:ZigBee协议的最大传输距离为100米;1.4 链路质量指示:ZigBee协议应提供链路质量指示功能,用于判断通信质量;1.5 数据帧格式:ZigBee协议应定义统一的数据帧格式,包括帧起始符、目的地址、源地址、帧类型、数据字段等。
2. 网络组网和路由规则2.1 网络拓扑:ZigBee网络支持星型、网状和混合拓扑结构;2.2 路由选择:ZigBee协议应提供有效的路由选择算法,确保数据的可靠传输和网络的高效性;2.3 网络发现和加入:ZigBee设备应支持网络发现和加入功能,便于设备的自动组网和配置。
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任务四
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2、Zigbee节点串口通信协议
Zigbee设备 我校自主研发的Zigbee节点采用请求—响应模型进行交互 请求命令为16个字节
协议分析
响应返回为32个字节
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任务四
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2、Zigbee节点串口通信协议
协议分析
Zigbee通信协议详解 网络地址、数据部分:低前后高 串口数据:二进制,按字节接收其范围应00-FFH,编程时建议采用Byte(字 节)变量进行存储;string、char数据类型默认采用ASCII码,值范围为00-3FH, 若采用string、char数据类型来存储串口数值,超出3F的部分会出现数据丢失
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任务四
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3、C#串口数据处理编程
协议分析
串口数据处理步骤: 3)判断读取数据是否完整; 返回数据共32字节,串口按位读取、按字节缓存,读取串口数据时返回的 32字节有可能分多次缓存,所以开发时应采用一全局变量(List<byte>)存储串口 缓存数据,判断全局变量中的数据是否完整。 完整性判断:长度32字节,第一个字节为0x26(&),最后一个字节为0x2A (*)
无锡职业技术学院内部资料
Zigbee协调器串口通信协议分析
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任务四
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协议分析
1、系统结构
Zigbee节点采用无锡职业技术学院自行开发的WSN节点。 PC机连接ZigBee网络协调器,根据协调器提供的通信规程,分析出各种命 令的十六进制字节请求;并获取响应十六进制数据,并分解出有效信息以完 善系统功能。
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任务四
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3、C#串口数据处理编程
串口数据处理步骤: 1)发送请求命令; 2)串口缓存读取数据; 3)判断读取数据是否完整; 4)数据完整进行数据解析,若数据不完整继续接受判断; 5)数据显示;
协议分析
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任务四
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3、C#串口数据处理编程
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任务一
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系统调研
4、任务实施
(1)生成串口数据接收事件; 1)发送请求命令; 2)串口缓存读取数据; 3)判断读取数据是否完整; 4)数据完整进行数据解析,若数据不完整继续接受判断; 5)数据显示;
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任务一
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系统调研
4、任务实施
(2)任务代码
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2、Zigbee节点串口通信协议
协议分析
Zigbee通信协议详解 调试工具:串口助手 乱码产生原因? 读网络请求命令:&WSNRNWyyyyyyyy* 响应返回信息:&WSNRNWS ROU鉡? K yyyyy*(字符形式) 26 57 53 4E 52 4E 57 53 01 00 01 52 4F 55 E3 5B CC 01 00 4B 12 00 00 00 FF FF 79 79 79 79 79 2A(十六进制形式 PAGE
3、C#串口数据处理编程
协议分析
串口数据处理步骤: 5)数据显示; 串口数据接收事件DataReceived是一个系统自动产生的子线程,而数据显 示是在主界面即主线程实现的,这涉及到子线程与主线程交互的问题,下个 任务讲解 串口接收数据若要格式化输出,可采用string类的format()、padLeft、 padRight()对字符串进行格式化
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任务四
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3、C#串口数据处理编程
协议分析
串口数据处理步骤: 2)串口缓存读取数据; 采用SerialPort类的DataReceived事件、read()方法读取串口数据 DataReceived事件:自动触发、循环接受 read()方法:确保串口数据按字节接收,不发生数据丢失
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协议分析
串口数据处理步骤: 1)发送请求命令; 发送命令部分包含节点网络地址,不确定其值范围,建议采用字节类型数 据变量对其存储,通过写串口发送请求命令;
Eg: byte[] requestCmd=byte[0x26, 0x57, 0x53, 0x4E, 0x52, 0x57, 0x53, 0x3E, 0x14, 0x79, 0x79, 0x79, 0x79, 0x79, 0x79, 0x2A] com.write(requestCmd,0, requestCmd.Length)
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3、C#串口数据处理编程
串口数据处理步骤: 4)数据完整进行数据解析,若数据不完整继续接受判断;
协议分析
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任务四
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3、C#串口数据处理编程
协议分析
串口数据处理步骤: 4)数据完整进行数据解析,若数据不完整继续接受判断; 响应返回4~6字节, 8~9字节,10~30字节内容与请求命令相关,解析时 可按响应返回格式建立相应的数据类型(结构体),并采用List<struct>存储多 个节点的信息。