Zigbee组网流程
实验-ZigBee组网
实验-ZigBee组⽹实验：ZigBee基本通信实验⼀、实验⽬的1．了解ZigBee协议及其在软件上如何实现。
2．学习使⽤sniffer嗅探⽹络节点之间通信数据包并分析数据包。
3. 学习Zigbee⽹络组⽹及路由选择。
⼆、实验内容1．基于z-stack协议栈的组⽹及数据传输。
2．使⽤sniffer抓取节点之间传输的数据包并分析数据包组成。
三、实验设备1．IAR开发平台环境2．ZigBee开发套件3．Sniffer抓包⼯具（软件和硬件）实验开发套件的领取注意事项：1、每周五上午1-2节可到电信5号楼东303A房间，协同创新中⼼找蓝伟涛学长（领取FPGA开发板）或电信1号楼515室找赵曜学长（领取Zigbee开发套件）。
2、每个⼩组以组长为代表签字领取⼀套开发套件，并在三周内归还。
请爱护实验套件，归还时确保所有部件完好齐全。
3、实验中若有问题可在周五上午1-2节课时间去上述地址找两位助教答疑。
四、实验原理1，ZigBee协议概述ZigBee作为⼀种⽆线通信标准，它是以IEEE802.15.4⽆线通信技术为基础的⼀组涉及到⽹络、安全和应⽤⽅⾯的软件协议。
它是⼀种短距离、低复杂度、低功耗、地数据传输速率和低成本的双向⽆线通信技术。
该技术可以应⽤于超低功耗率损耗的⽆线⽹络中，它满⾜ISO/OSI参考模型。
其物理层和MAC层采⽤了IEEE802.15.4标准；ZigBee联盟定义了上层部分，包括⽹络层和应⽤层。
⽆线通信⽹络软件以z-stack作为ZigBee的协议栈，硬件为基于CC2530-ZigBee开发套件。
2 设备类型(Device Types)在ZigBee⽹络中存在三种逻辑设备类型：Coordinator(协调器)，Router(路由器)和End-Device(终端设备)。
ZigBee⽹络由⼀个Coordinator以及多个Router和多个End_Device组成。
在ZStack-CC2530-2.3.1-1.4.0中⼀个设备的类型通常在编译的时候通过编译选项确定。
Zigbee组网流程——理论
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NLME_NETWORK_FORMATION.request发起的，但发起NLME_NETWORK_FORMATION.request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NLME_NETWORK_FORMATION.confirm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NLME_NETWORK_FORMATION.confirm的原语来通知上层初始化启动网络失败。
zigbee组网方案
zigbee组网方案Zigbee是一种基于IEEE 802.15.4标准的低功耗、低速率、短距离无线通信技术。
Zigbee通信协议通常被应用于物联网领域，而Zigbee组网方案则是实现这一点的关键。
一、Zigbee技术的优势Zigbee组网方案之所以受到广泛的关注和应用，是因为它具有以下的优势：1.低功耗：Zigbee是一种低功耗的无线通信技术，通过使用短时间的周期性传输来降低功耗，同时在通信过程中会控制射频功率，以达到更低的能耗。
2.价格低廉：Zigbee组网所需要的硬件和软件的成本都非常低廉，这使得它在普通家庭生活中得到了广泛的应用。
3.简单的网络拓扑：Zigbee的组网拓扑结构非常简单，由于其支持多种不同的拓扑结构，因此适用于各种不同的应用场景。
4.安全可靠：Zigbee具有高度的安全性和可靠性，支持多种不同的加密方式，能够保证网络传输的安全性和数据的完整性。
二、Zigbee组网方案的组成部分Zigbee的组网方案由三个不同的组成部分组成：1.协调器（Coordinator）：负责管理整个Zigbee网络，具有最高的权限和范围。
在Zigbee网络中只有一个协调器。
2.路由器（Router）：负责转发和路由信息，具有一定的范围和权限。
在Zigbee网络中可有多个路由器。
3.端节点（End Device）：具有最低的范围和权限。
在Zigbee 网络中可以有多个端节点。
三、Zigbee组网方案的拓扑结构Zigbee支持多种不同的拓扑结构，包括：1.星型拓扑结构（Star Topology）：所有设备都连接到一个中心节点（协调器）。
2.网状拓扑结构（Mesh Topology）：所有设备都连接到其他设备，形成一个复杂的网络结构。
3.混合拓扑结构（Hybrid Topology）：网状拓扑结构和星型拓扑结构的混合。
四、Zigbee组网方案的应用场景Zigbee组网方案通常应用于以下场景：1.智能家居系统：Zigbee组网技术可以使设备之间更方便地进行连接和通信，从而实现安全、便捷、节能等目标。
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组网方案
zigbee组网方案Zigbee组网方案简介Zigbee是一种低功耗、近距离的无线通信技术，主要应用于物联网领域。
它基于IEEE 802.15.4标准，通过无线信号传输数据，可以实现设备之间的互联和通信。
本文将介绍Zigbee组网的原理以及常见的组网方案。
Zigbee组网原理Zigbee组网主要由三个组成部分组成：协调器（Coordinator），路由器（Router）和终端设备（End Device）。
协调器是整个网络的中心，负责管理和控制整个网络，并在必要时与外部网络通信。
路由器可以通过多跳方式将数据传输到不同的节点，终端设备是网络中的终端节点，主要用于数据的采集和传输。
Zigbee网络采用星状拓扑结构，协调器位于网络的中心，路由器和终端设备通过与协调器的连接来建立网状拓扑结构。
这种结构可以保证网络的稳定性和可靠性。
组网过程中，首先需要进行网络的初始化和配置。
协调器将会发出一个网络启动信号，其他设备在接收到信号后可以加入已有网络或创建一个新的网络。
随后，设备会通过Zigbee的网络协议进行数据的传输和交换。
协议包括了设备之间的通信规则、数据的格式和传输的方式。
Zigbee组网方案Zigbee组网方案有两种常见的方式：单主结构和多主结构。
单主结构在单主结构中，只有一个协调器作为网络的中心，其他设备通过与协调器的连接来进行通信。
这种结构的优点是简单和易于部署，适用于规模较小的网络。
然而，由于只有一个协调器，整个网络的稳定性和可靠性会受到限制。
多主结构多主结构中，可以有多个协调器作为网络的中心。
这种结构的优点是能够提供更高的灵活性和可扩展性，并且可以实现区域之间的连接和通信。
每个协调器都可以管理一部分设备和节点，通过多跳方式实现数据的传输。
然而，多主结构的部署和管理相对复杂，需要更多的设备和资源。
Zigbee网络拓扑结构除了单主结构和多主结构之外，Zigbee还支持多种拓扑结构，包括星状、网状、树状和混合结构。
ZIGBee组网流程
ZIGBee组网流程第一个功能：协调器的组网，终端设备和路由设备发现网络以及加入网络//第一步：Z-Stack 由main（）函数开始执行，main（）函数共做了2 件事：一是系统初始化，另外一件是开始执行轮转查询式操作系统int main( void ){.......// Initialize the operating systemosal_init_system(); //第二步，操作系统初始化......osal_start_system(); //初始化完系统任务事件后，正式开始执行操作系统......}//第二步，进入osal_init_system()函数，执行操作系统初始化uint8 osal_init_system( void ) //初始化操作系统，其中最重要的是，初始化操作系统的任务{// Initialize the Memory Allocation Systemosal_mem_init();// Initialize the message queueosal_qHead = NULL;// Initialize the timersosalTimerInit();// Initialize the Power Management Systemosal_pwrmgr_init();// Initialize the system tasks.osalInitTasks(); //第三步，执行操作系统任务初始化函数// Setup efficient search for the first free block of heap.osal_mem_kick();return ( SUCCESS );}//第三步，进入osalInitTasks()函数，执行操作系统任务初始化void osalInitTasks( void ) //第三步，初始化操作系统任务{uint8 taskID = 0;tasksEvents = (uint16 *)osal_mem_alloc( sizeof( uint16 ) * tasksCnt);osal_memset( tasksEvents, 0, (sizeof( uint16 ) * tasksCnt));//任务优先级由高向低依次排列，高优先级对应taskID 的值反而小macTaskInit( taskID++ ); //不需要用户考虑nwk_init( taskID++ ); //不需要用户考虑Hal_Init( taskID++ ); //硬件抽象层初始化，需要我们考虑#if defined( MT_TASK )MT_TaskInit( taskID++ );#endifAPS_Init( taskID++ ); //不需要用户考虑#if defined ( ZIGBEE_FRAGMENTATION )APSF_Init( taskID++ );#endifZDApp_Init( taskID++ ); //第四步，ZDApp层，初始化，执行ZDApp_init函数后，如果是协调器将建立网络，如果是终端设备将加入网络。
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)。
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。
如果为一个RFD设备，倘若设备实现主动扫描，那么他会执行主动的扫描，否则
一个合适的父节点需要满足三个条件：匹配的PAN标志符、链路成本最大为3、允许连接，为了寻找合适的父节点，NLME_JOIN.request原语请求网络层搜索它的邻居表，如果邻居表中不存在这样的父节点则通知上层，如果存在多个合适的父节点则选择具有最小深度的父节点，如果存在多个具有最小深度的合适的父节点则随机选择一个父节点。