Zigbee无线传感器网络组网实验

0 引 言
无线传感器是集传感器单元 、控制器和无线通信模块 于一体的 , 集数据采集 、数据计算和无线通信于一身的资 源受限的嵌入式设备 , 由这些微型传感器组成的无线传感 器网络能协作地感知 、采集和处理网络覆盖的地理区域中 感知对象的信息 , 并对信息进行处理及发布给观察者 。
无线传感器网络是一种特殊的 Ad-H oc 网络 , 网络中 节点密集 、数量巨大且部署在十分广泛的区域 ;网络拓扑 结构动态变化 , 网络具有自组织和调整的特点 。网络节点 成本低体积小 、能量极其有限 。目前发展前景最大的无线 传感器网络是基于 IEEE802 .15 .4 标准的 Zigbee 无线网 络 。Zigbee 是一种新兴的近距离 、低复杂度 、低功耗 、低数 据速率 、低成本的无线网络技术 , 它是一种介于无线标记 技术和蓝牙之间的技术方案 , 主要用于近距离无线连接 。
Abstract:Zigbee lo w pow er w ir eless netw o rks, as the fittest plane fo r WSN in ex isting , a re paid a ttention to inc reasing ly by peo ple . T his paper intr oduces the pr ocess and the re lated algo rithms of for ming ne two rk . Subsequently , throug h the dev elo pment too l pro vided by M ichro chip, acco rding to the pro tocol and co de abo ut Zigbee , the e xperiment o n the opera tion of establishing , permitting to join , and requesting to attend by RFD fo r F FD co ordinato r is proposed.The results indicate that after intro dcing the Zigbee into the wirele ss senso r netw or k, it can fulfill the functio n o f WSN well and mee t the r equirement of transmission and po we r for WSN . Keywords:Zigbee ;WSN ;T SZ-008;W PA N
网络协调器建立了新的网络后 , 可允许其他设备加入 到网络中 。若协调器想将其他新设备加入到网络中 , 可通 过向网络层发布允许加入请求原语来启动加入操作 。网 络层接收到允许加入请求原语后 , 检查原语中允许持续时 间参数的值 , 若允许持续时间参数为 0x00 , 则网络层管理 实体会发布设置请求原语 , 将 M AC 子层的 M AC 连接允 许 PIB 属性置为假 。 若允许持续时间参数为 0x01 与 0xfe 之间的某个值 , 则置 M AC 子层的 M AC 连接允许 PIB 属 性为真 , 并启动一个定时器 , 定时器经过一段指定的持续 时间后终止 。 而后 , 网络层管理实体重新置 M AC 连接允 许 PIB 属性为假 。若允许持续时间参数为 0xff , 网络层管 理实体将令 MA C 连接允许 PIB 属性在所有的时间内一直 为真 , 直到另一个允许加入请求原语被发布 。
一个 WSN 网络应至少由 3 个或 3 个以上 Zigbee 节点 设备组成 , 每个节点在网络中实现的功能是固定的 , 只需 将协调器源码 、路由器源码及 RFD 终端源码固化到相应 的协调器 、路由器及 RFD 终端设备中即可进行网络的测
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试实验 。 2 .2 FFD 协调器建立网络
如果有其他设备想要加入网络 , 潜在父亲的网络管理 实体首先要确定是否想要加入的设备已经存在于网络中 。 网络管理实体将搜索它的邻居表 , 查找是否存在匹配的 64 位扩展地址 。若找到了匹配的地址 , 则管理实体将获得一 个相应的 16 位网络 地址 , 并 将之 通过响 应原语 返回 给 MAC 子层 。若没有找到匹配的地址 , 则网络层管理实体 将为新设备分配一个唯一的 16 位地址 。如果加入请求被 批准 , 父亲设备的网络层管理实体会将孩子设备的信息加 入它的邻居表 。并通过向 M AC 子层发布连接响应原语表 明连接已成功 。而孩子设备的响应情况将通过 MAC 子层 发布的通信状态指示原语返回给网络层 。
相关源代码如下 : 建立网络 : case N L M E N ET WO RK F O RM A T IO N co nfirm : if (! params .N L M E N ET WO RK F O RM A T ION confirm .Status) { Conso leP utRO M String((RO M char ＊)"P AN "); P rintCha r(macPI B.macP A NId .by te.M SB ); P rintCha r(macPI B.macP A NId .by te.L SB ); ConsolePutRO M String ((RO M char ＊)" star ted successfully .r n"); par ams.N LM E PE RM I T JOIN IN G request . Per mitDura tion = 0x FF ; cur rentPrimitive = N LM E PE RM I T JO IN IN G request ; } els e { PrintCha r( par ams.N LM E N ET WO RK FO RM A T IO N confirm .Status );ConsolePutROM String((RO M char ＊)" Err or fo rming ne tw o rk .T rying ag ain...r n"); currentP rimitive = N O P RIM IT I VE ; } break ; 允许其他设备加入网络 : case N L M E P ERM IT JO IN ING co nfirm : if (! pa rams .N L M E P ERM IT JOIN IN G confir m . S t at u s) { ConsolePutROM String ((ROM char ＊)"Joining pe rmit ted .r n"); currentP rimitive = N O P RIM IT IV E ; } els e {
2 WSN 组网实验
本实验是基于 TSZ-008 系列开发套件对 Zigbee 无线 传感器网络路由的建立与确认等操作进行的 。 2 .1 Zigbee 无线传感器节点硬件设计
要创建 WSN 节点 , 应具备以下的组件 :一片带 SPITM 接口的 PIC18F 单片机 ;一个带有所需外部元件的 RF 收 发器芯片 CC 2420 ;一根天线 , 可以是 PC B 上的引线形成的 天线或单极天线 。
控制器通 过 SPI 总线与 RF 收 发器芯片 CC2420 相 连 。控制器充当 SPI 主器件而 CC2420 充当从器件 。 控制 器实现了 IEEE 802 .15 .4 M AC 层和 Zigbee 协议层 。它还 包含了特定的应用逻辑 , 并使用 SPI 总线与 RF 收发器交 互 。M icrochip 协议栈提供了完全集成的驱动程序 , 免除 了主应用程序管理 RF 收发器功能的任务 。如果需要 , 可 以将某些非 SPI 控制信号重新分配到其他端口引脚以适 合应用的硬件 。在这种情况下 , 必须修改物理层接口定义 来包括正确的引脚分配 。
信息技术
电 子 测 量 技 术 ELEC TRON IC M EAS UREM EN T TEC HNO LOGY
第 30 卷 第 5 期 2007 年 5 月
Zigbee 无线传感器网络组网实验
李小珉1 赵志宏2 郭 志3
(1.海军工程大学 武汉 430033 ; 2 .沈阳炮兵学院 沈阳 110162 ; 3 .石家 庄陆军指挥学院 石家庄 050084)
第 30 卷
电 子 测 量 技 术
实体将审查返回的个域网描述符表 , 并找出 ID 表中编号 最低的通道 。
若找到了合适的通道 , 网络层管理实体将为新的网络 选择一个个域网的 ID 标识符 。 ID 值被选定后如果与现有 个域网的 ID 值没有冲突 , 则该值将成为新网络的 ID 。否 则 , 设备将随机选择一个个域网标识符 , 以保证其个域网 ID 既非广播个域网标识符(0xffff), 且在可选通道的网络 中是独一无二 的 。 一旦网络 管理实 体确定了 个域网 ID 值 , 它将 选定 一个值 为 0x0000 的 16 位网 络地 址 , 并置 M AC 子层的 M AC 地址 PIB 属性为选定的网络地址 。然 后 ,网络层管理实体向 M AC 子层发布开始请求原语 , 开始 对新个域网进行操作 。
它依据 802 .15 .4 标准 , 在数千个微小的传感器之间实现 了相互协调和通信 。
1 无线传感器网络的组网
通常只有网络协调器才能建立一个新无线传感器 网络 。 协调器可通过向网络层发送网络形成请求原语请 求建立新网 络 , 收到 请求原 语后 , 网络层 管理实 体会 向 MAC 子层请求对某一指定通道或是默认的可利用通道进 行能量检测扫描 , 扫描的结果将通过 M AC 子层回复的扫 描确认原语被返回 。
若返回的结果为能量检测扫描成功 , 网络层管理实体 会根据能量测试的结果 ,抛弃那些能量值在可接受标准之 上的通道 。 接着 , 网络管理实体第二次发布扫描请求原语 进行主动扫描 。 通过主动扫描即可完成对其他 Zigbee 设 备的查找 。 为了确定建立新网络的最佳通道 , 网络层管理