《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》課件 第8章 Z-Stack協(xié)議棧

第8章

Z-Stack協(xié)議棧Z-Stack是TI公司開發(fā)的ZigBee協(xié)議棧，TI公司在推出其CC2530射頻芯片同時，也向用戶提供了自己的ZigBee協(xié)議棧軟件-Z-Stack。這是一款業(yè)界領(lǐng)先的商業(yè)級協(xié)議棧，經(jīng)過了ZigBee聯(lián)盟的認(rèn)可而為全球眾多開發(fā)商所廣泛采用，使用CC2530射頻芯片，可以使用戶很容易的開發(fā)出具體的應(yīng)用程序來，Z-Stack實際上是幫助程序員方便開發(fā)ZigBee的一套系統(tǒng)。Z-Stack使用瑞典公司IAR開發(fā)的IAREmbeddedWorkbenchfor8051作為它的集成開發(fā)環(huán)境。TI公司為自己設(shè)計的Z-Stack協(xié)議棧中提供了一個名為操作系統(tǒng)抽象層OSAL的協(xié)議棧調(diào)度程序。對于用戶來說，除了能夠看到這個調(diào)度程序外，其它任何協(xié)議棧操作的具體實現(xiàn)細(xì)節(jié)都被封裝在庫代碼中。用戶在進(jìn)行具體的應(yīng)用開發(fā)時只能夠通過調(diào)用API接口來進(jìn)行，而無法知道ZigBee協(xié)議棧實現(xiàn)的具體細(xì)節(jié)。Z-Stack協(xié)議棧簡介

1）協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)啟動整個網(wǎng)絡(luò)。它也是網(wǎng)絡(luò)的第一個設(shè)備。協(xié)調(diào)器選擇一個信道和一個網(wǎng)絡(luò)ID(也稱之為PANID，即PersonalAreaNetworkID)，隨后啟動整個網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器也可以用來協(xié)助建立網(wǎng)絡(luò)中安全層和應(yīng)用層的綁定(bindings)。注意，協(xié)調(diào)器的角色主要涉及網(wǎng)絡(luò)的啟動和配置。一旦這些都完成后，協(xié)調(diào)器的工作就和一個路由器相同。由于ZigBee網(wǎng)絡(luò)本身的分布特性，因此接下來整個網(wǎng)絡(luò)的操作就不再依賴協(xié)調(diào)器是否存在。2）路由器路由器的功能主要是：允許其他設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)，多跳路由協(xié)助由電池供電的子終端設(shè)備的通訊。通常，路由器需要一直處于活動狀態(tài)，因此它必須使用主電源供電。但是當(dāng)使用樹這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，允許路由器間隔一定的周期操作一次，這樣就可以使用電池給其供電。3）終端設(shè)備終端設(shè)備沒有維持網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的職責(zé)，它可以睡眠或者喚醒，因此它可以是一個由電池供電的設(shè)備。通常，終端設(shè)備對存儲空間(特別是RAM的需要)比較小。設(shè)備類型

ZigBee采用直接序列擴(kuò)頻（DSSS）在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段,2.4GHz(全球)、915MHz(美國)和868MHz(歐洲)。在2.4G頻段上IEEE802.15.4/ZigBee規(guī)定了16個信道,每個信道頻帶寬度為5MHz。ZigBee與其他通信協(xié)議的信道沖突：15，20，25，26信道與Wi-Fi信道沖突較小藍(lán)牙基本不會沖突。無繩電話盡量不與ZigBee同時使用信道16位的ID值來標(biāo)識唯一一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)，主要是用于區(qū)分網(wǎng)絡(luò)，使得同一地區(qū)可以同時存在多個ZigBee網(wǎng)絡(luò)。其取值范圍是0x0000～0x3FFF。當(dāng)設(shè)置為0xFFFF時，協(xié)調(diào)器可以隨機獲取一個16位的PANID建立一個網(wǎng)絡(luò)。路由器或者終端設(shè)備可以加入任意一個已設(shè)定信道上的網(wǎng)絡(luò)而不去關(guān)心PANID。PANID用于在邏輯上區(qū)分同一地區(qū)或者同一信道上的ZigBee節(jié)點，在不同地區(qū)或者同一地區(qū)不同的信道可以使用同一PANID。PANID

ZigBee設(shè)備有兩種類型的地址。一種是64位IEEE地址，即MAC地址，另一種是16位網(wǎng)絡(luò)地址。64位地址使全球唯一的地址，設(shè)備將在它的生命周期中一直擁有它。它通常由制造商或者被安裝時設(shè)置。這些地址由IEEE來維護(hù)和分配。16位地址為網(wǎng)絡(luò)地址是當(dāng)設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)后分配的。協(xié)調(diào)器按照一定的算法進(jìn)行分配，16位網(wǎng)絡(luò)地址是當(dāng)設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)后分配的。它在網(wǎng)絡(luò)中是唯一的，用來在網(wǎng)絡(luò)中鑒別設(shè)備和發(fā)送數(shù)據(jù)。地址1）單點傳送(Unicast)將數(shù)據(jù)包發(fā)送給一個已經(jīng)知道網(wǎng)絡(luò)地址的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。2）間接傳送(Indirect)當(dāng)應(yīng)用程序不知道數(shù)據(jù)包的目標(biāo)設(shè)備在哪里的時候使用的模式。從發(fā)送設(shè)備的棧的綁定表中查找目標(biāo)設(shè)備。這種特點稱之為源綁定。當(dāng)數(shù)據(jù)向下發(fā)送到達(dá)棧中，從綁定表中查找并且使用該目標(biāo)地址。這樣，數(shù)據(jù)包將被處理成為一個標(biāo)準(zhǔn)的單點傳送數(shù)據(jù)包。如果在綁定表中找到多個設(shè)備，則向每個設(shè)備都發(fā)送一個數(shù)據(jù)包的拷貝。數(shù)據(jù)傳送方式廣播傳送(broadcast)當(dāng)應(yīng)用程序需要將數(shù)據(jù)包發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)的每一個設(shè)備時，使用這種數(shù)據(jù)傳送方式。目標(biāo)地址可以設(shè)置為下面廣播地址的一種：①(0xFFFF)——數(shù)據(jù)包將被傳送到網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備，包括睡眠中的設(shè)備。對于睡眠中的設(shè)備，數(shù)據(jù)包將被保留在其父親節(jié)點直到查詢到它，或者消息超時。②(0xFFFD)——數(shù)據(jù)包將被傳送到網(wǎng)絡(luò)上的所有在空閑時打開接收的設(shè)備，也就是說，除了睡眠中的所有設(shè)備。③(0xFFFC)——數(shù)據(jù)包發(fā)送給所有的路由器，包括協(xié)調(diào)器。數(shù)據(jù)傳送方式---廣播傳送端點（EndPoint）：端點EndPoint是為實現(xiàn)一個設(shè)備描述而定義的一組群集，定義了一個設(shè)備內(nèi)的一個通信實體，一個特定應(yīng)用通過它被執(zhí)行。ZDO的Endpoint為0，其他應(yīng)用程序Endpoint從1-240，241-255保留未用。關(guān)于EndPoint的理解就是虛擬鏈路。端點ZigBee技術(shù)具有強大的組網(wǎng)能力，可以形成星型、樹型和MESH網(wǎng)狀網(wǎng)，可以根據(jù)實際項目需要來選擇合適的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。默認(rèn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是MESH網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

簇（cluster）：（一種約定）一個應(yīng)用規(guī)范內(nèi)的所有設(shè)備，通過簇的方式彼此進(jìn)行通信。簇可被輸入給一個設(shè)備，也可從一個設(shè)備被輸出。簇的作用主要在于發(fā)送方和接收方關(guān)于通信的一種約定，接收方接收到的信息的簇ID來判定要對接收到的信息進(jìn)行怎樣的處理。簇

路由能夠自愈ZigBee網(wǎng)絡(luò)，如果某個無線連接斷開了，路由功能又能自動尋找一條新的路徑避開那個斷開的網(wǎng)絡(luò)連接。這就極大的提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性，同時也是ZigBee網(wǎng)絡(luò)的一個關(guān)鍵特性。路由ZigBee聯(lián)盟定義指定。在同一個網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備必須符合同一個協(xié)議棧規(guī)范（同一個網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的協(xié)議棧規(guī)范必須一致）。ZigBee聯(lián)盟為ZigBee協(xié)議棧2007定義了2個規(guī)范：ZigBee和ZigBeePRO。所有的設(shè)備只要遵循該規(guī)范，即使在不同廠商買的不同設(shè)備同樣可以形成網(wǎng)絡(luò)。ZigBee和ZigBeeP