畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機的無線監(jiān)控軟件的實踐（含源代碼）

1、本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）如需源代碼，開題報告，外文翻譯，聯(lián)系qq153893706題 目: 基于單片機的無線監(jiān)控軟件的實踐 姓 名: 學(xué) 院: 專 業(yè): 班 級: 學(xué) 號: 指導(dǎo)教師: 職稱: 2010 年 5月 30 日南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)處制目 錄摘要3關(guān)鍵詞3abstract3key words3第一章 緒論411 課題的研究背景與意義412國內(nèi)外研究現(xiàn)狀513 本文主要研究內(nèi)容614論文結(jié)構(gòu)6第二章 zigbee技術(shù)分析72.1 zigbee與無線通訊72.1.1 zigbee的產(chǎn)生722 zigbee網(wǎng)絡(luò)類型82.2.1星形網(wǎng)絡(luò)92.2.2樹狀網(wǎng)絡(luò)92.2.3網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)923 zigbee協(xié)

2、議的層結(jié)構(gòu)及功能102.3.1物理層102.3.2 mac層112.3.3.網(wǎng)絡(luò)層112.3.4.應(yīng)用層122.3.5 zigbee設(shè)備對象122.3.6. zigbee幀結(jié)構(gòu)12243網(wǎng)絡(luò)層幀結(jié)構(gòu)1324 zigbee設(shè)備建立網(wǎng)絡(luò)及路由142.4.1.zigbee設(shè)備建立網(wǎng)絡(luò)過程142.4.2.zigbee的路由152.5.本章小結(jié)15第三章 基于zigbee的硬件系統(tǒng)的設(shè)計和實踐153.1擴展表演板硬件描述153.1.1 電源接口163.1.2 rs-232接口163.1.3 控制按鍵163.1.4 無線模塊插座173.1.5電位器173.1.6顯示菜單說明173.2無線射頻模塊193.2

3、.1射頻及模擬收發(fā)器193.2.2 cc2430芯片19第四章 基于zigbee的軟件系統(tǒng)的設(shè)計和實踐234.1軟件設(shè)計的流程244.2開發(fā)環(huán)境264.3 項目軟件平臺和通信274.4.z-stack程序分析與設(shè)計274.4.1協(xié)議棧配置274.4.2網(wǎng)絡(luò)地址分配(network address assignment)274.4.3 z-stack尋址(addressing in z-stack)284.4.4 回調(diào)程序284.5.z-stack程序的編譯下栽294.5.1 定義模塊性質(zhì)和下栽294.5.2串口初始化程序294.5.3串口發(fā)送字符串函數(shù)304.5.4 中斷程序30第五章 總結(jié)與

4、心得.31參考文獻：32附錄33點對點通信程序33基于單片機的無線監(jiān)控軟件的實踐農(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)學(xué)生 指導(dǎo)教師 摘要:服務(wù)業(yè)作為一個新興的產(chǎn)業(yè)，在社會發(fā)展迅速的二十一世紀，有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α６嬍硺I(yè)是服務(wù)業(yè)中一個最典型、歷史最為悠久的行業(yè)。但在各種賓館、酒店、餐廳等場所，一般都使用傳統(tǒng)的點菜方式，不符合信息時代的便捷性、智能性和科技性。應(yīng)用一種智能的點菜系統(tǒng)，也就有了一定的應(yīng)用價值和科技價值。zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當前國際上備受關(guān)注的、由多學(xué)科高度交叉的新興前沿研究熱點，其包含了傳感器技術(shù)、無線通訊技術(shù)和嵌入式技術(shù)等，具有信息采集、傳輸和處理的能力，zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)

5、展和廣泛應(yīng)用，將對人們的社會生活產(chǎn)生極大的影響，對產(chǎn)業(yè)變革產(chǎn)生巨大的推動作用。針對當前餐飲業(yè)的傳統(tǒng)點菜方式，設(shè)計一個基于zigbee技術(shù)的無線點菜系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：zigbee；cc2430；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；ieee802.15.4；software of wireless monitoring practice based on singlechipstudent majoring in agricultural electrification and automation xiaokang zheng tutor jin xuabstract:as a new and developing t

6、rade ,service has huge development potential in social development of the 21st century.and catering services is a classic, historys most ancient trades.but various hotels, restaurants, hotels, etc, are usually use of traditional order, not in accordance with the convenience of the information age, k

7、nowledge and technology.it will have a certain value and technology by the application of an intelligent order system.zigbee wireless sensor network is an emerging on the frontiers hot with a major concern of the current international and highly crossed by many disciplines.it contains sensors, wirel

8、ess communications and embedded technology ,and has capacity of information gathering, transport and handling.the development and widespread of zigbee wireless network will bring profound effects on peoples social activities and have a great push forward to industrial changes.aim at the defect of tr

9、aditional order,desiging a wireless order system based on zigbee technology is necessary.key words: zigbee；cc2430；wireless sensor network；第一章 緒論11 課題的研究背景與意義 隨著傳感器、嵌入式和通信半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，己經(jīng)由pc時代和網(wǎng)絡(luò)時代，進入到后pc時代。更小、更方便的低功耗設(shè)備沖破了傳統(tǒng)臺式計算機以及高性能服務(wù)器的設(shè)計模式。微機電系統(tǒng)(microelectromechanical system.mems)的迅速發(fā)展奠定了設(shè)計和實現(xiàn)片上系統(tǒng)(sy

10、stem oil chip，soc)的基礎(chǔ)。傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由上述技術(shù)高度集成而形成的一種新的信息獲取和處理技術(shù)。目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)己成為計算機科學(xué)領(lǐng)域一個十分活躍的研究分支，己引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，還被認為是將對2l世紀產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景十分誘人：傳統(tǒng)應(yīng)用有軍事、監(jiān)控、應(yīng)急、環(huán)境、防空等領(lǐng)域；新興應(yīng)用將涉及家用、企業(yè)管理、保健、交通等領(lǐng)域?？梢灶A(yù)計，將來的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)會無處不在。但現(xiàn)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)才剛剛興起，它的技術(shù)和應(yīng)用都不是十分成熟，其終端要達到希望的要求還將會有很長的一段發(fā)展歷程。 目前，無線傳感器終端設(shè)計的希望和要求主要集中在盡量節(jié)約的系統(tǒng)能

11、量消耗、盡量節(jié)省的信息處理以及簡單的信號收發(fā)。對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的期待和要求是：用簡潔的協(xié)議棧支持傳感器網(wǎng)絡(luò)的有效運行，到處存在接入的可能；利用廣播信息，避免交互應(yīng)答；簡化協(xié)議層次、簡練信令方式；節(jié)省系統(tǒng)開銷等。正是基于對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端的要求，zigbee協(xié)議應(yīng)運而生。 zigbee是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是一種介于無線標記技術(shù)和藍牙之間的技術(shù)提案。它依據(jù)ieee802154標準，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力高。一般而言，隨著通信距離的增大，設(shè)備的復(fù)雜度、功耗以及系統(tǒng)成本都在增加。

12、對于現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù)，zigbee技術(shù)將是最低功耗和成本的技術(shù)。 zigbee是一組基于ieee批準通過的8021 54無線標準研制開發(fā)的，有關(guān)組網(wǎng)，安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標準。它不僅只是802154的名字，ieee僅處理低級mac層和物理層協(xié)議，zigbee聯(lián)盟對其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和api進行了標準化。完全協(xié)議一次可直接連接到一個設(shè)備的基本節(jié)點的4k字節(jié)或者作為hub或路由器的協(xié)調(diào)器的32k字節(jié)。每個協(xié)調(diào)器可連接多達255個節(jié)點，而幾個協(xié)調(diào)器則可形成一個網(wǎng)絡(luò)，對路由傳輸?shù)臄?shù)目沒有限制。zigbee聯(lián)盟還開發(fā)了安全層，以保證這種便攜設(shè)備不會意外泄漏其標識，而且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠距離傳輸不會被其

13、它節(jié)點獲取。zigbee協(xié)議由物理層(phy)、介質(zhì)訪闖控制層(mac)、網(wǎng)絡(luò)層(ywk)，應(yīng)用層(apl)及安全服務(wù)提供層(ssp)五塊內(nèi)容組成。網(wǎng)絡(luò)層以上協(xié)議由zigbee聯(lián)盟制定，ieee802154負責物理層和鏈路層標準。zigbee技術(shù)的出現(xiàn)彌補了低成本、低功耗和低速率無線通信市場的空缺，其成功的關(guān)鍵在于豐富而便捷的應(yīng)用，而不是技術(shù)本身。隨著j下式版本協(xié)議的公布，更多的注意力和研發(fā)力量將轉(zhuǎn)到應(yīng)用的設(shè)計和實現(xiàn)、互聯(lián)互通測試和市場推廣等方面。它不僅打開了大量新應(yīng)用之門，而且還能給許多現(xiàn)有的應(yīng)用增加新的價值。由于通過zigbee各種非常簡單的器件就能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，作為一個全球標準，為將來實現(xiàn)

14、無所不在的無線網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造了條件。 服務(wù)業(yè)作為一個新興的產(chǎn)業(yè)，在社會發(fā)展迅速的二十一世紀，有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α６嬍硺I(yè)是服務(wù)業(yè)中一個最典型、歷史最為悠久的行業(yè)。但在各種賓館、酒店、餐廳等場所，一般都使用傳統(tǒng)的點菜方式，不符合信息時代的便捷性、智能性和科技性。應(yīng)用一種智能的點菜系統(tǒng)，也就有了一定的應(yīng)用價值和科技價值。將zigbee技術(shù)應(yīng)用于點菜系統(tǒng)，可以方便地實現(xiàn)點菜系統(tǒng)的智能化、無線化、便捷化。 zigbee作為一種嶄新的近程無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，因其有著低能耗、低成本、低復(fù)雜度、高安全等優(yōu)點，已成為目前嵌入式應(yīng)用的一個大熱點。 基于zigbee技術(shù)的無線點菜系統(tǒng)，可以使用在各種賓館、酒店、餐廳等場所

15、，特別是那些高級的餐廳酒店，取代傳統(tǒng)服務(wù)員跟蹤式的服務(wù)。將該系統(tǒng)安裝在客人的餐桌上，當客人到店內(nèi)來消費的時候，只需坐到餐桌前，通過餐桌上的點菜系統(tǒng)點菜，系統(tǒng)自動將該客人所點的菜肴傳送到總臺協(xié)調(diào)器，服務(wù)員、廚房、收銀臺只要通過協(xié)調(diào)器便可以知道客人所點的菜品，服務(wù)員再將相應(yīng)的菜品送到客戶的餐桌上。這種系統(tǒng)避免了因服務(wù)員來回跑動產(chǎn)生的忙亂現(xiàn)象，大大提升了服務(wù)品質(zhì)和服務(wù)形象，為營造高檔次就餐環(huán)境創(chuàng)造了良好條件?？腿它c完菜，服務(wù)員無需向吧臺和廚房傳送單子，賬單傳送在1秒內(nèi)便完成，大大縮短了點菜時間，減少了服務(wù)員工作量，降低了服務(wù)員的勞動強度，而且服務(wù)員始終不離客人視線，服務(wù)更周到及時，并且避免了跑單漏單

16、現(xiàn)象，提高了經(jīng)營的整體運營效率，從點菜起到客人結(jié)帳全自動，方便顧客就餐，使餐飲業(yè)真正做到了全方位信息化，管理成本下降，節(jié)省了人力物力。而zigbee技術(shù)因其低成本、低能耗、高安全、簡單、快捷等特點，成為實現(xiàn)無線點菜系統(tǒng)有效又經(jīng)濟的手段。所以用zigbee技術(shù)來實現(xiàn)無線點菜系統(tǒng)也就成為了一種很好的選擇。 12國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究起步于20世紀90年代未期。國際上，1999年和2003年著名的美國商業(yè)周刊和mit技術(shù)評論technologyreview在預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的報告中，分別將其列為21世紀最具影響的21項技術(shù)和改變世界的10大新技術(shù)之一。國際上許多著名的大學(xué)和公司紛紛從不同的

17、層次、不同的角度對傳感器網(wǎng)絡(luò)進行了研究和開發(fā)。1995年美國提出了“國家智能交通系統(tǒng)項目規(guī)劃”，2002年美國英特爾公司發(fā)布“基于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)的新型計算發(fā)展規(guī)劃”。2004年3月英特爾公司演示了家庭護理的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過在鞋、家具以及家用電器等家中道具和設(shè)備中嵌入半導(dǎo)體傳感器，幫助老齡人士以及殘障人士的家庭生活，利用無線通信將各傳感器聯(lián)網(wǎng)可高效傳遞必要的信息從而方便接受護理。zigbee是剛剛發(fā)展起來的，很有市場潛力的一種技術(shù)。它是為了滿足低功耗、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)要求而誕生的，ieee標準委員會在2000年12月份正式批準并成立了802154 i作組，任務(wù)就是開發(fā)一個低數(shù)據(jù)速率

18、的wan(lr-wpan)標準。它能在低成本設(shè)備(固定、便攜或可移動的)之間進行低數(shù)據(jù)速率的傳輸。它使用的頻段是無需許可的，進一步降低了成本。它非常適合在一個有限的范圍內(nèi)進行數(shù)據(jù)通信。目前，各大國外ic廠商紛紛推出自己的zigbee解決方案，在芯片方面主要有：ti，freescale的mcl3191、mcl3192和mcl3193，microchip，ember的em250、em260，jennic的jn5 1 2 1，chipcon的cc2420、2430等。目前已有多款單芯片(將mcu和射頻收發(fā)器集成在一起的芯片)的zigbee soc解決方案。國內(nèi)目前在芯片方面只有臺灣達盛公司(ubec

19、)開發(fā)出自己的芯片uz2400，而更多的公司是在己有芯片的基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，或者直接使用其它公司的產(chǎn)品。協(xié)議方面主要有zstack和zigbee協(xié)議棧等。在zigbee產(chǎn)品的開發(fā)上，國外的大公司一直走在前列：韓國sktelecom公司在2005年10月推出新的數(shù)字智能家庭服務(wù)，其核心的技術(shù)為ember公司提供的zigbee無線技術(shù)；丹麥的nesa公司將憑借飛思卡爾半導(dǎo)體的zigbee兼容平臺在歐洲為自動讀表系統(tǒng)(amr)部署第一套支持zigbee的系統(tǒng)；美國compx公司己經(jīng)成功丌發(fā)出了可電腦外設(shè)上使用無線通信規(guī)格“zigbee的usb適配器，這種適配器嵌入了由compx與日本沖電氣工業(yè)共同

20、開發(fā)的zigbee單芯片收發(fā)機。國內(nèi)在zigbee產(chǎn)品的開發(fā)上起步比較晚，但是進展很快：深圳旭昂公司己經(jīng)開發(fā)出多種zigbee模塊，并提供開發(fā)和演示平臺；成都西谷曙光公司也開始提供自己的開發(fā)平臺，同時開發(fā)了多種zigbee模塊(包括溫度傳感，門禁系統(tǒng)等)。目前也有很多大學(xué)和研究所也紛紛開始了zigbee產(chǎn)品的研究，其中有中科院、清華大學(xué)、武漢大學(xué)、山東大學(xué)等。目前許多人致力于將zigbee與gprs結(jié)合71。gprs通訊方式依賴移動通訊公司龐大的gprs網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)成本與運行維護成本都很低，遠小于自行建設(shè)獨立運行的專用通訊網(wǎng)絡(luò)(如電臺、有線ddn、微波等)。gprs網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方便簡單，使用gprs

21、模塊及相應(yīng)配件，直接與帶有rs232串行口的監(jiān)測設(shè)備連接，與中心數(shù)據(jù)服務(wù)器構(gòu)建透明的數(shù)據(jù)傳輸通道。它運行可靠，數(shù)據(jù)采集實時性強，運行費用低，漏碼誤碼極少，克服、解決了其他通信方式存在的各種問題。在保證數(shù)據(jù)傳輸及時、準確的前提下，將系統(tǒng)運行費用也降低到了極低。同時，通信鏈路由專業(yè)的運營商來維護，避免了用戶在使用監(jiān)測系統(tǒng)的同時，還需要耗3費很大精力去維護通信線路的問題嗍。但是，如果對每個采集點都配置一套gprs模塊，使用起來成本還是比較高的。將zigbee與gprs結(jié)合，它既保持數(shù)據(jù)采集實時性強，又降低了運行費用，可以使zigbee協(xié)議應(yīng)用更廣泛。 在各種賓館、酒店、餐廳等場所，通常所使用的點菜方

22、式，都是傳統(tǒng)的人工方式，即客人走進餐廳或酒店等場所，服務(wù)員就拿著菜單迎上來詢問客人并要求點菜，隨后服務(wù)員將菜單送到廚房和收銀臺，等廚房師傅將菜做好后由服務(wù)員送到客人餐桌上。這種點菜方式有很多不方便，首先就是服務(wù)員的數(shù)量較多，極大地浪費了人力，同時服務(wù)員來回跑會產(chǎn)生忙亂現(xiàn)象，也可能會出現(xiàn)跑單漏單現(xiàn)象，降低了經(jīng)營的整體運行效率。而無線點菜系統(tǒng)就可以有效地解決這些問題。 當今的幾大無線通信技術(shù)比較復(fù)雜，耗費的資源也多，成本高，不適合短距離通訊的場合。而作為短距離傳輸?shù)乃{牙協(xié)議復(fù)雜度高，功耗高，成本高，不能滿足小型化、低成本設(shè)備的無線聯(lián)網(wǎng)要求，而zigbee無線協(xié)議復(fù)雜度低，對資源要求少，低功耗，低成

23、本，短時延，可容納65535個節(jié)點，且不受國家允許的公用頻率限制，非常適合無線點菜系統(tǒng)。zigbee無線網(wǎng)絡(luò)能實現(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，從而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｒ慌_zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊中心節(jié)點能以輪詢的方式與多臺無線點菜機通訊。在室內(nèi)，受建筑物的阻擋等因素影響，當一臺pc機端無線數(shù)據(jù)節(jié)點的通訊距離不能覆蓋整個應(yīng)用場所時，可在適當位置增設(shè)多個無線通訊節(jié)點，這樣就不容易發(fā)生數(shù)據(jù)的丟失了。zigbee聯(lián)盟預(yù)言在未來的四到五年內(nèi),每個家庭將有50個zigbee器件。 現(xiàn)在較多的點菜系統(tǒng)是pda點菜系統(tǒng)，其主要通過紅外線或無線傳輸技術(shù)（802.11b）來進行數(shù)據(jù)傳輸。紅外傳輸距離由其功率大小決定，由于pda

24、自身性能的局限性，其紅外線傳輸距離理論上只有4米，而且紅外傳輸過程中不能有任何障礙物，傳輸成功率不能達到100%，極易造成數(shù)據(jù)丟失。另外紅外傳輸所需的硬件品種較為復(fù)雜，因而所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)也會較為復(fù)雜，造成網(wǎng)絡(luò)易出故障。無線傳輸技術(shù)（802.11b）因其受到國家允許的公共頻率限制，會受到其他諸如手機、微波設(shè)備的干擾。而且pda無按鍵,操作繁瑣,點菜速度慢,在輸入數(shù)據(jù)、附加項時必須用筆觸式界面，難以識別潦草的字，易出錯，修改麻煩，損壞頻率高。13 本文主要研究內(nèi)容對基于zigbee技術(shù)的無線點菜系統(tǒng)的研究，作者主要做了以下工作：1. 概述無線傳感網(wǎng)絡(luò)的背景和意義，回顧了無線傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)

25、狀，分析了一種新的無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)zigbee的應(yīng)用前景。2 研究了24ghz高頻設(shè)計的規(guī)范，設(shè)計并開發(fā)tzigbee的終端設(shè)備、路由器和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器；研究了ieee 802154標準協(xié)議和zigbee規(guī)范，編寫了系統(tǒng)程序并運用所開發(fā)的zigbee設(shè)備組成樹狀網(wǎng)。3 通過實現(xiàn)zigbee無線網(wǎng)絡(luò),用pic18f4620單片機控制協(xié)調(diào)器和終端設(shè)備,將數(shù)據(jù)從終端設(shè)備發(fā)送到協(xié)調(diào)器,協(xié)調(diào)器再通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到pc機。從而達到發(fā)送和接收所點菜品的目的。4 對降低zigbee設(shè)備功耗進行了研究，利用芯片自有的省電模式實施低功耗設(shè)計，使系統(tǒng)在5號電池供電的情況下盡量延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。14論文結(jié)構(gòu) 第

26、一章闡述了課題研究的背景與意義，對比了國內(nèi)、外的研究現(xiàn)狀，歸納了本文的主要研究內(nèi)容，說明了本文的結(jié)構(gòu)。第二章通過對比zigbee和其他無線通訊技術(shù)，介紹t zigbee的應(yīng)用領(lǐng)域；詳細闡述zigbee的網(wǎng)絡(luò)類型，協(xié)議的層結(jié)構(gòu)及其功能，以及zigbee幀結(jié)構(gòu)，最后闡述tzigbee設(shè)備建立網(wǎng)絡(luò)的過程及zigbee的路由。第三章主要介紹zigbee硬件，包括擴展演示板和無線通信模塊的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)、各個部分的原理和功能，主要介紹cc2430芯片的結(jié)構(gòu)、各引腳功能以及簡單的應(yīng)用。第四章介紹軟件的設(shè)計平臺、程序設(shè)計流程、各種zigbee協(xié)議棧原語功能以及程序的簡單設(shè)計。第五章心得和總結(jié)。第2章 zigb

27、ee技術(shù)分析2.1 zigbee與無線通訊2.1.1 zigbee的產(chǎn)生 zigbee是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離無線連接。它有自己的無線電標準，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將信息從一個傳感器傳到另一個傳感器，因此有著非常高的通信效率。zigbee是ieee802154技術(shù)的商業(yè)名稱，該技術(shù)的核心協(xié)議由2000年12月成立的ieee802154工作組制定，高層應(yīng)用、互聯(lián)互通測試和市場推廣由2002年8月組成的zigbee聯(lián)盟負責。zigbee聯(lián)盟由英國invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉

28、公司以及荷蘭飛利浦半導(dǎo)體公司等組成，其中涵蓋了半導(dǎo)體生產(chǎn)商、ip服務(wù)提供商、消費類電子廠商及oem商等，例如honeywell等工業(yè)控制和家用自動化公司，甚至還有mattel這樣的玩具公司。所有這些公司都參加了負責開發(fā)zigbee物理和mac層技術(shù)標準的ieee802154作組。2.1.2 zigbee與其他無線技術(shù)的比較 無線技術(shù)可以分為高速率無線技術(shù)和低速率無線技術(shù)兩類。高速率無線技術(shù)主要包括irda、wifi、home rf、bluetooth、dect、hiperlan和uwb等，低速率無線技術(shù)主要包括zigbee和zwave，具體技術(shù)特性如下：1.rrda irda只支持點對點的連接

29、，無法實現(xiàn)點對多點的連接，并且兩個互相通訊的設(shè)備必須對準，中間不允許有物體阻隔。由于以上幾點限制，其應(yīng)用前景很大程度上受到限制。2wifi 一兩年之內(nèi)，wifi仍然是無線接入的主流標準。用戶可以用支持無線lan的筆記本電腦或pda通過wifi技術(shù)實現(xiàn)無線上網(wǎng)，其成本相對其他無線技術(shù)較高。3home rf 因其標準不公開，后續(xù)研發(fā)與技術(shù)升級較慢、缺少眾多大公司的支持，并且在與wifi等技術(shù)的競爭中并不占優(yōu)勢等，home rf的前景普遍不被業(yè)界看好。4bluetooth bluetooth主要用做手持終端之間的鏈接，不過越來越多的pc、mp3播放器以及數(shù)碼相機也在采用bluetooth。2005年

30、5月，藍牙小組sig宣布了和uwb開發(fā)商的結(jié)盟，以滿足同步大容量傳輸以及實現(xiàn)便攜式設(shè)備的高質(zhì)量視頻應(yīng)用等方面的需求，但一臺藍牙設(shè)備最多同時和7個其他的藍牙設(shè)備相連，網(wǎng)絡(luò)容量受到限制。5hiperlan hiperlan標準提供了類似于ieee 80211無限局域網(wǎng)協(xié)議的性能和能力，分為兩種規(guī)格：hiperlan1和hiperlan2。hiperlan1標準采用5g射頻頻率，可以達至u20mbps的上行速率。hiperlan2 樣采用5g射頻頻率，上行速率可以達至u54mbps。hiperlan2系統(tǒng)n3g標準兼容。wlan系統(tǒng)可以用來傳送接受數(shù)據(jù)、圖像以及實現(xiàn)語音通訊。hiperlan2網(wǎng)絡(luò)協(xié)

31、議棧具有靈活的體系結(jié)構(gòu)，很容易適配并擴展不同的固定網(wǎng)絡(luò)。6dectdect是由etsi帶ij定的增強型數(shù)字無繩電話系統(tǒng)標準，是一個開放型的、不斷演進的標準，可為高用戶密度的小范圍通信提供話音和數(shù)據(jù)高質(zhì)量服務(wù)。7uwb 超寬帶技術(shù)uwb主要應(yīng)用于小范圍、高分辨率、能夠穿透墻壁和地面的雷達系統(tǒng)和圖像系統(tǒng)，適用于高速率傳輸場合。8zwave 傳輸速率只有96kbs，雖然zwave又另增了一個可達40kbs速率的模式，但主要應(yīng)用領(lǐng)域還是家庭自動化。對比其他無線通訊技術(shù)，zigbee的主要優(yōu)勢有：1成本低：模塊的成本只有幾美金，并且協(xié)議免收專利費。2能耗?。涸诘秃碾姶龣C模式下，兩節(jié)普通5號干電池可使用6

32、個月。3網(wǎng)絡(luò)容量大：一個zigbeen絡(luò)內(nèi)可以容納65000個設(shè)備。_4可靠性高：采取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。采用完全確認的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都需要接受方的確認。5安全：zigbee提供了基于crc的數(shù)據(jù)包檢查功能，采用了aes128的加密算法。22 zigbee網(wǎng)絡(luò)類型 為了降低系統(tǒng)成本，ieee定義了兩種類型的設(shè)備：ffd和rfd，可根據(jù)應(yīng)用的需要構(gòu)成星形網(wǎng)絡(luò)、樹狀網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)三種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，這三種網(wǎng)絡(luò)都必須有一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的存儲容量最大，計算能力最強，主要的任務(wù)是發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標、建立一個網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)

33、絡(luò)設(shè)備、存儲網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息，不斷的接收消息。三種網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：協(xié)調(diào)器ffd終端設(shè)備rfd路由器ffd網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)樹狀網(wǎng)絡(luò)星形網(wǎng)絡(luò)圖2.1 zigbee網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖2.2.1星形網(wǎng)絡(luò) 星型網(wǎng)絡(luò)為主從結(jié)構(gòu)，一個網(wǎng)絡(luò)有一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(coordinator)位于網(wǎng)絡(luò)的中心，其他的設(shè)備分布在其覆蓋范圍內(nèi)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者必須是ffd，由它來負責管理和維護網(wǎng)絡(luò)，其他設(shè)備為rfd，都與中心設(shè)備pan網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通信。在這種網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器一般使用持續(xù)電源供電，而其他終端設(shè)備采用鈕扣電池供電。星型網(wǎng)絡(luò)適合家庭自動化、個人計算機的外設(shè)以及個人健康護理等小范圍的室內(nèi)應(yīng)用。2.2.2樹狀網(wǎng)絡(luò) 樹狀網(wǎng)絡(luò)可以是

34、擴展的單個星型網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)多個星型網(wǎng)絡(luò)，樹狀網(wǎng)絡(luò)也只有一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器組成網(wǎng)絡(luò)的可以是終端設(shè)備，也可以是路由器。每個路由器又可以組成一個星形網(wǎng)絡(luò)，每個星形網(wǎng)又可以有下一級的星形網(wǎng)絡(luò)，所以樹狀網(wǎng)絡(luò)可以有幾級的子網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍比較大，對網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和直接與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通訊的路由器使用持續(xù)電源供電，終端設(shè)備或終端子網(wǎng)絡(luò)的路由器采用鈕扣電池供電，樹狀網(wǎng)絡(luò)適合倉儲系統(tǒng)管理與維護，大型停車場的車輛管理等。2.2.3網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的每一個ffd都可做為路由器，根據(jù)路由協(xié)議來優(yōu)化最短和最可靠的路徑，只要彼此都在對方的無線輻射范圍之內(nèi)，任何兩個設(shè)備之間都可以直接通信。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中也需要網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，負責

35、實現(xiàn)管理鏈路狀態(tài)信息，認證設(shè)備身份等功能，使用持續(xù)電源供電。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以支持ad hoc網(wǎng)絡(luò)允許通過多跳路由的方式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸信息，適合于設(shè)備分布范圍更廣的場合，比如工業(yè)檢測與控制、智能農(nóng)業(yè)等方面有非常好的應(yīng)用背景。23 zigbee協(xié)議的層結(jié)構(gòu)及功能 zigbee聯(lián)盟標準是在ieee 802154標準基礎(chǔ)上設(shè)立的，聯(lián)盟標準規(guī)定完整zigbee協(xié)議應(yīng)該包括ieee 802154的物理層和mac層，網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，其層結(jié)構(gòu)如圖22所示：圖22 zigbee協(xié)議層結(jié)構(gòu)2.3.1物理層 物理層定義了物理無線信道和mac層之間的接121，提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)從無線物理信道

36、上收發(fā)數(shù)據(jù)，物理層管理服務(wù)維護一個由物理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫。物理層數(shù)據(jù)服務(wù)包括以下四方面的功能：1信道能量測量；2接受信息包的lqi；3cca；4收發(fā)數(shù)據(jù)。 信道能量測量為網(wǎng)絡(luò)層提供信道選擇依據(jù)，主要測量信道中接收信號的功率強度，該檢測本身不進行解碼操作，檢測結(jié)果為有效信號功率和噪聲信號功率之和。鏈路質(zhì)量指示為網(wǎng)絡(luò)層或應(yīng)用層提供接收數(shù)據(jù)幀時無線信號的強度和質(zhì)量信息，與信道能量檢測不同的是，它要對信號進行解碼，生成的是一個信噪比指標。這個信噪比指標和物理層數(shù)據(jù)單元一道提交給上層處理。cca判斷信道是否空閑。ieee 802154定義了三種cca模式：第一種簡單判斷信道的信號能量，當信號能量低

37、于某門限值就認為信道空閑；第二種是通過判斷無線信號的特征，這個特征主要包括兩方面，即擴頻信號特征和載波頻率；第三種模式是前兩種模式的綜合，同時檢測信號強度和信號特征，給出信道空閑判斷。 24ghz物理層的數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbs，868915mhz物理層的數(shù)據(jù)傳輸率分別是20kbs、40kbs。24ghz物理層的較高速率主要歸因于基于dsss方法的準正交調(diào)制技術(shù)。來自物理層收斂協(xié)議數(shù)據(jù)單元的二進制數(shù)據(jù)被依次按字節(jié)從低到高組成4位二進制數(shù)據(jù)符號，每種數(shù)據(jù)符號對應(yīng)16個狀態(tài)組中的一組，被映像成32位偽噪音碼片，以便傳輸。然后采用半正弦脈沖波形式的oqpsk調(diào)制方式調(diào)制。24ghz波段為全球統(tǒng)一的

38、無需申請的ism頻段，有助于zigbee設(shè)備的推廣和生產(chǎn)成本的降低。24ghz的物理層提供250kbs的傳輸速率，有助于獲得更高的吞吐量、更小的通信時延和更短的工作周期，從而更加省電。868mhz是歐洲的ism頻段，915mhz是美國的ism頻段，這兩個頻段的引入避免了24ghz附近各種無線通信設(shè)備的相互干擾。由于這兩個頻段上無線信號傳播損耗較小，因此可以降低對接收機靈敏度的要求，獲得較遠的有效通信距離，從而可以用較少的設(shè)備覆蓋給定的區(qū)域，本文使用的是24ghz波段，其信道與頻率范圍如表21所示：信道編號中頻率心（mhz）間距（mhz）頻率上（mhz）頻率下（mhz）k=0808.3868.6

39、868.0k=110906+2(k-1)2928.0902.0k=11262405+5(k-11)52483.52400.0表21 zigbee信道與頻率范圍2.3.2 mac層ieee 802154的mac層包括以下功能：1網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標；2與信標同步；3支持個域網(wǎng)的建立與斷開；4為設(shè)備提供安全性支持；5信道接入方式采用csmaca機制；6保護時隙機制的建立與維護。 ieee 802154mac子層定義了廣播幀、數(shù)據(jù)幀、確認幀和mac命令幀等4種幀類型。只有廣播幀和數(shù)據(jù)幀包含了高層控制命令或者數(shù)據(jù)，確認幀和mac命令幀則用于zigbee設(shè)備之間mac子層功能實體間控制信息的收發(fā)。廣播

40、幀和確認幀不需要接收方的確認，而數(shù)據(jù)幀和mac命令幀的幀頭包含幀控制域，指示收到的幀是否需要確認，如果需要確認，并且fcs已經(jīng)通過了校驗，接收方將立即發(fā)送確認幀。若發(fā)送方在一定時間內(nèi)收不到確認幀，將自動重傳該幀。這就是mac子層可靠傳輸?shù)幕具^程。mac子層幀頭由29節(jié)的幀控制域、l字節(jié)的幀序號域和最多20字節(jié)的地址域組成。幀控制域指明了mac幀的類型、地址域的格式以及是否需要接收方確認等控制信息；幀序號域包含了發(fā)送方對幀的順序編號，用于匹配確認幀，實現(xiàn)mac子層的可靠傳輸；地址域采用的尋址方式可以是64bit的ieee地址或是16bit的zigbee網(wǎng)絡(luò)地址。2.3.3.網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層通過兩種

41、服務(wù)接入點提供響應(yīng)的兩種服務(wù)。它們分別是網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)層管理服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)通過網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體服務(wù)接入點接入，網(wǎng)絡(luò)層管理服務(wù)通過網(wǎng)絡(luò)層管理實體服務(wù)接入點接入。這兩種服務(wù)通過mcps-sap和mlme-spa接口為mac層提供接口。除此之外，在nlme和nlde間還有一個接口使得nlme可以使用網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)服務(wù)。 網(wǎng)絡(luò)層負責拓撲結(jié)構(gòu)的建立和維護、命名和綁定服務(wù)，它們協(xié)同完成尋址、路由及安全這些不可或缺的任務(wù)，建立新的網(wǎng)絡(luò)，具體功能有：處理設(shè)備的進入和離開網(wǎng)絡(luò)、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)類型設(shè)置設(shè)備的協(xié)議堆棧、使網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器對設(shè)備分配地址、保證設(shè)備之間的同步、提供網(wǎng)絡(luò)的路由、保證數(shù)據(jù)的完整性、使用可選的aes

42、128；0n密方法對通信進行加密，具體的網(wǎng)絡(luò)層功能如下：1網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體通過對應(yīng)用支持層協(xié)議數(shù)據(jù)單元增加一個適當?shù)膮f(xié)議頭，生成相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元；2指定拓撲傳輸路由，網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實體能夠發(fā)送一個網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元到一個合適的設(shè)備，該設(shè)備可能是目的設(shè)備，也可能是中間設(shè)備；3初始化一個網(wǎng)絡(luò)，即建立一個新的包含協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)；4連接或斷開一個網(wǎng)絡(luò)；5zigbee協(xié)調(diào)器和路由器具有為新加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配地址的能力；6發(fā)現(xiàn)和存貯有效的傳送信息的網(wǎng)絡(luò)路由。2.3.4.應(yīng)用層 zigbee的應(yīng)用層由應(yīng)用支持子層、zigbee設(shè)備對象以及應(yīng)用層框架組成。應(yīng)用支持子層的作用是維護綁定表，在綁

43、定的設(shè)備之間傳輸信息。zigbee設(shè)備對象的作用包括：在網(wǎng)絡(luò)中定義一個設(shè)備的類型，如定義設(shè)備類型為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器或為路由器或為終端設(shè)備；發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備并確定能提供何種應(yīng)用的服務(wù)；發(fā)起或應(yīng)答綁定請求以及在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立一個安全的鏈路等。1應(yīng)用支持子層應(yīng)用支持子層在網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層之間提供了一個接口。接口的提供是通過zigbee設(shè)備對象和制造商定義的應(yīng)用設(shè)各共同使用的一套通用的服務(wù)機制，應(yīng)用支持子層的功能如下：(1)接收到應(yīng)用對象載荷后，對其打上包頭產(chǎn)生應(yīng)用支持子層信息幀，并傳輸給網(wǎng)絡(luò)層；(2)綁定網(wǎng)絡(luò)中的兩個設(shè)備，使它們直接連接。綁定的基礎(chǔ)是設(shè)備之間的服務(wù)功能，如果兩個設(shè)備已綁定了，則應(yīng)用支持子層

44、會把收到的信息發(fā)送給已綁定的設(shè)備：(3)提供獲取和設(shè)置應(yīng)用子層常量的功能，管理aib；(4)安全性：提供設(shè)備之間的安全加密功能。2應(yīng)用層框架 應(yīng)用層框架是應(yīng)用設(shè)備和zigbee設(shè)備連接的環(huán)境。在應(yīng)用層框架中，應(yīng)用對象通過apsde-sap發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。而對應(yīng)用對象的控制和管理則通過zigbee設(shè)備對象公用接口來實現(xiàn)。apsde-sap提供的數(shù)據(jù)服務(wù)包括請求、確認、響應(yīng)、以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹甘?。能夠定義多達240個不同的應(yīng)用對象，端點號從1至u240。還有兩個附加的端點o和端點255，其中端點0用于zigbee設(shè)備對象的數(shù)據(jù)接口，端點255,貝1j用于所有應(yīng)用對象的廣播數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接口。2.3.5

45、zigbee設(shè)備對象 zigbee設(shè)備對象，描述了一個基本的功能函數(shù)類，在應(yīng)用對象、設(shè)備配置和應(yīng)用支持子層之間提供了一個接口。zigbee設(shè)備對象位于應(yīng)用框架和應(yīng)用支持子層之間，滿足zigbee協(xié)議棧所有應(yīng)用操作的一般要求，具有以下作用：(1)初始化應(yīng)用支持子層、網(wǎng)絡(luò)層、安全服務(wù)文檔；(2)從終端應(yīng)用中集合配置信息來確定和執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)；(3)安全加密管理，主要包括安全密匙的建立和發(fā)送；(4)網(wǎng)絡(luò)的維護功能；(5)綁定管理，綁定功能由應(yīng)用支持子層負責，但是綁定功能的管理卻是由zigbee設(shè)備對象負責，它確定了綁定表的大小、綁定的發(fā)起和綁定的解除等功能；(6)設(shè)備管理，對于網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和路由器，zi

46、gbee設(shè)備對象提供網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測、路由獲取和信息綁定和網(wǎng)絡(luò)脫離等一系列設(shè)備管理功能。 zigbee設(shè)備對象實際上是介于應(yīng)用對象和應(yīng)用支持子層之間的端點，其主要功能集中在網(wǎng)絡(luò)管理和維護上。應(yīng)用對象可以通過zigbee設(shè)備對象提供的功能來獲取網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備的信息，如網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)、其他設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址和當前狀態(tài)等信息。2.3.6. zigbee幀結(jié)構(gòu) 設(shè)備發(fā)起通訊時，發(fā)送的信息幀自上而下傳遞，經(jīng)過應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、mac層、物理層對信息幀都會添加相應(yīng)層的包頭。最后信息幀經(jīng)過最底層的物理層處理后，通過射頻芯片mcl3193調(diào)制發(fā)送出去。接收時，通過射頻芯片mcl3193把收到的信號解調(diào)出來，即按照物理層、m

47、ac層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層的順序?qū)π畔M行分解，各層讀取相應(yīng)的包頭，并把信息幀往上層傳遞。2.3.6.1.物理層幀結(jié)構(gòu) 物理層幀包括同步包頭、物理層包頭和物理層載荷三部分，同步包頭包括前同步碼和幀定界符。1前同步碼是32bit，全為o；2幀定界符為8bit，固定為0xa7：3物理層包頭包括7bit的幀長度和1bit的預(yù)留位；4物理層載荷就是mac層的幀內(nèi)容。2.3.6.2.mac層幀結(jié)構(gòu) mac層幀包括mac層幀頭、mac層載荷和mac層幀尾三部分。mac層由幀控制域、幀序列號、目的pan標識符、目的地址、源pan標識符、源地址組成。243網(wǎng)絡(luò)層幀結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)層幀結(jié)構(gòu)包括網(wǎng)絡(luò)層幀頭域和網(wǎng)絡(luò)層載荷兩

48、部分，網(wǎng)絡(luò)層幀頭域由幀控制域、目的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)地址、源設(shè)備網(wǎng)絡(luò)地址、廣播半徑和廣播序列號組成。1 幀控制域的結(jié)構(gòu)如表2.2所示：位012567891015幀類型協(xié)議版本發(fā)現(xiàn)路由保留安全保留表2.2 網(wǎng)絡(luò)層幀控制域結(jié)構(gòu)幀類型為00時表示是數(shù)據(jù)幀，0l時表示是網(wǎng)絡(luò)層命令幀；(1)協(xié)議版本表示所使用的zigbeen絡(luò)層協(xié)議版本號；(2)發(fā)現(xiàn)路由為00時表示禁止路由發(fā)現(xiàn)，01時表示使能路由發(fā)現(xiàn)，10時表示強制路由發(fā)現(xiàn)；(3)安全位置1時表示使能安全加密。2目的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)地址和源設(shè)備網(wǎng)絡(luò)地址都為16bit，分別與mac層的目的地址和源地址相同；3廣播半徑僅在幀的目的地址為廣播地址(0xffff)時，廣播半徑存

49、在，設(shè)備每接收一次該幀，把廣播半徑的值減1；4廣播序列號也是僅在幀的目的地址為廣播地址(0xffff)時，廣播序列號才存在。每傳送一個新的廣播幀，該序列號就會增加1；5網(wǎng)絡(luò)層幀載荷就是應(yīng)用支持子層的內(nèi)容。2.3.6.3.應(yīng)用支持子層幀結(jié)構(gòu) 應(yīng)用支持子層幀結(jié)構(gòu)包括應(yīng)用支持層幀頭和應(yīng)用支持層載荷兩部分。應(yīng)用支持子層幀頭由幀控制域、目的端點域、組地址域、簇標識符域、輪廓標識符域、源端點域和幀長計算器組成。1 幀控制域的結(jié)構(gòu)如表2.3 所示：位01234567幀類型發(fā)送模式間接地址模式安全請求確認保留表2.3 應(yīng)用支持子層幀控制域結(jié)構(gòu)幀類型為00時表示數(shù)據(jù)幀，0l時表示命令幀，10表示確認幀；(1)發(fā)

50、送模式為oo時表示普通發(fā)送模式，01時表示間接尋址發(fā)送，10時表示廣播發(fā)送；(2)間接地址模式置1時表示在地址域中不包含目的端口；(3)安全位置1時使能安全功能；(4)確認請求位置1時表示發(fā)送設(shè)備等待接收設(shè)備發(fā)送的確認幀。2目的端點域用來指示信息幀的終端接收設(shè)備；3組地址域用來指示設(shè)備的16bit的組地址；4簇標識符域用來對不同的設(shè)備進行綁定操作；5輪廓標識符域用來對信息幀進行過濾并傳送該幀；6源端點域為0x00時表示信息幀來自zigbee設(shè)備對象，為0x010xf0時表示此信息幀來自不同的應(yīng)用對象的操作；7幀長計算器用來避免對信息幀的重復(fù)接收，啟動一次新的發(fā)送此值加l：8應(yīng)用支持子層幀載荷就

51、是應(yīng)用對象載荷的內(nèi)容。2.3.6.4.應(yīng)用層框架幀結(jié)構(gòu)應(yīng)用層框架提供應(yīng)用對象載荷，作為信息幀的原始內(nèi)容。24 zigbee設(shè)備建立網(wǎng)絡(luò)及路由2.4.1.zigbee設(shè)備建立網(wǎng)絡(luò)過程 雖然網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的形成屬于網(wǎng)絡(luò)層的功能，但ieee 802154為形成各種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)提供了充分支持，下面主要介紹星形網(wǎng)絡(luò)、樹狀網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的形成過程：1星形網(wǎng)絡(luò)的建立過程 星型網(wǎng)絡(luò)以網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器為中心，所有設(shè)備只能與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通信，因此在星型網(wǎng)絡(luò)的形成過程中，第一步就是建立網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器必須是ffd設(shè)備，一個網(wǎng)絡(luò)如何確定自己的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器由上層協(xié)議決定。一種簡單的策略是：一個ffd設(shè)備在第一次被激活后，首先

52、廣播查詢網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的請求，如果接收到回應(yīng)說明網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)存在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，再通過一系列認證過程，設(shè)備就成為了這個網(wǎng)絡(luò)中的普通設(shè)備。如果沒有收到回應(yīng)，或者認證過程不成功，這個ffd設(shè)備就可以建立自己的網(wǎng)絡(luò)，并且成為這個網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器要為網(wǎng)絡(luò)選擇一個惟一的標識符，所有該星型網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備都是用這個標識符來規(guī)定自己的屬主關(guān)系。選擇一個標識符后，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器就允許其他設(shè)備加入自己的網(wǎng)絡(luò)，并為這些設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組。星型網(wǎng)絡(luò)中的兩個終端設(shè)備如果需要互相通信，都是先把各自的數(shù)據(jù)包發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，然后由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)給對方。2樹狀網(wǎng)絡(luò)的建立過程 在樹狀網(wǎng)絡(luò)中，與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通訊的設(shè)備是路由器，而終端設(shè)備

53、作為末端設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)中。整個樹狀網(wǎng)中也只有一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器擁有比其他設(shè)備更多的計算資源和能量資源。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器首先將自己設(shè)為簇頭(cluster header)，并將簇標識符(cluster identifier)設(shè)置為0，同時為該簇選擇一個未被使用的pan網(wǎng)絡(luò)標識符，形成網(wǎng)絡(luò)中的第一個簇。接著，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器開始廣播信標幀。鄰近設(shè)備收到信標幀后，就可以申請加入該簇。設(shè)備能否成為簇成員，由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器決定。如果請求被允許，則該設(shè)備將作為簇的子設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的鄰居列表。新加入的設(shè)備會將簇頭作為它的父設(shè)備加入到自己的鄰居列表中，pan網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可以指定另一個設(shè)備成為鄰接的新簇頭，以此形成更

54、多的簇。新簇頭同樣可以選擇其他設(shè)備成為簇頭，進一步擴大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。但是過多的簇頭會增加簇間消息傳遞的延遲和通信開銷。為了減少延遲和通信開銷，簇頭可以選擇較遠的通信設(shè)備作為相鄰簇的簇頭，這樣可以最大限度地縮小不同簇間消息傳遞的跳數(shù)，達到減少延遲和開銷的目的，一簇也就是一個星形網(wǎng)絡(luò)，樹狀網(wǎng)就是星形網(wǎng)絡(luò)的延伸。3網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的建立過程 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最復(fù)雜的拓撲結(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，任意兩個設(shè)備只要能夠彼此收到對方的無線信號，就可以進行直接通信。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中仍然需要一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，負責整個網(wǎng)絡(luò)的建立，也是由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器給其他設(shè)備分配地址，其他設(shè)備大部分是路由器，可以轉(zhuǎn)發(fā)周圍設(shè)備發(fā)送的

55、信息。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的一個數(shù)據(jù)包可以通過選擇一條最優(yōu)的傳輸路徑最終到達它的目的設(shè)備，具有傳輸可靠性強的優(yōu)勢，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍很大，可在大范圍內(nèi)進行數(shù)據(jù)的傳輸。2.4.2.zigbee的路由 zigbee采用數(shù)據(jù)包確認、再傳輸及自適應(yīng)路由等技術(shù)。自適應(yīng)路由可在路由設(shè)備發(fā)生臨時或永久故障的情況下，為數(shù)據(jù)包提供通過網(wǎng)絡(luò)的其他可選路徑。zigbee設(shè)備采用被稱為“按需距離矢量路由協(xié)議(aodv)的路由發(fā)現(xiàn)算法來建立通過該網(wǎng)絡(luò)的其他可選路徑。在設(shè)備發(fā)生故障或部分網(wǎng)絡(luò)傳輸條件暫時惡劣的情況下，aodv的恢復(fù)能力極強。如果存在幾條到目的設(shè)備的可選路徑，那么zigbee路由器會采用包括lqi記錄在內(nèi)的多種指示器來選擇適當?shù)穆酚陕窂?，以盡可能避免數(shù)據(jù)包丟失。zigbee的路由功能還實現(xiàn)了另一重要功能。ieee 802154收發(fā)器的典型室內(nèi)工作距離在10至75米之間，具體根據(jù)環(huán)境而定。設(shè)備所能實現(xiàn)的工作距離很大程度上取決于其自身