Zigbee建網(wǎng)和入網(wǎng)過程實驗

1、Zigbee建網(wǎng)和入網(wǎng)過程實驗Sample App ZigBee 絡組建及協(xié)議分析儀的使用方法。實驗目的與器材實驗目的zigbee協(xié)議的三種設備建網(wǎng)時所擔任的角色；Z-Stack2007/PRO協(xié)議棧中協(xié)調(diào)器如何建立網(wǎng)絡；Z-Stack2007/PRO協(xié)議棧中路由和終端如何加入網(wǎng)絡；學習TI 官方提供的抓包工具的應用及協(xié)議分析。實驗器材3個CC2530開發(fā)套件12個路由器模塊；實驗原理與步驟1）硬件介紹CC25302）實驗原理1 設備的分類ZigBee 網(wǎng)絡只支持兩種設備： 1）全功能設備 Full Function 2)精簡功能設備（也叫半功能設備 Reduced Function 兩者的比

2、較：FFD 設備能夠提供MACZigBeeRFD 只能提供部分的MACFFDZigBee 標準在此基礎上定義了三種節(jié)點：ZigBee協(xié)調(diào)器CoordinatoZigBee路由器RouterZigBee終端End 2 所使用的設備所用的ZigBee 設備都具有連接網(wǎng)絡和斷塊網(wǎng)路的功能。ZigBee 協(xié)調(diào)器和路由器都具有以下附加功能：允許設備以如下方式連接網(wǎng)路： MAC（Medium Access Control ）層的連接命令。 應用層的連接請求允許設備以如下方式斷開網(wǎng)絡； MAC 層的斷開命令 應用層的斷開命令 對邏輯網(wǎng)絡地址的分配 維護鄰居設備3 組建網(wǎng)絡組建一個網(wǎng)狀的ZigBee 網(wǎng)絡包括

3、兩個步驟：網(wǎng)絡的初始化和節(jié)點加入網(wǎng)絡；而節(jié)點加入網(wǎng)絡又有兩個步驟：通過協(xié)調(diào)器加入網(wǎng)絡和通過已有節(jié)點入網(wǎng)。1） 網(wǎng)絡的初始化ZigBee 網(wǎng)絡的建立是由協(xié)調(diào)器（Coordinator）發(fā)起的，任何一個節(jié)點想建立一個網(wǎng)絡必須滿足兩個條件： 節(jié)點是FFD 節(jié)點，具有協(xié)調(diào)器功能； 節(jié)點還沒有和其他網(wǎng)絡連接（一個網(wǎng)絡中只許有一個協(xié)調(diào)器） 網(wǎng)絡初始化過程如圖圖 6-2-1 所示。節(jié)點上電激活節(jié)點上電激活否是否節(jié)點？是是否建立網(wǎng)絡？是否確定網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器失敗啟動并初始化協(xié)議棧信道掃描無道？有選擇合適信道設置PAN ID和協(xié)調(diào)器短地址網(wǎng)絡初始化成功等待其他節(jié)點加入網(wǎng)絡圖 6-2-1 網(wǎng)絡初始化流程網(wǎng)絡初始化流程如

4、下：確定網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器。首先判斷節(jié)點是否是FFD（通過編程設定其節(jié)點屬性（Beacon request 然（T_scan_duratio么此 FFD 即可建立自己ZigBee進行信道掃描。包括能量掃描和主動掃描。描， 設備網(wǎng)絡層通過發(fā)送掃描類型（ ScanType ） 參數(shù)設置為能量檢測掃描的MLME-SCAN.requestMAC 層進行信道能量檢測掃描掃描結(jié)果通過MLME-SCAN.confirm 平的信道作下一步處理MLME-SCAN.RequestZigBee 網(wǎng)絡（最好也沒有ZigBee 設備。設置網(wǎng)絡 IDPAN（PAN ID，取值0 x3FFF）,這個 IDPAN ID 可以通過監(jiān)聽

5、通道內(nèi)其他網(wǎng)絡的ID 來選擇一個不會沖突的ID 的方式來獲取，也可以人為的指定。在 ZigBeeMAC 地址（64 位）和短地址位IEEE過使用短地址進行通信。對于協(xié)調(diào)器來說，短地址通常設定為0X0000；LogicChannel、PAN macShorAddress、信標周期BeaconOrder、超幀激活周期SuperframeOrder 等。在確定網(wǎng)絡的初始化參數(shù)之后， MACMLNE-SAP和開始原語（MLME-START）將選定的參數(shù)配置到節(jié)點的MAC6-2-2ZigBeeCoodAPLZigBeeCoodAPLZigBeeCoodNWKZigBeeCoodMAC啟動建立一個網(wǎng)絡NL

6、ME-NETWORK-FORMATION.request信道掃描請求MLME-SCAN.request信道掃描完成完成后返回MLME-SCAN.request主動掃描MLME-SCAN.request選擇信道、PANID和邏輯地址完成后應答MLME-SCAN.requestmacPANID設置主動掃描完成MLME-SET.requestMLME-SET.confirm 應答PAN啟動MLME-START.requestMLME-啟動后返回NLME-NETWORK-FORMATION.confirmSTART.confirm圖 6-2-2 建立一個新網(wǎng)絡節(jié)點通過協(xié)調(diào)器加入網(wǎng)絡當ZigBeeFFD

7、FFD節(jié)點上電激活主動掃描查找范圍內(nèi)的協(xié)調(diào)器N檢測到信標？Y向協(xié)調(diào)器發(fā)送關聯(lián)加入命令N協(xié)調(diào)器資源足夠YaResponsetim時間內(nèi)做出決定N直接從協(xié)調(diào)器信標內(nèi)提取關聯(lián)相應命令向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求命令N提取成功？協(xié)調(diào)器將關聯(lián)相應命令發(fā)送給節(jié)點Y加入成功，獲得網(wǎng)絡短地址圖 6-2-3 節(jié)點（FFD）與協(xié)調(diào)器連接加入網(wǎng)絡的流程圖 節(jié)點需要向協(xié)調(diào)器提出連接請求，協(xié)調(diào)器接收到節(jié)點的連接請求后根6-2-3MAC 層對物理層和MAC 層的phyCurrentChannelmacPANIDPIB(數(shù)據(jù)庫)屬性進行相應的設置。如果沒有檢測到，間隔一段時間后，節(jié)點重新發(fā)送掃描。發(fā)送關聯(lián)請求命令Associate

8、 request commman協(xié)調(diào)器收到后立即回復一個確認幀AC，同時向它的上層發(fā)送連接指示原語，表示已經(jīng)收到節(jié)點的連接請求。但這并不意味著已經(jīng)建立連接，只表示協(xié)調(diào)器已經(jīng)收到節(jié)點的 MAC（存 儲空間和能量）決定是否同意此節(jié)點加入請求，然后給節(jié)點MAC等待協(xié)調(diào)器處理。當節(jié)點收到協(xié)調(diào)器加入請求命令的ACK 后，節(jié)點的MAC它的上層通告。而協(xié)調(diào)器給節(jié)點的 MAC 層發(fā)送響應時會設置一個等待響應時間（T_ResponseWaitTime）來等待協(xié)調(diào)器對其加入請求命令的處理，若協(xié)調(diào)器資源足夠， 協(xié)調(diào)器會給節(jié)點分配一個 16 位的短地址，并產(chǎn)生包含新地址和連接成功狀態(tài)的連接響應命令，則此節(jié)點將成功的和

9、協(xié)調(diào)器建立連接并可以開始通信。若協(xié)調(diào)器資源不夠，待加入的節(jié)點將重新發(fā)送請求信息，直到入網(wǎng)成功。發(fā)送數(shù)據(jù)請求命令。如果協(xié)調(diào)器在響應時間內(nèi)同意節(jié)點加入，那么將產(chǎn)生關聯(lián)響應命令（Associate reponse command）并先存儲這個命令。當響應時間過后，節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)請求命令（Data request ACK，然后將存儲的關聯(lián)響應命令發(fā)給節(jié)點。如果在響應時間到后，協(xié)議器還沒有決定是否同意節(jié)點加 入回復。節(jié)點收到關聯(lián)響應命令后，立即向協(xié)調(diào)器回復一個確認幀ACK連接響應命令，此時節(jié)點將保存協(xié)調(diào)器的短地址和擴展地址，并且節(jié)點的 MLME 向上層發(fā)送連接確認原語，通告關聯(lián)加入成功的信息。節(jié)點上層節(jié)點

10、MAC節(jié)點PHY協(xié)調(diào)器PHY協(xié)調(diào)器MAC協(xié)調(diào)器上層MLME-SCAN.requestBeacon request選擇合適的P A NMLME-SCAN.confirmT_AS_SCAN執(zhí)行主動掃描.BeaconMLME-ASSOCIATE.request.執(zhí)行CSMAPD-DATA.request節(jié)點上層節(jié)點MAC節(jié)點PHY協(xié)調(diào)器PHY協(xié)調(diào)器MAC協(xié)調(diào)器上層MLME-SCAN.requestBeacon request選擇合適的P A NMLME-SCAN.confirmT_AS_SCAN執(zhí)行主動掃描.BeaconMLME-ASSOCIATE.request.執(zhí)行CSMAPD-DATA.req

11、uest連接請求Association.requesrtPD-DATA.confirmtPD-DATA.indication確認AcknowledgementPD-DATA.indicationT_AcWaitPD-DATA.confirmtMLME-ASSOCIATE-indicationT_Response Wait Time.Send ACK執(zhí)行CSMAPD-DATA.request數(shù)據(jù)請求Data requestMLME-ASSOCIATE-reponsePD-DATA.confirmtStore AssociateresponsePD-DATA.indication.PD-DATA.

12、indication確認AcknowledgementPD-DATA.requestPD-DATA.confirmtSend ACKPD-DATA.indication連接響應Association.response執(zhí)行CSMAPD-DATA.requestMLME-PD-DATA.confirmtASSOCIATE.confirmtPD-DATA.request確認AcknowledgementPD-DATA.indicationSend ACKPD-DATA.confirmtT_AcWait圖 6-2-4 節(jié)點與協(xié)調(diào)器連接原語時序圖節(jié)點通過已有節(jié)點加入網(wǎng)絡當靠近協(xié)調(diào)器的FFD 節(jié)點和協(xié)調(diào)器

13、關聯(lián)成功后，處于這個網(wǎng)絡范圍內(nèi)的其他節(jié)點就以這些 FFD 節(jié)點作為父節(jié)點加入網(wǎng)絡了，具體加入網(wǎng)絡的方式有兩種：通過關聯(lián)（association）方式，就是待加入節(jié)點發(fā)起加入網(wǎng)絡；也就是子設備用MAC 連接程序來加入網(wǎng)絡直接方式（direct）方式，子設備直接同一個預先所指定的父設備連接來加入網(wǎng)絡。其中關聯(lián)方式是ZigBee 網(wǎng)絡中新節(jié)點加入網(wǎng)絡的主要途徑新節(jié)點身份重新尋找并加入網(wǎng)絡。PANID 和可以加入的信息。在相鄰表中所有的父節(jié)點中選擇一個發(fā)送請求。如果發(fā)送的請求被批準，那么父節(jié)點同時會被分配給它一個 16 為的網(wǎng)絡地址，此時入網(wǎng)成功，子節(jié)點可以開始通信。如果請求失敗，那么重新查找相鄰表，

14、繼續(xù)發(fā)送請求信息，直到加入網(wǎng)絡或者相鄰表中沒有了合適的父節(jié)點。3）實驗步驟第一步：打開協(xié)調(diào)器，藍燈先亮，然后黃燈閃爍幾下，既而一直保持亮。第二步：打開路由器，藍燈先亮，然后黃燈閃爍幾下，既而一直保持亮。第三步：按動一下協(xié)調(diào)器的上鍵，這時路由器的綠燈閃爍四下。第四步：按動一下路由器的上鍵，這時協(xié)調(diào)器的綠燈閃爍四下。4）程序清單清單 6.2.1 管理協(xié)調(diào)器的孩子節(jié)點，并向這些節(jié)點發(fā)送關聯(lián)消息/*函 數(shù) 名 ZDP_NwkAddrReq描述 構建并發(fā)送一個網(wǎng)絡地址請求幀。利用廣播的方式，利用IEEE網(wǎng)絡地址。參數(shù) IEEEAddress：獲取的設備IEEE一獲取0 x000(0 x0002Start

15、Index：開始索引，默認為0；SecurityEnable：安全選項；返 回 值 afStatus_t*/ afStatus_t ZDP_NwkAddrReq( uint8 *IEEEAddress, byte ReqType,byte StartIndex, byte SecurityEnable )uint8 *pBuf = ZDP_TmpBuf;byte len = Z_EXTADDR_LEN + 1 + 1; / IEEEAddress + ReqType + StartIndex. zAddrType_t dstAddr;(void)SecurityEnable; / Intent

16、ionally unreferenced parameter if ( osal_ExtAddrEqual( saveExtAddr, IEEEAddress ) = FALSE )dstAddr.addrMode = AddrBroadcast;dstAddr.addr.shortAddr = NWK_BROADCAST_SHORTADDR_DEVRXON;elsedstAddr.addrMode = Addr16Bit;dstAddr.addr.shortAddr = ZDAppNwkAddr.addr.shortAddr;pBuf = osal_cpyExtAddr( pBuf, IEE

17、EAddress );*pBuf+ = ReqType;*pBuf+ = StartIndex;return fillAndSend( &ZDP_TransID, &dstAddr, NWK_addr_req, len );實驗結(jié)果我們可以通過協(xié)議分析儀分析ZigBee 數(shù)據(jù)包來描述實驗的結(jié)果。以下是利用協(xié)議分析儀分析建立ZigBee 網(wǎng)絡，節(jié)點加入及發(fā)送數(shù)據(jù)的實驗過程。5162如圖 5且為自己的網(wǎng)絡選擇一個PAN_ID(0 x2053)，然后向周圍發(fā)生beacon request行開始此協(xié)調(diào)器對信道進行掃描（主動掃描，然后不停的發(fā)送廣播包0 xFFF。廣播的內(nèi)容APS ClusterAPS

18、Cluster0 x0001。它是的意思是將節(jié)點要加入網(wǎng)絡的IEEE6.2.1 所示，其中ReqType 參數(shù)的請求方式類型有兩種，一個為單一獲取(0 x0001)，一個為擴展獲取(0 x0002)。這里的單 一獲0 x0001 標識碼即為APS Cluster IdAPS Profile Id 為不同的應用所定義的不同sampleApp SampleApp.h APS Dest. Endpoint為設備的端口號，這里為 0 x14。關于端口號前面已經(jīng)講過，這里就不再陳述。在第四行，協(xié)調(diào)器發(fā)送了一個網(wǎng)絡層的命令幀，該幀的目的地址為0 xFFFC，表示只是設備請求其無線覆蓋范圍的其他設備針對一個特定的目的設備執(zhí)行路由搜索 為 0 List_status_list 15 秒，利 用#define NWK_LINK_STATUS_PERIOD 15 進行的設置，該宏定義在nwk_globals.h 文件中。接