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    【学习总结】 池锝网 2018-05-16本文已影响

    篇一:zigbee协议栈学习总结

    典型的智能家居网络总体结构图智能家居系统模块整体框图 ZigBee 是一种标准,该标准定义了短距离、低速率传输速率无线通讯所需要的一系列通信 协议。基于 ZigBee 的无线网络所使用的工作频段为 868MHz、915MHz 和 2.4GHz,最大数 据传输速率为 250Kbps。ZigBee 无线网络共分为 5 层:物理层(PHY) ,介质访问控制层(MAC) ,网络层(NWK) , 应用程序支持子层(APS) ,应用层(APL) 。

    总体而言,ZigBee 技术有如下特点:高可靠性,低成本,低功耗,高安全性,低数据速率 Zigbee 网络中的设备主要分为三种: 1,协调器,协调器节点负责发起并维护一个无线网络,识别网络中的设备加入网络,一个 ZigBee 网络只允许有一个ZigBee 协调器; 2,路由器,路由器节点支撑网络链路结构,完成数据包的转发; 。ZigBee 网格或树 型网络可以有多个 ZigBee 路由器。ZigBee 星型网络不支持 ZigBee 路由器。

    3,终端节点,负责数据采集和可执行的网络动作。

    从功能上,zigbee 节点应由微控制器模块、存储器、无线收发模块、电源模块和其它外设功 能模块组成。

    ZigBee/IEEE802.15.4 定义了两种类型的设备:它们是全功能设备(FFD,Full Function Device)和精减功能设备(RFD,Reduced Function Device) 。FFD 可以 当作一个网络协调器或者一个普通的传感器节点,它可以和任何其他的设备通讯,传 递由 RFD 发来的数据到其他设备, 即充当了路由的功能。

    RFD 只能是传感器节点, 而 它只能和 FFD 进行通讯,经过 FFD 可以将自己测得数据传送出去。在 ZigBee 网络 中大多是这两种设备,网络中结点数理论上最多可达65,536个,可以组成三种类型 网络:星型、网状型和树型。星状网络由一个 PAN 协调器和多个终端设备组成,只存在 PAN 协调器与终端的通讯,终 端设备间的通讯都需通过 PAN 协调器的转发。

    树状网络由一个协调器和一个或多个星状结构连接而成, 设备除了能与自己的父节点或子节 点进行点对点直接通讯外,其他只能通过树状路由完成消息传输。

    网状网络是树状网络基础上实现的, 与树状网络不同的是, 它允许网络中所有具有路由功能 的节点直接互连,由路由器中的路由表实现消息的网状路由。星型,如果用星型网络的话,在房间内的节点是否能够穿墙,与房间外的协调器进行 正常通信。 RFD 的应用非常简单, 容易实现, 就好像一个电灯的开关或者一个红外线传感器, 由于 RFD 不需要发送大量的数据,并且一次只能同一个 FFD 连接通信,因此,RFD 仅需要使用较小 的资源和存储空间,这样,就可以非常容易地组建一个低成本和低功耗的无线通信网络 Zigbee2007 协议栈主要应用领域有:家庭自动化,商业楼宇自动化,自动读表系统。

    IEEE802.15.4(Zigbee)工作在 ISM(industrial,Scientific,medical 即工业,科学,医疗)频 段,定义了两个频段,2.4GHz 频段和 896/915MHz 频段。在 IEEE802.15.4 中共规定了 27 个 信道: 在 2.4GHz 频段,共有 16 个信道,信道同学速率为 250Kbps; 在 915MHz 频段,共有 10 个信道,信道通信速率为 40Kbps 在 896MHz 频段,共有 1 个信道,信道通信速率为 20Kbps协议栈的工作原理, 这个东西将是我们以后接触得最多的东西, 从学习到项目开发, 你不得不和他打交道。

    由于我们的学习平台是基于 TI 公司的,所以讲述的当然也是 TI 的 Z-STACK。ZigBee 协议栈已经实现了 ZigBee 协议,用户可以使用协议栈提供的 API 进行 应用程序的开发,在开发过程中完全不必关心 ZigBee 协议的具体实现细节,要关心 的问题是:应用层的数据是使用哪些函数通过什么方式把数据发送出去或者把数据 接收过来的。所以最重要的是我们要学会使用 ZigBee 协议栈。

    举个例子,用户实现一个简单的无线数据通信时的一般步骤: 1、组网:调用协议栈的组网函数、加入网络函数,实现网络的建立与节点的加入。

    2、发送:发送节点调用协议栈的无线数据发送函数,实现无线数据发送。

    3、接收:接收节点调用协议栈的无线数据接收函数,实现无线数据接收。Zigbee 设备工作流程: Zigbee 协议栈采用任务轮训的方式工作,他会查找发生的事件然后调用相应的事件 执行函数。如果没有事件登记要发生,那么就进入睡眠模式 网络启动流程图 。

    Z-Stack 协议栈中提供了一个名为操作系统抽象层 OSAL 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。用户在进行具体的应用开发时只能够通过调用 API 接口来进行, 而无权知道 ZigBee 协议栈实现的具体细节,也没必要去知道。CC2530 是一个用于 IEEE 802.15.4,ZigBee 和 RF4CE 应用的片上系统解决方案。CC2530 集成了 RF 收发器,增强工业标准的 8051MCU,在系统可编程 Flash 存储器,8-KB RAM 和 许多其他功能。CC2530 有四种不同的 Flash 版本:CC2530F32/64/128/256,分别具有 32/64/128/256KB Flash 存储器。十分适合需要超低功耗的系统。

    CPU 和内存 CC2530 使用的 8051CPU 是一个单周期的兼容内核。其中包含; 中断控制器:其为 18 个中断源提供服务,它们中的每个中断都被赋予 4 个中断优先级中的 一个。

    内存仲裁器:位于系统中心,它负责执行仲裁,即决定同时访问系统物理存储器时的顺序, 便于系统效率的提高。CC2530 外设强大的 5 通道 DMA IEEE802.15.4MAC 定时器,通用定时器(一个 16 为定时器,一个 8 为定时器) IR 发生电路(IR 中断) 具有捕获功能的 32—KHz 睡眠定时器 硬件支持 CSMA/CA 支持精确的数字化 RSSI/LQI 电池监视器和温度传感器 8 路输入,12 为分辨率 ADC AES 安全协议 2 个支持多种串行通信协议的强大的 USART 21 个通用 I/O 引脚 I/O 控制器 看门狗定时 等 无线设备 CC2530 具备一个 IEEE802.15.4 兼容无线接收器,其中的 RF 内核控制模拟无线模块,另外 它还提供一个连接外部设备的端口, 从而可以发送命令和读取状态, 操纵各执行电路的时间 顺序。同时无线设备还包括数据包过滤模块和地址识别模块。

    极限参数:推荐运行条件: 在网络节点硬件平台中,cc2530 需要实现的功能以及外围模块主要有 3 糠郑和ü a/d 口 控制传感器模块进行数据采集;控制无线 rf 模块完成数据收发;通过 i/o 口相应主机控制。传 感器采集的数据也可通过 i/o 口与微处理器相连,通过 rs232 接口可实现网络节点与 pc 机的 通 信 [3] 。

    外 围 硬 件 电 原 理 图 如 图 4 所 示 。

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