1、本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）如需源代碼，開(kāi)題報(bào)告，外文翻譯，聯(lián)系qq153893706題 目: 基于單片機(jī)的無(wú)線監(jiān)控軟件的實(shí)踐 姓 名: 學(xué) 院: 專 業(yè): 班 級(jí): 學(xué) 號(hào): 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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀513 本文主要研究?jī)?nèi)容614論文結(jié)構(gòu)6第二章 zigbee技術(shù)分析72.1 zigbee與無(wú)線通訊72.1.1 zigbee的產(chǎn)生722 zigbee網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型82.2.1星形網(wǎng)絡(luò)92.2.2樹(shù)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(duì)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(guò)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(jì)和實(shí)踐153.1擴(kuò)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(wú)線模塊插座173.1.5電位器173.1.6顯示菜單說(shuō)明173.2無(wú)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(jì)和實(shí)踐234.1軟件設(shè)計(jì)的流程244.2開(kāi)發(fā)環(huán)境264.3 項(xiàng)目軟件平臺(tái)和通信274.4.z-stack程序分析與設(shè)計(jì)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(xiàn)：32附錄33點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信程序33基于單片機(jī)的無(wú)線監(jiān)控軟件的實(shí)踐農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生 指導(dǎo)教師 摘要:服務(wù)業(yè)作為一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)，在社會(huì)發(fā)展迅速的二十一世紀(jì)，有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。而飲食業(yè)是服務(wù)業(yè)中一個(gè)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(chǎng)所，一般都使用傳統(tǒng)的點(diǎn)菜方式，不符合信息時(shí)代的便捷性、智能性和科技性。應(yīng)用一種智能的點(diǎn)菜系統(tǒng)，也就有了一定的應(yīng)用價(jià)值和科技價(jià)值。zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前國(guó)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(diǎn)，其包含了傳感器技術(shù)、無(wú)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)

5、展和廣泛應(yīng)用，將對(duì)人們的社會(huì)生活產(chǎn)生極大的影響，對(duì)產(chǎn)業(yè)變革產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。針對(duì)當(dāng)前餐飲業(yè)的傳統(tǒng)點(diǎn)菜方式，設(shè)計(jì)一個(gè)基于zigbee技術(shù)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：zigbee；cc2430；無(wú)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(shí)代和網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，進(jìn)入到后pc時(shí)代。更小、更方便的低功耗設(shè)備沖破了傳統(tǒng)臺(tái)式計(jì)算機(jī)以及高性能服務(wù)器的設(shè)計(jì)模式。微機(jī)電系統(tǒng)(microelectromechanical system.mems)的迅速發(fā)展奠定了設(shè)計(jì)和實(shí)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)己成為計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)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(rèn)為是將對(duì)2l世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。無(wú)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。可以預(yù)計(jì)，將來(lái)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)會(huì)無(wú)處不在。但現(xiàn)在無(wú)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(dá)到希望的要求還將會(huì)有很長(zhǎng)的一段發(fā)展歷程。 目前，無(wú)線傳感器終端設(shè)計(jì)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(jiǎn)單的信號(hào)收發(fā)。對(duì)于無(wú)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(jiǎn)潔的協(xié)議棧支持傳感器網(wǎng)絡(luò)的有效運(yùn)行，到處存在接入的可能；利用廣播信息，避免交互應(yīng)答；簡(jiǎn)化協(xié)議層次、簡(jiǎn)練信令方式；節(jié)省系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)等。正是基于對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端的要求，zigbee協(xié)議應(yīng)運(yùn)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是一種介于無(wú)線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案。它依據(jù)ieee802154標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)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(duì)于現(xiàn)有的各種無(wú)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(zhǔn)通過(guò)的8021 54無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)研制開(kāi)發(fā)的，有關(guān)組網(wǎng)，安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它不僅只是802154的名字，ieee僅處理低級(jí)mac層和物理層協(xié)議，zigbee聯(lián)盟對(duì)其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和api進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。完全協(xié)議一次可直接連接到一個(gè)設(shè)備的基本節(jié)點(diǎn)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(gè)協(xié)調(diào)器可連接多達(dá)255個(gè)節(jié)點(diǎn)，而幾個(gè)協(xié)調(diào)器則可形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)路由傳輸?shù)臄?shù)目沒(méi)有限制。zigbee聯(lián)盟還開(kāi)發(fā)了安全層，以保證這種便攜設(shè)備不會(huì)意外泄漏其標(biāo)識(shí)，而且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會(huì)被其

13、它節(jié)點(diǎn)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(fù)責(zé)物理層和鏈路層標(biāo)準(zhǔn)。zigbee技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了低成本、低功耗和低速率無(wú)線通信市場(chǎng)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(jì)和實(shí)現(xiàn)、互聯(lián)互通測(cè)試和市場(chǎng)推廣等方面。它不僅打開(kāi)了大量新應(yīng)用之門(mén)，而且還能給許多現(xiàn)有的應(yīng)用增加新的價(jià)值。由于通過(guò)zigbee各種非常簡(jiǎn)單的器件就能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，作為一個(gè)全球標(biāo)準(zhǔn)，為將來(lái)實(shí)現(xiàn)

14、無(wú)所不在的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造了條件。 服務(wù)業(yè)作為一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)，在社會(huì)發(fā)展迅速的二十一世紀(jì)，有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。而飲食業(yè)是服務(wù)業(yè)中一個(gè)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(chǎng)所，一般都使用傳統(tǒng)的點(diǎn)菜方式，不符合信息時(shí)代的便捷性、智能性和科技性。應(yīng)用一種智能的點(diǎn)菜系統(tǒng)，也就有了一定的應(yīng)用價(jià)值和科技價(jià)值。將zigbee技術(shù)應(yīng)用于點(diǎn)菜系統(tǒng)，可以方便地實(shí)現(xiàn)點(diǎn)菜系統(tǒng)的智能化、無(wú)線化、便捷化。 zigbee作為一種嶄新的近程無(wú)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(diǎn)，已成為目前嵌入式應(yīng)用的一個(gè)大熱點(diǎn)。 基于zigbee技術(shù)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)，可以使用在各種賓館、酒店、餐廳等場(chǎng)所

15、，特別是那些高級(jí)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(dāng)客人到店內(nèi)來(lái)消費(fèi)的時(shí)候，只需坐到餐桌前，通過(guò)餐桌上的點(diǎn)菜系統(tǒng)點(diǎn)菜，系統(tǒng)自動(dòng)將該客人所點(diǎn)的菜肴傳送到總臺(tái)協(xié)調(diào)器，服務(wù)員、廚房、收銀臺(tái)只要通過(guò)協(xié)調(diào)器便可以知道客人所點(diǎn)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(lái)回跑動(dòng)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(yíng)造高檔次就餐環(huán)境創(chuàng)造了良好條件?？腿它c(diǎn)完菜，服務(wù)員無(wú)需向吧臺(tái)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(diǎn)菜時(shí)間，減少了服務(wù)員工作量，降低了服務(wù)員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且服務(wù)員始終不離客人視線，服務(wù)更周到及時(shí)，并且避免了跑單漏單

16、現(xiàn)象，提高了經(jīng)營(yíng)的整體運(yùn)營(yíng)效率，從點(diǎn)菜起到客人結(jié)帳全自動(dòng)，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(jiǎn)單、快捷等特點(diǎn)，成為實(shí)現(xiàn)無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)有效又經(jīng)濟(jì)的手段。所以用zigbee技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)也就成為了一種很好的選擇。 12國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究起步于20世紀(jì)90年代未期。國(guó)際上，1999年和2003年著名的美國(guó)商業(yè)周刊和mit技術(shù)評(píng)論technologyreview在預(yù)測(cè)未來(lái)技術(shù)發(fā)展的報(bào)告中，分別將其列為21世紀(jì)最具影響的21項(xiàng)技術(shù)和改變世界的10大新技術(shù)之一。國(guó)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(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)。1995年美國(guó)提出了“國(guó)家智能交通系統(tǒng)項(xiàng)目規(guī)劃”，2002年美國(guó)英特爾公司發(fā)布“基于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)的新型計(jì)算發(fā)展規(guī)劃”。2004年3月英特爾公司演示了家庭護(hù)理的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)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(wú)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(hù)理。zigbee是剛剛發(fā)展起來(lái)的，很有市場(chǎng)潛力的一種技術(shù)。它是為了滿足低功耗、低成本的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)要求而誕生的，ieee標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)在2000年12月份正式批準(zhǔn)并成立了802154 i作組，任務(wù)就是開(kāi)發(fā)一個(gè)低數(shù)據(jù)速率

18、的wan(lr-wpan)標(biāo)準(zhǔn)。它能在低成本設(shè)備(固定、便攜或可移動(dòng)的)之間進(jìn)行低數(shù)據(jù)速率的傳輸。它使用的頻段是無(wú)需許可的，進(jìn)一步降低了成本。它非常適合在一個(gè)有限的范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。目前，各大國(guó)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(guó)內(nèi)目前在芯片方面只有臺(tái)灣達(dá)盛公司(ubec

19、)開(kāi)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(jìn)行二次開(kāi)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(kāi)發(fā)上，國(guó)外的大公司一直走在前列：韓國(guó)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(wú)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(tái)在歐洲為自動(dòng)讀表系統(tǒng)(amr)部署第一套支持zigbee的系統(tǒng)；美國(guó)compx公司己經(jīng)成功丌發(fā)出了可電腦外設(shè)上使用無(wú)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(kāi)發(fā)的zigbee單芯片收發(fā)機(jī)。國(guó)內(nèi)在zigbee產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)上起步比較晚，但是進(jìn)展很快：深圳旭昂公司己經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種zigbee模塊，并提供開(kāi)發(fā)和演示平臺(tái)；成都西谷曙光公司也開(kāi)始提供自己的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，同時(shí)開(kāi)發(fā)了多種zigbee模塊(包括溫度傳感，門(mén)禁系統(tǒng)等)。目前也有很多大學(xué)和研究所也紛紛開(kāi)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(dòng)通訊公司龐大的gprs網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)成本與運(yùn)行維護(hù)成本都很低，遠(yuǎn)小于自行建設(shè)獨(dú)立運(yùn)行的專用通訊網(wǎng)絡(luò)(如電臺(tái)、有線ddn、微波等)。gprs網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方便簡(jiǎn)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(cè)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(yùn)行可靠，數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性強(qiáng)，運(yùn)行費(fèi)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(wèn)題。在保證數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)、準(zhǔn)確的前提下，將系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用也降低到了極低。同時(shí)，通信鏈路由專業(yè)的運(yùn)營(yíng)商來(lái)維護(hù)，避免了用戶在使用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的同時(shí)，還需要耗3費(fèi)很大精力去維護(hù)通信線路的問(wèn)題嗍。但是，如果對(duì)每個(gè)采集點(diǎn)都配置一套gprs模塊，使用起來(lái)成本還是比較高的。將zigbee與gprs結(jié)合，它既保持?jǐn)?shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性強(qiáng)，又降低了運(yùn)行費(fèi)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(chǎng)所，通常所使用的點(diǎn)菜方

22、式，都是傳統(tǒng)的人工方式，即客人走進(jìn)餐廳或酒店等場(chǎng)所，服務(wù)員就拿著菜單迎上來(lái)詢問(wèn)客人并要求點(diǎn)菜，隨后服務(wù)員將菜單送到廚房和收銀臺(tái)，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(diǎn)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(fèi)了人力，同時(shí)服務(wù)員來(lái)回跑會(huì)產(chǎn)生忙亂現(xiàn)象，也可能會(huì)出現(xiàn)跑單漏單現(xiàn)象，降低了經(jīng)營(yíng)的整體運(yùn)行效率。而無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)就可以有效地解決這些問(wèn)題。 當(dāng)今的幾大無(wú)線通信技術(shù)比較復(fù)雜，耗費(fèi)的資源也多，成本高，不適合短距離通訊的場(chǎng)合。而作為短距離傳輸?shù)乃{(lán)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(wú)線聯(lián)網(wǎng)要求，而zigbee無(wú)線協(xié)議復(fù)雜度低，對(duì)資源要求少，低功耗，低成

23、本，短時(shí)延，可容納65535個(gè)節(jié)點(diǎn)，且不受?chē)?guó)家允許的公用頻率限制，非常適合無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)。zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，從而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。一臺(tái)zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊中心節(jié)點(diǎn)能以輪詢的方式與多臺(tái)無(wú)線點(diǎn)菜機(jī)通訊。在室內(nèi)，受建筑物的阻擋等因素影響，當(dāng)一臺(tái)pc機(jī)端無(wú)線數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的通訊距離不能覆蓋整個(gè)應(yīng)用場(chǎng)所時(shí)，可在適當(dāng)位置增設(shè)多個(gè)無(wú)線通訊節(jié)點(diǎn)，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(lái)的四到五年內(nèi),每個(gè)家庭將有50個(gè)zigbee器件。 現(xiàn)在較多的點(diǎn)菜系統(tǒng)是pda點(diǎn)菜系統(tǒng)，其主要通過(guò)紅外線或無(wú)線傳輸技術(shù)（802.11b）來(lái)進(jìn)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(guò)程中不能有任何障礙物，傳輸成功率不能達(dá)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(huì)較為復(fù)雜，造成網(wǎng)絡(luò)易出故障。無(wú)線傳輸技術(shù)（802.11b）因其受到國(guó)家允許的公共頻率限制，會(huì)受到其他諸如手機(jī)、微波設(shè)備的干擾。而且pda無(wú)按鍵,操作繁瑣,點(diǎn)菜速度慢,在輸入數(shù)據(jù)、附加項(xiàng)時(shí)必須用筆觸式界面，難以識(shí)別潦草的字，易出錯(cuò)，修改麻煩，損壞頻率高。13 本文主要研究?jī)?nèi)容對(duì)基于zigbee技術(shù)的無(wú)線點(diǎn)菜系統(tǒng)的研究，作者主要做了以下工作：1. 概述無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的背景和意義，回顧了無(wú)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(wú)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(jì)的規(guī)范，設(shè)計(jì)并開(kāi)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(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和zigbee規(guī)范，編寫(xiě)了系統(tǒng)程序并運(yùn)用所開(kāi)發(fā)的zigbee設(shè)備組成樹(shù)狀網(wǎng)。3 通過(guò)實(shí)現(xiàn)zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò),用pic18f4620單片機(jī)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(guò)串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到pc機(jī)。從而達(dá)到發(fā)送和接收所點(diǎn)菜品的目的。4 對(duì)降低zigbee設(shè)備功耗進(jìn)行了研究，利用芯片自有的省電模式實(shí)施低功耗設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)在5號(hào)電池供電的情況下盡量延長(zhǎng)無(wú)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(duì)比了國(guó)內(nèi)、外的研究現(xiàn)狀，歸納了本文的主要研究?jī)?nèi)容，說(shuō)明了本文的結(jié)構(gòu)。第二章通過(guò)對(duì)比zigbee和其他無(wú)線通訊技術(shù)，介紹t zigbee的應(yīng)用領(lǐng)域；詳細(xì)闡述zigbee的網(wǎng)絡(luò)類(lèi)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(guò)程及zigbee的路由。第三章主要介紹zigbee硬件，包括擴(kuò)展演示板和無(wú)線通信模塊的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)、各個(gè)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(jiǎn)單的應(yīng)用。第四章介紹軟件的設(shè)計(jì)平臺(tái)、程序設(shè)計(jì)流程、各種zigbee協(xié)議棧原語(yǔ)功能以及程序的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。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(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離無(wú)線連接。它有自己的無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)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(guò)無(wú)線電波將信息從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)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(cè)試和市場(chǎng)推廣由2002年8月組成的zigbee聯(lián)盟負(fù)責(zé)。zigbee聯(lián)盟由英國(guó)invensys公司、日本三菱電氣公司、美國(guó)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(fèi)類(lèi)電子廠商及oem商等，例如honeywell等工業(yè)控制和家用自動(dòng)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(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)zigbee物理和mac層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的ieee802154作組。2.1.2 zigbee與其他無(wú)線技術(shù)的比較 無(wú)線技術(shù)可以分為高速率無(wú)線技術(shù)和低速率無(wú)線技術(shù)兩類(lèi)。高速率無(wú)線技術(shù)主要包括irda、wifi、home rf、bluetooth、dect、hiperlan和uwb等，低速率無(wú)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接

29、，無(wú)法實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的連接，并且兩個(gè)互相通訊的設(shè)備必須對(duì)準(zhǔn)，中間不允許有物體阻隔。由于以上幾點(diǎn)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(wú)線接入的主流標(biāo)準(zhǔn)。用戶可以用支持無(wú)線lan的筆記本電腦或pda通過(guò)wifi技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線上網(wǎng)，其成本相對(duì)其他無(wú)線技術(shù)較高。3home rf 因其標(biāo)準(zhǔn)不公開(kāi)，后續(xù)研發(fā)與技術(shù)升級(jí)較慢、缺少眾多大公司的支持，并且在與wifi等技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)中并不占優(yōu)勢(shì)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(guò)越來(lái)越多的pc、mp3播放器以及數(shù)碼相機(jī)也在采用bluetooth。2005年

30、5月，藍(lán)牙小組sig宣布了和uwb開(kāi)發(fā)商的結(jié)盟，以滿足同步大容量傳輸以及實(shí)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(tái)藍(lán)牙設(shè)備最多同時(shí)和7個(gè)其他的藍(lán)牙設(shè)備相連，網(wǎng)絡(luò)容量受到限制。5hiperlan hiperlan標(biāo)準(zhǔn)提供了類(lèi)似于ieee 80211無(wú)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(biāo)準(zhǔn)采用5g射頻頻率，可以達(dá)至u20mbps的上行速率。hiperlan2 樣采用5g射頻頻率，上行速率可以達(dá)至u54mbps。hiperlan2系統(tǒng)n3g標(biāo)準(zhǔn)兼容。wlan系統(tǒng)可以用來(lái)傳送接受數(shù)據(jù)、圖像以及實(shí)現(xiàn)語(yǔ)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(kuò)展不同的固定網(wǎng)絡(luò)。6dectdect是由etsi帶ij定的增強(qiáng)型數(shù)字無(wú)繩電話系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)開(kāi)放型的、不斷演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)，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(dá)系統(tǒng)和圖像系統(tǒng)，適用于高速率傳輸場(chǎng)合。8zwave 傳輸速率只有96kbs，雖然zwave又另增了一個(gè)可達(dá)40kbs速率的模式，但主要應(yīng)用領(lǐng)域還是家庭自動(dòng)化。對(duì)比其他無(wú)線通訊技術(shù)，zigbee的主要優(yōu)勢(shì)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(fèi)。2能耗?。涸诘秃碾姶龣C(jī)模式下，兩節(jié)普通5號(hào)干電池可使用6

32、個(gè)月。3網(wǎng)絡(luò)容量大：一個(gè)zigbeen絡(luò)內(nèi)可以容納65000個(gè)設(shè)備。_4可靠性高：采取了碰撞避免策略，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避開(kāi)了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。采用完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都需要接受方的確認(rèn)。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(lèi)型 為了降低系統(tǒng)成本，ieee定義了兩種類(lèi)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(shù)狀網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這三種網(wǎng)絡(luò)都必須有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的存儲(chǔ)容量最大，計(jì)算能力最強(qiáng)，主要的任務(wù)是發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)

33、絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息，不斷的接收消息。三種網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(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(shù)狀網(wǎng)絡(luò)星形網(wǎng)絡(luò)圖2.1 zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(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(gè)網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)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(lái)負(fù)責(zé)管理和維護(hù)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(dòng)化、個(gè)人計(jì)算機(jī)的外設(shè)以及個(gè)人健康護(hù)理等小范圍的室內(nèi)應(yīng)用。2.2.2樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò) 樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)可以是

34、擴(kuò)展的單個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)多個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)，樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)也只有一個(gè)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(gè)路由器又可以組成一個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)星形網(wǎng)又可以有下一級(jí)的星形網(wǎng)絡(luò)，所以樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)可以有幾級(jí)的子網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍比較大，對(duì)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(shù)狀網(wǎng)絡(luò)適合倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)管理與維護(hù)，大型停車(chē)場(chǎng)的車(chē)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(gè)ffd都可做為路由器，根據(jù)路由協(xié)議來(lái)優(yōu)化最短和最可靠的路徑，只要彼此都在對(duì)方的無(wú)線輻射范圍之內(nèi)，任何兩個(gè)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(fù)責(zé)

35、實(shí)現(xiàn)管理鏈路狀態(tài)信息，認(rèn)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(guò)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(chǎng)合，比如工業(yè)檢測(cè)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(biāo)準(zhǔn)是在ieee 802154標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上設(shè)立的，聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)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(wú)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(wú)線物理信道

36、上收發(fā)數(shù)據(jù)，物理層管理服務(wù)維護(hù)一個(gè)由物理層相關(guān)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫(kù)。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(cè)量；2接受信息包的lqi；3cca；4收發(fā)數(shù)據(jù)。 信道能量測(cè)量為網(wǎng)絡(luò)層提供信道選擇依據(jù)，主要測(cè)量信道中接收信號(hào)的功率強(qiáng)度，該檢測(cè)本身不進(jìn)行解碼操作，檢測(cè)結(jié)果為有效信號(hào)功率和噪聲信號(hào)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(shí)無(wú)線信號(hào)的強(qiáng)度和質(zhì)量信息，與信道能量檢測(cè)不同的是，它要對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼，生成的是一個(gè)信噪比指標(biāo)。這個(gè)信噪比指標(biāo)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(jiǎn)單判斷信道的信號(hào)能量，當(dāng)信號(hào)能量低

37、于某門(mén)限值就認(rèn)為信道空閑；第二種是通過(guò)判斷無(wú)線信號(hào)的特征，這個(gè)特征主要包括兩方面，即擴(kuò)頻信號(hào)特征和載波頻率；第三種模式是前兩種模式的綜合，同時(shí)檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)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?dú)w因于基于dsss方法的準(zhǔn)正交調(diào)制技術(shù)。來(lái)自物理層收斂協(xié)議數(shù)據(jù)單元的二進(jìn)制數(shù)據(jù)被依次按字節(jié)從低到高組成4位二進(jìn)制數(shù)據(jù)符號(hào)，每種數(shù)據(jù)符號(hào)對(duì)應(yīng)16個(gè)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(wú)需申請(qǐng)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(shí)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(guó)的ism頻段，這兩個(gè)頻段的引入避免了24ghz附近各種無(wú)線通信設(shè)備的相互干擾。由于這兩個(gè)頻段上無(wú)線信號(hào)傳播損耗較小，因此可以降低對(duì)接收機(jī)靈敏度的要求，獲得較遠(yuǎn)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(hào)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(biāo)；2與信標(biāo)同步；3支持個(gè)域網(wǎng)的建立與斷開(kāi)；4為設(shè)備提供安全性支持；5信道接入方式采用csmaca機(jī)制；6保護(hù)時(shí)隙機(jī)制的建立與維護(hù)。 ieee 802154mac子層定義了廣播幀、數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和mac命令幀等4種幀類(lèi)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(rèn)幀和mac命令幀則用于zigbee設(shè)備之間mac子層功能實(shí)體間控制信息的收發(fā)。廣播

40、幀和確認(rèn)幀不需要接收方的確認(rèn)，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(rèn)，如果需要確認(rèn)，并且fcs已經(jīng)通過(guò)了校驗(yàn)，接收方將立即發(fā)送確認(rèn)幀。若發(fā)送方在一定時(shí)間內(nèi)收不到確認(rèn)幀，將自動(dòng)重傳該幀。這就是mac子層可靠傳輸?shù)幕具^(guò)程。mac子層幀頭由29節(jié)的幀控制域、l字節(jié)的幀序號(hào)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(lèi)型、地址域的格式以及是否需要接收方確認(rèn)等控制信息；幀序號(hào)域包含了發(fā)送方對(duì)幀的順序編號(hào)，用于匹配確認(rèn)幀，實(shí)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(guò)兩種

41、服務(wù)接入點(diǎn)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(guò)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)接入，網(wǎng)絡(luò)層管理服務(wù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)接入。這兩種服務(wù)通過(guò)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(gè)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(fù)責(zé)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立和維護(hù)、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(jìn)入和離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型設(shè)置設(shè)備的協(xié)議堆棧、使網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器對(duì)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(duì)通信進(jìn)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(shí)體通過(guò)對(duì)應(yīng)用支持層協(xié)議數(shù)據(jù)單元增加一個(gè)適當(dāng)?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?fù)鋫鬏斅酚桑W(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體能夠發(fā)送一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元到一個(gè)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(gè)網(wǎng)絡(luò)，即建立一個(gè)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(kāi)一個(gè)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(duì)象以及應(yīng)用層框架組成。應(yīng)用支持子層的作用是維護(hù)綁定表，在綁

43、定的設(shè)備之間傳輸信息。zigbee設(shè)備對(duì)象的作用包括：在網(wǎng)絡(luò)中定義一個(gè)設(shè)備的類(lèi)型，如定義設(shè)備類(lèi)型為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器或?yàn)槁酚善骰驗(yàn)榻K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(qǐng)求以及在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立一個(gè)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(gè)接口。接口的提供是通過(guò)zigbee設(shè)備對(duì)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(jī)制，應(yīng)用支持子層的功能如下：(1)接收到應(yīng)用對(duì)象載荷后，對(duì)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(gè)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(gè)設(shè)備已綁定了，則應(yīng)用支持子層

44、會(huì)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(duì)象通過(guò)apsde-sap發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。而對(duì)應(yīng)用對(duì)象的控制和管理則通過(guò)zigbee設(shè)備對(duì)象公用接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。apsde-sap提供的數(shù)據(jù)服務(wù)包括請(qǐng)求、確認(rèn)、響應(yīng)、以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹甘尽Ｄ軌蚨x多達(dá)240個(gè)不同的應(yīng)用對(duì)象，端點(diǎn)號(hào)從1至u240。還有兩個(gè)附加的端點(diǎn)o和端點(diǎn)255，其中端點(diǎn)0用于zigbee設(shè)備對(duì)象的數(shù)據(jù)接口，端點(diǎn)255,貝1j用于所有應(yīng)用對(duì)象的廣播數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接口。2.3.5

45、zigbee設(shè)備對(duì)象 zigbee設(shè)備對(duì)象，描述了一個(gè)基本的功能函數(shù)類(lèi)，在應(yīng)用對(duì)象、設(shè)備配置和應(yīng)用支持子層之間提供了一個(gè)接口。zigbee設(shè)備對(duì)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(lái)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(hù)功能；(5)綁定管理，綁定功能由應(yīng)用支持子層負(fù)責(zé)，但是綁定功能的管理卻是由zigbee設(shè)備對(duì)象負(fù)責(zé)，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(duì)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和路由器，zi

46、gbee設(shè)備對(duì)象提供網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)、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(duì)象實(shí)際上是介于應(yīng)用對(duì)象和應(yīng)用支持子層之間的端點(diǎn)，其主要功能集中在網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)上。應(yīng)用對(duì)象可以通過(guò)zigbee設(shè)備對(duì)象提供的功能來(lái)獲取網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備的信息，如網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、其他設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址和當(dāng)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(shí)，發(fā)送的信息幀自上而下傳遞，經(jīng)過(guò)應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、mac層、物理層對(duì)信息幀都會(huì)添加相應(yīng)層的包頭。最后信息幀經(jīng)過(guò)最底層的物理層處理后，通過(guò)射頻芯片mcl3193調(diào)制發(fā)送出去。接收時(shí)，通過(guò)射頻芯片mcl3193把收到的信號(hào)解調(diào)出來(lái)，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(jìn)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(zhǎng)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(hào)、目的pan標(biāo)識(shí)符、目的地址、源pan標(biāo)識(shí)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(hào)組成。1 幀控制域的結(jié)構(gòu)如表2.2所示：位012567891015幀類(lèi)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(lèi)型為00時(shí)表示是數(shù)據(jù)幀，0l時(shí)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(hào)；(2)發(fā)現(xiàn)路由為00時(shí)表示禁止路由發(fā)現(xiàn)，01時(shí)表示使能路由發(fā)現(xiàn)，10時(shí)表示強(qiáng)制路由發(fā)現(xiàn)；(3)安全位置1時(shí)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(shí)，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(hào)也是僅在幀的目的地址為廣播地址(0xffff)時(shí)，廣播序列號(hào)才存在。每傳送一個(gè)新的廣播幀，該序列號(hào)就會(huì)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(diǎn)域、組地址域、簇標(biāo)識(shí)符域、輪廓標(biāo)識(shí)符域、源端點(diǎn)域和幀長(zhǎng)計(jì)算器組成。1 幀控制域的結(jié)構(gòu)如表2.3 所示：位01234567幀類(lèi)型發(fā)送模式間接地址模式安全請(qǐng)求確認(rèn)保留表2.3 應(yīng)用支持子層幀控制域結(jié)構(gòu)幀類(lèi)型為00時(shí)表示數(shù)據(jù)幀，0l時(shí)表示命令幀，10表示確認(rèn)幀；(1)發(fā)

50、送模式為oo時(shí)表示普通發(fā)送模式，01時(shí)表示間接尋址發(fā)送，10時(shí)表示廣播發(fā)送；(2)間接地址模式置1時(shí)表示在地址域中不包含目的端口；(3)安全位置1時(shí)使能安全功能；(4)確認(rèn)請(qǐng)求位置1時(shí)表示發(fā)送設(shè)備等待接收設(shè)備發(fā)送的確認(rèn)幀。2目的端點(diǎn)域用來(lái)指示信息幀的終端接收設(shè)備；3組地址域用來(lái)指示設(shè)備的16bit的組地址；4簇標(biāo)識(shí)符域用來(lái)對(duì)不同的設(shè)備進(jìn)行綁定操作；5輪廓標(biāo)識(shí)符域用來(lái)對(duì)信息幀進(jìn)行過(guò)濾并傳送該幀；6源端點(diǎn)域?yàn)?x00時(shí)表示信息幀來(lái)自zigbee設(shè)備對(duì)象，為0x010xf0時(shí)表示此信息幀來(lái)自不同的應(yīng)用對(duì)象的操作；7幀長(zhǎng)計(jì)算器用來(lái)避免對(duì)信息幀的重復(fù)接收，啟動(dòng)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(duì)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(duì)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(guò)程 雖然網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(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?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供了充分支持，下面主要介紹星形網(wǎng)絡(luò)、樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的形成過(guò)程：1星形網(wǎng)絡(luò)的建立過(guò)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(guò)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(gè)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(jiǎn)單的策略是：一個(gè)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(qǐng)求，如果接收到回應(yīng)說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)存在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，再通過(guò)一系列認(rèn)證過(guò)程，設(shè)備就成為了這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的普通設(shè)備。如果沒(méi)有收到回應(yīng)，或者認(rèn)證過(guò)程不成功，這個(gè)ffd設(shè)備就可以建立自己的網(wǎng)絡(luò)，并且成為這個(gè)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(gè)惟一的標(biāo)識(shí)符，所有該星型網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備都是用這個(gè)標(biāo)識(shí)符來(lái)規(guī)定自己的屬主關(guān)系。選擇一個(gè)標(biāo)識(shí)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(gè)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(duì)方。2樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)的建立過(guò)程 在樹(shù)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(gè)樹(shù)狀網(wǎng)中也只有一個(gè)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(jì)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(biāo)識(shí)符(cluster identifier)設(shè)置為0，同時(shí)為該簇選擇一個(gè)未被使用的pan網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符，形成網(wǎng)絡(luò)中的第一個(gè)簇。接著，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器開(kāi)始廣播信標(biāo)幀。鄰近設(shè)備收到信標(biāo)幀后，就可以申請(qǐng)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(qǐng)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(huì)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(gè)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(jìn)一步擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。但是過(guò)多的簇頭會(huì)增加簇間消息傳遞的延遲和通信開(kāi)銷(xiāo)。為了減少延遲和通信開(kāi)銷(xiāo)，簇頭可以選擇較遠(yuǎn)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(dá)到減少延遲和開(kāi)銷(xiāo)的目的，一簇也就是一個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)，樹(shù)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(guò)程 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，任意兩個(gè)設(shè)備只要能夠彼此收到對(duì)方的無(wú)線信號(hào)，就可以進(jìn)行直接通信。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中仍然需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)整個(gè)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?chē)O(shè)備發(fā)送的

55、信息。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)數(shù)據(jù)包可以通過(guò)選擇一條最優(yōu)的傳輸路徑最終到達(dá)它的目的設(shè)備，具有傳輸可靠性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍很大，可在大范圍內(nèi)進(jìn)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(rèn)、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(shí)或永久故障的情況下，為數(shù)據(jù)包提供通過(guò)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(lái)建立通過(guò)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(shí)惡劣的情況下，aodv的恢復(fù)能力極強(qiáng)。如果存在幾條到目的設(shè)備的可選路徑，那么zigbee路由器會(huì)采用包括lqi記錄在內(nèi)的多種指示器來(lái)選擇適當(dāng)?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(shí)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(shí)現(xiàn)的工作距離很大程度上取決于其自身