ZigBee网络的建立
Zigbee建网和入网过程实验
6.2 Zigbee建网和入网过程实验本实验通过Sample App这个例子实现数据在ZigBee网络中的简单传输。
要求掌握网络组建及协议分析仪的使用方法。
6.2.1 实验目的与器材1）实验目的◆熟悉zigbee协议的三种设备建网时所担任的角色；◆学习Z-Stack2007/PRO协议栈中协调器如何建立网络；◆学习Z-Stack2007/PRO协议栈中路由和终端如何加入网络；◆学习TI官方提供的抓包工具（Sniffer）的应用及协议分析。
2）实验器材◆3个CC2530开发套件（1个协调器模块，2个路由器模块）；6.2.2 实验原理与步骤1）硬件介绍CC2530开发套件如实验一中的硬件介绍，这里就不再陈述。
2）实验原理1 设备的分类ZigBee网络只支持两种设备：1）全功能设备（FFD Full Function Device）2)精简功能设备（也叫半功能设备 Reduced Function Device）两者的比较：其中FFD设备能够提供MAC层的所有服务，可充当任何ZigBee节点，不仅可以接收发送数据，还具有路由功能，因此可以接收子节点；而RFD只能提供部分的MAC层服务，只能充当子节点，只负责将采集到的数据发送给协调器和路由器节点，本身并不具有路由功能，因此不能接收子节点信息，RFD之间的通信只能通过FFD来完成。
ZigBee标准在此基础上定义了三种节点：ZigBee协调器（Coordinator）、ZigBee路由器（Routers）、ZigBee终端（End Device）2 所使用的设备所用的ZigBee设备都具有连接网络和断块网路的功能。
ZigBee协调器和路由器都具有以下附加功能：1)允许设备以如下方式连接网路：① MAC（Medium Access Control）层的连接命令。
②应用层的连接请求2)允许设备以如下方式断开网络；① MAC层的断开命令②应用层的断开命令③对逻辑网络地址的分配④维护邻居设备3 组建网络组建一个网状的ZigBee网络包括两个步骤：网络的初始化和节点加入网络；而节点加入网络又有两个步骤：通过协调器加入网络和通过已有节点入网。
zigbee的工作原理
zigbee的工作原理Zigbee是一种低功耗、短距离无线通信技术，主要用于物联网设备之间的通信。
它基于IEEE 802.15.4标准，并在其基础上添加了网络层和应用层协议。
Zigbee网络由一个协调器（Coordinator）和多个设备（Device）组成，协调器负责网络的管理和控制。
Zigbee的通信距离一般在几十米到几百米之间，传输速率较低，可达到250kbps。
它采用的是低功耗的射频技术，以确保设备的电池寿命较长。
此外，Zigbee使用的是mesh网状网络拓扑，设备之间可以通过多跳传输进行通信，提高了网络的覆盖范围和稳定性。
Zigbee的工作原理如下：1.设备加入网络：当设备加入Zigbee网络时，它会发送一个加入请求，协调器验证设备的身份后，将其分配给合适的网络节点。
设备可以是有源设备（Powered Device，PD）或无源设备（End Device，ED）。
有源设备可以直接与协调器通信，而无源设备需要通过其他设备进行中继。
2.建立网络拓扑：Zigbee网络采用mesh网状拓扑结构，其中每个设备都可以是路由器（Router），即可以进行中继的节点，或终端设备（End Device），即不能进行中继的节点。
设备之间可以通过多跳传输进行通信，数据可以沿着多个路径传递，提高了网络的可靠性和覆盖范围。
3.网络管理与路由选择：协调器负责网络的管理和控制，它会维护网络拓扑结构，并执行路由选择算法。
路由选择算法决定了数据传输的最佳路径，通过选择具有最佳信号强度和跳数的路由器进行数据传输，保证了数据的快速传递和可靠性。
4.数据传输和通信：设备之间可以通过两种方式进行通信，即直接通信和间接通信。
直接通信是指设备直接发送数据给目标设备，而间接通信是指设备通过中继节点进行数据传输。
设备可以根据需求选择合适的通信方式，以达到最佳的传输效果。
总的来说，Zigbee通过建立mesh网状网络拓扑，利用低功耗的射频技术实现设备之间的无线通信。
Zigbee组网流程
1、网络形成组网开始时，网络层首先向MAC层请求分配协议所规定的信道，或者由PHY层进行有效信道扫描，网络层管理实体等待信道扫描结果，然后根据扫描结果选择可允许能量水平的信道。
找到合适的信道后，为这个新的网络选择一个个域网标识符(PANID)。
PANID可由网络形成请求时指定，也可以随机选择一个PANID(除广播PANID固定为0xFFFF外)，PANID 在所选信道中应该是唯一的。
PANID一旦选定，无线网关将选择16位网络地址0x0000作为自身短地址，同时进行相关设置。
完成设置后，通过MAC层发出网络启动请求，返回网络形成状态。
2、网络维护网络维护网络维护主要包括设备加入网络和离开网络过程。
当网络形成后，通过网络管理实体设定MAC层连接许可标志来判断是否允许其他设备加设备初始化为协调器入网络。
加入方式有联合方式和直接方式，在协议实现中采取直接加入网络方式。
这种方式下由待加入的设备发送请求加入信标帧，网关接收到后，网络管理实体首先判断这个设备是否已存在于网络。
存在，则使其加入网络；若不存在，则向设备发送信标帧，为这个设备分配一个网络中唯一的16位的短地址。
这里的信标帧是由网关无线协议MAC层生成作为PHY层载荷，它包含PANID、加入时隙分配等信息。
网内设备也可以请求断开网络。
当网关收到设备断开连接请求后，MAC层向网络层发送报告，开始执行断开流程，从设备列表中删除该设备相关信息。
网络层上层请求网络层发现当前在运行的网络：NLME NETWORK DISCOVERY.request(ScanChannels,ScanDuration)ScanChannels:高5为保留（b27~b31）,低27为分别表示27个有效信道，该位为1，表示扫描；为0不扫描。
ScanDuration：扫描时间，aBaseSuperframeDuration*(2^n+1),n为ScanDuration值。
网络层在家收到该原语后，将通过检查ScanChannels参数发现网络，如果该设备为一个FFD 设备，则执行主动的扫描。
构建zigbee网络总结
构建 ZigBee 网络总结概述ZigBee 是一种基于 IEEE 802.15.4 标准的无线通信协议，旨在提供低功耗、低数据率的短距离无线通信解决方案。
ZigBee 网络由一个或多个 ZigBee 设备组成，这些设备通过 ZigBee 协调器进行协调和管理。
本文将探讨构建 ZigBee 网络的关键步骤和注意事项。
步骤一：选择合适的硬件设备构建 ZigBee 网络的第一步是选择合适的硬件设备。
ZigBee 网络的设备分为三类：协调器（Coordinator）、路由器（Router）和终端设备（End Device）。
协调器是网络的主节点，负责组织和管理整个网络。
路由器允许设备之间进行中继和转发数据。
终端设备是网络中的最终节点，负责与其他设备进行通信。
在选择硬件设备时，需要考虑以下因素： - 功耗：如果是低功耗应用，选择低功耗的设备非常重要。
- 通信范围：根据项目需求选择合适的通信范围。
- 可靠性：确保设备的稳定性和可靠性。
- 成本：根据项目预算选择合适的硬件设备。
步骤二：设计网络拓扑结构在ZigBee 网络中，网络拓扑结构的设计非常重要。
常见的拓扑结构包括星型、网状和链状。
不同的拓扑结构适用于不同的应用场景。
星型拓扑结构星型拓扑结构是最简单和最常见的ZigBee 网络拓扑结构。
在星型拓扑结构中，所有设备都通过协调器进行通信。
该拓扑结构适用于需要集中管理的应用，例如家庭自动化系统。
网状拓扑结构网状拓扑结构允许设备之间进行多跳通信，提供了更强大的网络覆盖能力。
在网状拓扑结构中，路由器负责转发数据，并确保数据能够可靠地从源设备传输到目标设备。
该拓扑结构适用于需要大范围通信的应用，例如智能城市和工业自动化系统。
链状拓扑结构链状拓扑结构是一种特殊的网状拓扑结构，它只允许设备之间进行单向通信。
链状拓扑结构适用于需要按序传输数据的应用，例如传感器网络。
在设计网络拓扑结构时，需要考虑以下因素： - 设备位置：根据设备的位置选择合适的拓扑结构。
ZigBee网络层
在 ZigBee网络层中，采用的是分布式地址分配机 制。即每个父设备(只能是ZC 或ZR)拥有一个有限 的网络地址段，并可以从这些地址段中选择一些地 址分配给其子设备。
网络的最大深度（nwkMaxDepth）Lm、每个父设 备能最多连接子设备的数目（nwkMaxChildren） Cm、每个路由器能最多连接子路由器的数目 （nwkMaxRouters）Rm。
只有协调器节点和路由器节点才允许其他设备加入网络而在子设备加入网络过程中潜在父设备必须处于允许加入网络的过程中
ZigBee技术概述 ZigBee网络层分析 ZigBee网络层设计的实现
2
ZigBee技术是一种新兴的近距离、低复杂度、低 功耗、低数据速率(小于250kbit／s)、低成本、 工作2．4GHz和868／928MHz的无线网络技术。
12
ZigBee 网络层路由功能主要包括记录最佳有效路由、 维护路由表、为上层初始化路由选择以及 路由修复。其中路由选择是根据路由成本进行度 量,路由成本为组成路由的多跳链路成本之和。
13
⒋ 树状层次路由算法
假设一个路由器向网络地址为D的目的地址发送数据 包，路由器的网络地址为A，网络深度为d。路由器 将首先通过表达式：A ＜ D＜ A + Cskip( d-1 )
用途：智能家庭、工业控制、自动抄表、医疗监 护等。
特点：数据传输速率低、功耗低、成本低、网络 容量大 、时延短、有效范围小、安全等。
3
网络层（NWK）是位于MAC层与应用层（APL） 之间的一个协议层。
网络层的任务是通过正确操作MAC层提供的功能 来向应用层提供合适的服务接口。为了与应用层 交互，网络层逻辑上包含两个服务实体:数据服务 实体(NLDE)和管理服务实体（NLME）。
zigbee网络建立过程简介
星形网络和树型网络可以看成是网状网络的一个特殊子集，所以接下来分析如何组建一个Zigbee网状网络。
组建一个完整的Zigbee网络分为两步：第一步是协调器初始化一个网络；第二步是路由器或终端加入网络。
加入网络又有两种方法，一种是子设备通过使用MAC层的连接进程加入网络，另一种是子设备通过与一个先前指定的父设备直接加入网络。
一、协调器初始化网络协调器建立一个新网络的流程如图1所示。
图1 协调器建立一个新网络1、检测协调器建立一个新的网络是通过原语发起的，但发起原语的节点必须具备两个条件，一是这个节点具有ZigBee协调器功能，二是这个节点没有加入到其它网络中。
任何不满足这两个条件的节点发起建立一个新网络的进程都会被网络层管理实体终止，网络层管理实体将通过参数值为INVALID_REQUEST的的原语来通知上层这是一个非法请求。
2、信道扫描协调器发起建立一个新网络的进程后，网络层管理实体将请求MAC子层对信道进行扫描。
信道扫描包括能量扫描和主动扫描两个过程。
首先对用户指定的信道或物理层所有默认的信道进行一个能量扫描，以排除干扰。
网络层管理实体将根据信道能量测量值对信道进行一个递增排序，并且抛弃能量值超过了可允许能量值的信道，保留可允许能量值内的信道等待进一步处理。
接着在可允许能量值内的信道执行主动扫描，网络层管理实体通过审查返回的PAN描述符列表，确定一个用于建立新网络的信道，该信道中现有的网络数目是最少的，网络层管理实体将优先选择没有网络的信道。
如果没有扫描到一个合适的信道，进程将被终止，网络层管理实体通过参数仠为STARTUP_FAILURE的的原语来通知上层初始化启动网络失败。
3、配置网络参数如果扫描到一个合适的信道，网络层管理实体将为新网络选择一个PAN描述符，该PAN描述符可以是由设备随机选择的，也可以是在里指定的，但必须满足PAN描述符小于或等于0x3fff，不等于0xffff，并且在所选信道内是唯一的PAN描述符，没有任何其它PAN描述符与之是重复的。
zigbee 原理
zigbee 原理
Zigbee是一种无线通信协议，专门用于低功耗、短距离通信。
它基于IEEE 802.15.4标准，并且通过射频通信进行数据传输。
Zigbee的原理如下：
1. 网络拓扑：Zigbee网络由一个或多个设备组成，这些设备可以是传感器、控制器、终端设备等。
这些设备按照不同的拓扑结构组成网络，常见的拓扑结构包括星型、网状和树状结构。
2. 节点角色：在Zigbee网络中，不同的设备扮演不同的角色。
其中，协调器（Coordinator）是网络的核心，负责管理网络节
点和协调通信。
路由器（Router）用于转发数据，扩展网络范围。
终端设备（End Device）通常是最简单的设备，用于与其
他设备进行通信。
3. 数据通信：Zigbee使用无线射频通信方式，在2.4GHz频段
进行数据传输。
通信过程中，设备通过发送和接收数据帧进行交互。
数据帧中包含了一些必要的信息，如发送者、接收者、数据内容等。
4. 网络组建：Zigbee网络的组建过程通常包括扫描、加入和路由等步骤。
设备首先进行扫描，查找网络中可用的节点。
然后，设备可以加入到网络中，成为网络的一部分。
路由器设备可以通过建立多个路径，实现节点之间的数据传输。
5. 低功耗设计：Zigbee在设计上非常注重低功耗，以满足无线传感器网络的需求。
设备可以进入睡眠模式以节省能源，并且
可以通过唤醒信号来重新激活。
总的来说，Zigbee的原理是基于低功耗、短距离的无线通信，通过网络拓扑、节点角色、数据通信和低功耗设计等要素，实现设备之间的数据传输和协作。
Zigbee组网实验报告
Zigbee组网实验一．实验目的1.了解zigbee网络2.掌握zigbee节点程序下载方式3.掌握如何组建zigbee星状网络二．实验意义通过实验了解zibee网络的特点，体会其组网及通信过程三．实验环境PC机一台(内安装IAR环境)智能网关一个ZigBee节点ZigBee仿真器一套四．实验原理每一个星状网络中只有一个协调器，当协调器被激活后，它就会建立一个自己的网络。
其它位于协调器附近的zigbee节点，如果与该协调器处于同一信道，则会自动加入到该网络当中。
五．实验步骤一、认识实验设备以及下载设备连接连接线路如图所示：二、Zigbee网络组建1、协调器下载协调器在本套智能家居系统中担任信息收集与传输的工作，它和每个ZigBee模块进行无线通讯，并将信息传送给智能网关，同时也将网关的控制指令发送给各个模块。
我们首先将一个ZigBee模块下载成协调器，具体步骤如下：（1）打开“\实验程序\协调器\Projects\zstack\Samples\collector SimpleApp 1.25\ CC2430DB\SimpleApp.eww”。
如图1-6所示：（2）不同的实验小组选择自己所分配的信道。
点击左侧的文件导航栏，找到tools文件夹，打开其中的文件f8wConfig.cfg，找到自己小组的信道，将行的注释去掉，并且确认其他各个信道代码均为注释状态。
更改完信道之后，在菜单栏中选择Project\Rebuild All进行编译，编译完成后生成的HEX 文件保存在\实验程序\协调器\Projects\zstack\Samples\collectorSimpleApp1.25\CC2430DB\SimpleCollectorEB\Exe 中。
（3）更改完信道之后，在菜单栏中选择Project\Rebuild All进行编译，编译完成后生成的HEX文件保存在\实验程序\协调器\Projects\zstack\Samples\collectorSimpleApp1.25\CC2430DB\SimpleCollec torEB\Exe中；（4）打开smartRF下载软件，如图所示，按照图将下载设备的各个线连接好，之后按一下下载器（也就是白色盒子）上面的黑色按钮，则下载界面中将会识别到要与下载器相连接的zigbee模块芯片，如图所示，对相关条件进行勾选；2.其它zigbee终端节点的下载Zigbee终端节点在上电后自动加入到处于同一信道的zigbee协调器所组建的zigbee网络当中。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
【2017－2018学年第2学期】
【基本信息】
【开课部门】
青软实训
【实验课程】
ZigBee技术及应用实验
独立□ 非独立□
【实验项目】
ZigBee网络的建立
【项目类型】
基础综合□ 设计□
研究创新□ 其它□
【项目学时】
2
【学生姓名】
【学 号】
【专 业】
【班 级】
【同组学生】
【实验室名】
【实验日期】
②按键触发广播数据发送函数
SampleAPP_SendPeriodicMessage();
③接收端收到数据后LED1~LED3同时闪烁。
3、通过网络状态改变调用数据发送发送数据，接收端接收数据。（定时函数打开），其余步骤与步骤②相同。
4、路由器节点接收数据成功后，调用函数发送函数将数据发送给协调器：重新定义个MySendMessage函数，并声明一下。在MySendMessage函数中将地址模式改成单播地址。端点地址保持不动。并重新定义个新的簇ID #define SAMPLEAPP_MY_CLUSTERID 3。编译程序，并下载到ZigBee开发板中。
【教师Байду номын сангаас报告的最终评价及处理意见】
成绩（百分制）：（涂改无效）
教师：年 月 日
【实验报告】
1．实验目的：
1、掌握协议栈的运行机制
2、掌握协议栈的下载及调试
3、掌握协议栈信道设置
4、掌握协议栈PANID的设置
二．实验原理：
安装ZStack协议栈并分析代码，下载程序，协调器建立网络
三．实验设备：
ZigBee开发套件
四．实验步骤：
1、按键测试，通过亮灯情况判断ZigBee开发套件上的四个按键具体是SW哪个型号。
2、通过按键调用数据发送函数发送数据，同时接收端收到数据后进行相应的相应操作（智能家居）协调器发出指令，命令LED根据相应的指令做出相应的操作（广播模式）
①找到网络状态改变事件，定时函数（注释掉）。同时在网络状态改变成功之后，点亮LED1~LED3
5、通过定时事件发送数据。
五．实验总结：