无线传感器网络(8)

TI公司为Z-Stack协议栈中提供了一个名为操作系统抽象层OS
AL的协议栈调度程序。对于用户来说，除了能够看到这个调 度程序外，其它任何协议栈操作的具体实现细节都被封装在库 代码中。用户在应用开发时只能通过调用API接口来进行，而 无法知道ZigBee协议栈实现的具体细节
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8.1.2 Z-Stack协议栈基本概念
无线传感器网络
第8章 Z-Stack协议栈
计算机科学系 宋文强
什么是协议栈？
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，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，进而实现无线数据收发。 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。
到的信息进行怎样的处理。
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8.1.2 Z-Stack协议栈——路由
路由能够自愈ZigBee网络 如果某个无线连接断开了，路由功能又能自动寻找
一条新的路径避开那个断开的网络连接。这就极大
地提高了网络的可靠性，同时也是ZigBee网络的
一个关键特性。
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8.1.2 Z-Stack协议栈——协议栈规范
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8.2.2 Sample Application工程概况
工程中的每个设备都可以发送和接收两种信息： （1）周期信息 设备加入网络后，每隔5s发送一个周期信息，该信息的数 据载荷为发送信息的次数 （2）闪烁信息 按下SW1发送一个控制LED灯闪烁的广播信息，该广播信 息只针对组1内的所有设备。 所有设备初始化后都被加入组1，所以网络一旦建立完成便 可执行LED闪烁 按下SW2退出组1，不再接收来自组1的消息 再次按下SW2又可以加入组1，再次接收来自组1的消息
路由器或者终端设备可以加入任意一个已设定信道上的网 络而不去关心PANID。
PANID用于在逻辑上区分同一地区或者同一信道上的ZigB ee节点，在不同地区或者同一地区不同的信道可以使用同 一PANID。
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8.1.2 Z-Stack协议栈——地址
ZigBee设备有两种类型的地址。 64位IEEE地址，即MAC地址 64位地址是全球唯一的地址，设备将在它的生命周期中一 直拥有它。它通常由制造商或者被安装时设置。这些地址 由IEEE来维护和分配。
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8.1.1 Z-Stack协议栈简介
TI公司在推出CC2530射频芯片同时，也向用户提供了ZigBee
协议栈软件——Z-Stack。 这是一款经过ZigBee联盟的认可，为全球众多开发商所广泛 采用的商业级协议栈 使用IAR Embedded Workbench for 8051作为集成开发环境
一个特定应用通过它被执行。
ZDO的Endpoint为0，其他应用程序的Endpoint
从1~240，241~255保留未用。
关于EndPoint的理解就是虚拟链路。
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8.1.2 Z-Stack协议栈——拓扑结构
ZigBee技术具有强大的组网能力，可以形成星型
、树型和MESH网状网，可以根据实际项目需要来
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8.2 Sample Application工程
工程路径：
C:\Texas Instruments \Z-Stack-CC2530-2.5. 0\Project\Z-Stack\Sa mples\CC2530DB\Sa mpleApp.ewp
实际应用时，创建工 程的路径不要层次太 多，否则有可能打不 开，或者运行速度很 慢
6ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
协议栈是协议的实现
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。 商业化的协议栈给用户写好了底层的代码，符合协议标准，提供一个功 能模块供用户调用。 用户需要关心的就是应用逻辑，数据从哪里到哪里，怎么存储、处理， 还有系统内设备之间的通信顺序。 当应用需要数据通信时，调用组网函数组建想要的网络； 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；接收端 就调用接收函数； 当设备闲置时，调用睡眠函数；工作时调用唤醒函数。 当用户做具体应用时，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。除非你要做协议研究。 每个厂商的协议栈有区别，即函数名称和参数可能有区别，要看具体的 例子、说明文档。
16位网络地址
16位地址为网络地址是当设备加入网络后分配的，协调器 按照一定的算法进行分配。它在网络中是唯一的，用来在 网络中鉴别设备和发送数据。
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8.1.2 Z-Stack协议栈——数据传送方式
（1）单点传送(Unicast) 将数据包发送给一个已经知道网络地址的网络设备。 （2）间接传送(Indirect) 当应用程序不知道数据包的目标设备在哪里的时候使用的模 式。从发送设备的栈的绑定表中查找目标设备。这种特点称 之为源绑定。当数据向下发送到达栈中，从绑定表中查找并 且使用该目标地址。 这样，数据包将被处理成为一个标准的单点传送数据包。如 果在绑定表中找到多个设备，则向每个设备都发送一个数据 包的拷贝。
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安装之后的资源管理器窗口
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内容说明
Components，存放库的文件夹，里面放了一些我 们用到的 ZDO，driver，hal，zcl 等库的代码 Documents，存放 TI 的开发文档，里面很多都是 讲述协议栈的 API Projects，存放 TI 协议栈的例程序，一个个例程 序都是以 project的形式提供的，学好这些例程序 里面的一两个，基本上就能做事情了 Tools，存放 TI 例程序的一些上位机之类的程序， 作为工具使用
15，20，25，26信道与Wi-Fi信道冲突较小
蓝牙 基本不会冲突。无绳电话尽量不与ZigBee同时使用
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8.1.2 Z-Stack协议栈——PANID
16位ID值——用来标识唯一一个ZigBee网络，主要是用于 区分网络，使得同一地区可以同时存在多个ZigBee网络。 取值范围是0x0000～0x3FFF。 当设置为0xFFFF时，协调器可以随机获取一个16位的PA NID建立一个网络。
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8.1.2 Z-Stack协议栈——信道
ZigBee采用直接序列扩频（DSSS）在工业科学医疗(ISM) 频段，2.4GHz(全球)、915MHz(美国)和868MHz(欧洲)。 在2.4G频段上IEEE802.15.4/ZigBee规定了16个信道,每个 信道频带宽度为5MHz。 ZigBee与其他通信协议的信道冲突：
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ZigBee 协议栈
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。
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安装协议栈
双击
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安装过后的启动
/z-stack 详情访问这个网址
ZigBee联盟定义指定。在同一个网络中的设备必须符合同一 个协议栈规范（同一个网络中所有设备的协议栈规范必须一 致）。 ZigBee联盟为ZigBee协议栈2007定义了2个规范：ZigBee 和ZigBee PRO。所有的设备只要遵循该规范，即使在不同 厂商买的不同设备同样可以形成网络。 ZigBee和ZigBee PRO之间最主要的特性差异就是对高级别 安全性的支持。高级别安全性提供了一个在点对点连接之间 建立链路密匙的机制，并且当网络设备在应用层无法得到信 任时增加了更多的安全性。像许多PRO特性那样，高级安全 特性对于某些应用而言非常有用，但在有效利用宝贵节点空 间方面却付出很大代价。
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（4）组寻址 当应用程序需要将数据包发送给网络上的一组设备 时，可以使用组寻址。 在使用这个功能之前，必须在网络中定义组 组可以用来关联间接寻址 绑定表中找到的目标地址可能是单点传送或者是一 个组地址 广播发送可以看作是一个组寻址的特例
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8.1.2 Z-Stack协议栈——端点
端点（EndPoint）：为实现一个设备描述而定义 的一组群集，定义了一个设备内的一个通信实体，
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8.2.3 Sample Application工程初始化与事件处理
Z-Stack协议栈的核心是事件的产生和事件的处理 Z-Stack协议栈各层的初始化是事件处理的前提
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8.2.3 Sample Application初始化函数
void SampleApp_Init( uint8 task_id ) { SampleApp_TaskID = task_id; SampleApp_NwkState = DEV_INIT; SampleApp_TransID = 0;
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数据传送方式——广播传送
（3）广播传送(broadcast) 当应用程序需要将数据包发送给网络的每一个设备时，使用 这种数据传送方式。目标地址可以设置为下面广播地址的一 种： ①(0xFFFF)——数据包将被传送到网络上的所有设备，包括睡 眠中的设备。对于睡眠中的设备，数据包将被保留在其父亲 节点直到查询到它，或者消息超时。 ②(0xFFFD)——数据包将被传送到网络上的所有在空闲时打开 接收的设备，也就是说，除了睡眠中的所有设备。 ③(0xFFFC)——数据包发送给所有的路由器，包括协调器。
1）协调器 负责启动整个网络，也是网络的第一个设备。协调器选择一个信道和一 个PAN ID（即Personal Area Network ID)，随后启动整个网络。 协调器也可以用来协助建立网络中安全层和应用层的绑定(bindings)。 协调器的角色主要涉及网络的启动和配置。一旦这些都完成后，协调器 的工作就和一个路由器相同。由于ZigBee网络本身的分布特性，因此接 下来整个网络的操作就不再依赖协调器是否存在。 2）路由器 功能：允许其他设备加入网络，多跳路由协助由电池供电的子终端设备 的通讯。 通常，路由器需要一直处于活动状态，因此必须使用主电源供电。但是 当使用树这种网络拓扑结构时，允许路由器间隔一定的周期操作一次， 这样就可以使用电池给其供电。 3）终端设备 终端设备没有维持网络结构的职责，它可以睡眠或者唤醒，因此可以是 由电池供电的设备。 通常，终端设备对存储空间(特别是RAM的需要)比较小。