《物联网系统设计与应用开发》课件5-1 任务1 ZigBee协议栈点对点通信

Zigbee协议栈简介01目录任务：点对点通信-无线点灯02ZigBee的特点（1）数据传输速率低：只有10~250kb/s，专注于低传输应用。（2）功耗低：在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月到2年的使用时间。由于不同应用具有不同的功耗，因此具体的使用时间还受具体应用场合的影响。（3）成本低：因为ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。（4）网络容量大：一个ZigBee设备可以与254个设备相连接，一个ZigBee网络可以容纳65536个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在100个ZigBee网络。（5）有效范围小：有效覆盖范围10~200m之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境。（6）工作频段灵活：使用的频段分别为2.4GHz、868MHz（欧洲）及915MHz（美国），均为免执照频段。ZigBee无线网络通信信道分IEEE802.15.4(ZigBee)工作在ISM频带，定义了两个频段，2.4GHz频段和896/915MHZ频带。在IEEE802.15.4中共规定了27个信道：•在2.4GHz频段，共有16个信道，信道通信速率为250kbps;•在915MHz频段，共有10个信道，信道通信速率为40kbps;在896MHz频段，有1个信道，信道通信速率为20kbps。ISM频段信道分布图如图所示。应用领域ZigBee技术的应用领域主要包括家庭和楼宇网络、工业控制、公共场所、农业控制、商业和医疗等。其应用领域如图所示。ZigBee网络设备主要分为三种：协调器（Coordinator）：协调器负责启动整个网络，它也是网络的第一个设备。一个ZigBee网络只允许一个协调器。协调器选择一个信道和一个网络ID(也称之为PANID，即PersonalAreaNetworkID)，随后启动整个网络。路由器（Router）：主要负责无线网络数据的路由转发，参与数据包的转发、路由发现和路由维护，以及关联其他节点来扩展网络。终端节点（EndDevice）：主要负责无线网络数据的采集。ZigBee设备类型ZigBee网络的拓扑结构ZigBeeCoordinator（协调器）ZigBeeRouter（路由器）ZigBeeEndDevice（终端节点）ClusterTree串Mesh网Star星1、信道2.4~2.4835GHz频段有16个独立的信道，每个信道间隔为5MHz11~26信道：

默认为11信道:0x800ZigBee基本概念2、PANID（personalareanetwork,PAN）PANID指网络编号，用来区分不同的ZigBee网络。协调器是通过选择网络信道及PANID来启动一个无线网络的。PANID的有效范围为0~0x3FFF。若PANID参数设置为0xFFFF，协调器将根据自身的IEEE地址建立一个随机的PANID分配。PANID可以看做班级名称。二ZigBee基本概念ZigBee基本概念3、IEEE物理地址每个ZigBee设备都有一个64位的IEEE长地址，即MAC地址。物理地址是在出厂时候初始化的。它是全球唯一的。就像身份证ID，每个人一个。4、

网络地址网络地址也称短地址，通常用16位的短地址来标识自身和识别对方，对于协调器来说，短地址始终为0x0000，对于路由器和节点来说，短地址由其所在网络中的协调器分配。就像学生的学号二ZigBee基本概念zigbee协议栈1协议与协议栈协议定义的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通信。协议栈是协议的具体实现形式，可通俗地理解为代码实现的函数库，以便于开发人员调用。2、Zigbee的协议分为两部分：IEEE802.15.4：定义了物理层和数据链路层技术规范，zigbee联盟：定义了网络层、安全层和应用层技术规范。Zigbee协议栈：就是将各层定义的协议都集合在一起，以函数的形式实现，并提供一些应用层API供用户调用。ZigBee协议的体系结构zigbee协议栈3Zigbee协议栈开发的基本思路（1）借助TI提供的协议栈中例程SampleApp进行二次开发，用户不需要深入研究复杂的zigbee协议栈，这样可以减轻开发者的工作量。（2）zigbee无线传感器网络中数据采集，只需要用户在应用层加入传感器的读取函数和添加头文件即可实现。（3）如果考虑节能，可以根据数据采集周期（zigbee协议栈例程已经开发了定时程序）进行定时，时间到就唤醒zigbee终端节点，终端节点被唤醒后，自动采集传感器数据，然后将数据发给路由器或直接发给协调器，即监测节点定时汇报监测数据。（4）协调器根据下发的控制命令，将控制信息转发到具体的节点即控制节点，等待控制命令下发。一zigbee协议栈简介4Z-Stack协议栈的目录结构一zigbee协议栈简介Z-Stack协议栈软件层次APP用户应用程序目录HAL硬件接口层目录MAC、NWK底层封装目录(无源码)MT串口操作工具目录OSAL操作系统抽象层目录ZMAIN协议栈入口目录ZDO设备对象层管理代码目录TOOL工程配置文件目录(信道、PANID)等5Z-Stack协议栈软件层次zigbee协议栈（1）App应用层目录（ApplicationProgrammingInterface，API）：一般都是在App应用层目录下编写自己的应用程序源代码zigbee协议栈（2）硬件层目录（HardwareAbstractLayer，HAL）zigbee协议栈（3）介质访问控制层（MediaAccessControl，MAC）zigbee协议栈（4）监控调试层目录（MonitorTest，MT）zigbee协议栈（5）网络层目录（NetworkLayer，NWK）zigbee协议栈（6）协议栈的操作系统（OperatingSystemAbstractionLayer，OSAL）zigbee协议栈（7）应用框架层目录(ApplicationFarmework，AF)zigbee协议栈（8）安全层目录zigbee协议栈（9）Zigbee和802.15.4设备的地址处理函数目录zigbee协议栈（10）工程配置目录zigbee协议栈（11）Zigbee设备对象（ZigbeeDeviceObjects，ZDO）zigbee协议栈（12）Z-StackMAC移植层目录（Z-StackMAC，ZMac）zigbee协议栈（13）Zigbee协议栈的主程序（Zigbeemain，ZMain）zigbee协议栈（14）输出文件目录zigbee协议栈四ZigBee协议术语（1）节点（device）：一个设备就是一个节点，一个设备有一个无线射频端，具有唯一的IEEE地址和网络地址。（2）端点（endpoint）：8位字段，描述一个射频端所支持的不同应用。0x00：寻址文件配置；0xff：用来寻址所有活动端点；0xf1~0xfe预留。所以一个物理ZigBee射频端在端点0x01~0xf0上共支持240个应用，即一个物理信道最多可能有240个虚拟信道。节点和端口（endpoint）的关系：每个节点最多有240个端口，每个节点所有端口共用一个发射/接受天线，不同节点上的端口之间可以进行通信。节点2上端口1和端口2的网络地址是相同的，仅仅通过网络地址无法区分，所以在发送数据时不但要指定网络地址，还要指定端口号。结论：使用网络地址来区分不同的节点；使用端口号来区分同一节点上的端口。ZigBee网络通信的实质就是端点到端点的数据交换。ZigBee协议术语（3）Profile（规范）：在ZigBee网络中进行数据收发都是建立在应用规范（ApplicationProfile）基础上，不同的应用规范规定不同的应用领域，每个应用规范都有一个ID来标识。profID应用规范是为了使不同厂商的产品可以相互兼容，这些规范是由ZigBee联盟定义的。智能家居商业楼宇自动化ZigBee协议术语（4）簇（cluster）：一个ZigBee节点会有很多属性，每个属性都有自己的值。一个簇（cluster）实际上是一些相关命令和属性的集合，这些命令和属性一起被定义为一个应用接口。在整个网络中，每个簇都被分配了一个唯一的簇ID（clusterID）。簇的作用主要在于发送方和接收方关于通信的一种约定，接收方根据接收到的信息的簇ID来判定要对接收到的信息进行怎样的处理。簇可简单理解为设备的子功能数。（5）TaskID（任务编号）：即任务ID，OS负责分配的，也就是对一个事件作一个唯一的编码，在每一个任务的初始化函数中，必须完成的功能是要得到设置任务的任务ID。相当于一个任务的标识，以区分不同的任务，任务ID不能重复。任务：无线点灯实现功能：两个ZigBee节点进行点对点通信，ZigBee节点2发送“123”三个字符，ZigBee节点1收到数据后，对接收到的数据进行判断，如果收到的数据是“123”，则使开发板上的LED灯闪烁。任务：无线点灯协调器上电后，会按照编译时给定的参数，选择合适的信道、合适的网络号，建立ZigBee无线网络，这部分内容读者不需要写代码实现，ZigBee协议栈已经实现了。终端节点上电后，会进行硬件电路的初始化，然后搜索是否有ZigBee无线网络,如果有ZigBee无线网络再自动加入，然后发送数据到协调器，最后使LED闪烁。任务要求及注意1下载程序观察实验现象。2注意事项：（1）打开程序后，选择协调器（coordinater）或终端（endDevice），先运行Projec→clean，然后再运行rebuildall，再下载到开发板中。注意：下载完成后记住区分开协调器节点和终端节点。（2）配置PANID和信道；对于多组同时进行实验，组别间的信道Channel和PANID至少要有一个不同。如果组别间的信道Channel和PANID都相同，则会产生相互干扰，影响实验效果.实验现象实验现象：协调器节点通电自动建立一个网络，终端节点加入网络，D3灯闪烁，加入网络后D3熄灭，表示组网成功。组网成功后，终端节点发送字符串“123”，协调器收到“123”后D1灯闪烁。感谢观看THANKYOUPleasereplacetext,clickaddrelevantheadline,modifythetextcontent,alsocancopyyourc