zigBee实验报告（全文完整）
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ZIgBee 学习心得 实验报告 项目名称 基于无线传感器网络的采温实验 专业班级 软件 1105 学 号 姓 名 目录 《计算机网络》 ............................................................................................... 错误! 未定义书签。
实验报告........................................................................................................................................... 1 一、实验目的 ........................................................................................................................... 3 二、实验内容和报告简介 ....................................................................................................... 3 三、实验相关设备环境 ........................................................................................................... 3 四、实验内容 ........................................................................................................................... 7 ．内容简介 ............................................................................................................................... 7 4.2. 无线传感器网络采温系统实验 ....................................................................................... 7 实验简介 ................................................................................................................................... 7 4.2.2 工程结构简介 ................................................................................................................. 8 4.2.3 设备功能及网络拓扑结构介绍 ................................................................................... 10 4.2.4 main()函数和 OSAL ........................................................................................................ 10 4.2.5 设备相关功能主要函数介绍 ....................................................................................... 14 4.3 ZigBee 协议和 ZStack 分析 ........................................................................................... 26 4.3.1 ZigBee 协议和 ZStack 简介............................................................................................ 27 4.3.2 OSAL 原理分析和实现 .................................................................................................. 28 IEEE 802.15.规定的 PHY 层 .................................................................................................. 35 IEEE 802.15.规定的 MAC 层 ................................................................................................. 37 4.3.5 ZigBee2007 的网络层。
................................................................................................ 40 4.3.6 ZigBee2007 的应用层 .................................................................................................... 45 五、实验结果 ......................................................................................................................... 46 六、实验结论 ......................................................................................................................... 47 七、实验小结 ......................................................................................................................... 47 7.1 短距离无线通信网络的现状和发展 .............................................................................. 47 7.2 ZigBee 通信技术的应用 ................................................................................................ 48 7.3 学习 ZigBee 开发的心得体会 ......................................................................................... 48 7.4 下一步可能的学习计划 .................................................................................................. 49 实验《 基于无线传感器网络的采温实验 》 实验学时：
1 实验地点：
201 实验日期：
一、实验目的 1. 设计并实现一套无线传感器网络的采温系统。
2. 较为详细的分析 ZigBee 协议栈。
二、实验内容 和报告简介 完成采集器、传感器设备的设计和实现。
对 ZigBee2007 协议和 Zstack 进行较为详细的分析。
三、实验相关设备环境 介绍了开发板、CC2530 和协议栈 四、实验内容 第一部分详细描述了开发的工作，附上了关键代码和注释。
第二部分分析了 ZIgBee 协议操作系统，描述了其运行机制；以及 PHY层、MAC 层、网络层、应用层。在网络层描述了其网络拓扑结构，并针对 Ad-Hoc路由算法提出了一个我自己的一个想法。
五、实验结果 通过照片展示了实验效果。
六、实验结论 说明了温度数据偏差的原因。
六、实验小结 谈了些无线通信的现状；学习的心得，不足和未来的能力方向。
三、 实验相关设备环境 1. 主要的硬件环境 ZigBee 开发板（两个） 本实验利用的开发板是在淘宝上买的。应该是一个小店参考 TI 公司产品生产的。
外形如图 1 所示：
图 1：ZigBee 开发板外形图 本开发板采用 TI 公司的 CC2530 芯片，外有晶振、RS232 串口、按键、电源灯外围电路及元件。本实验利用 CC2530 芯片集成的片上温度传感器采集温度。
部分核心板电路如图 2 所示：
图 2：部分核心板电路图 部分底板电路图如图 3 所示：
图 3：部分底板电路图 CC2530 芯片 CC2530 是用于 2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和 RF4CE 应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530 结合了领先的RF 收发器的优良性能，业界标准的增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其他强大的功能。CC2530 具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。
图 4：CC2530 框图 CC2530 具有一个 IEEE 802.15.4 兼容无线收发器。RF 内核控制模拟无线模块。另外，它提供了 MCU 和无线设备之间的一个接口，这使得可以发出命令，读取状态，自动操作和确定无线设备事件的顺序。无线设备还包括一个数据包过滤和地址识别模块。
CC2530 的硬件设计也支持 ZigBee 协议所要求的各种协议和算法。
2. 主要的软件环境 TI 公司的。ZStack 是 TI 公司为开发者提供的符合 ZigBee2007 的协议栈，是开发 ZigBee 模块必不可少的环境（当然你也可以选择其他协议栈或自己开发一个协议栈）。ZStack 是一个免费半开源的产品。
注：ZigBee 协议是 ZigBee 联盟给出的一个短距离无线传输协议。
ZigBee 协议栈是 ZigBee 协议的具体实现。
ZStack 是 TI 公司开发的 ZigBee 协议栈。
四、实验 内容 4.1 ． 内容简介 本节内容主要分为以下两方面：1. 无线传感器网络采温系统实验 2. ZigBee 协议（ZigBee2007 版，下同）和 ZStack 分析。
无线传感器网络采温系统实验部分是对本次开发的一个描述。在商业的ZigBee 模块开发中是都利用了 ZigBee 协议栈，其为开发提供了必要的接口。开发者所做的代码工作主要是相关的硬件驱动和应用程序。本实验室基于 TI 官方实例 SimpleAPI 所做，并对这个实例进行了必要的改写。
虽然 ZigBee 协议栈为开发者提供了所需的 API，使得开发者不必关心 ZigBee协议的具体实现，便可开发出产品，但是要想更好的开发 ZigBee 产品，我想还必须对 ZigBee 协议和协议栈进行研究分析。本段内容的另一个部分便是对此的描述。
4.2. 无线传感器网络采温系统实验 4. 实验 简介 本实验基于 ZigBee 网络设计了一个无线传感器网络，可以完成无线的采温功能。
设备类型简介：
协调器 （作为采集器） 协调器是一个 ZB 网络的第一个开始的设备，或者是一个 ZB 网络的启动或建立网络的设备。协调器节点选择一个信道和网络标志符（也叫 PAN ID），然后开始建立一个网络。协调器设备在网络中还可以有其他作用，比如建立安全机制、网络中的绑定的建立等等。
注意：协调器主要的作用是建立一个网络和配置该网络的性质参数。一旦这些完成，该协调器就如同一个路由器，网络中的其他操作并不依赖该协调器，因为ZB 是分布式网络。
路由器 （作为传感器） 一个路由器的功能有（1）作为普通设备加入网络（2）多跳路由（3）辅助其它的子节点完成通信。
终端设备 （作为传感器） 为了维持网络最基本的运行，对于终端设备没有指定的责任。也就是说，在一个基本网络中，终端设备没有必不可缺少性。所以它可以根据自己功能需要休 眠或唤醒，因此为电池供电设备。一般来说，该设备需要的内存较少（特别是内部 RAM） 网络的拓扑结构 网状结构（无线 mesh 网络） 图 5：网络拓扑结构图 黑色的为协调器节点，作为采集器，接收温度信息，并通过串口发送到 PC机上。红色的和白色的为传感器节点，采集温度数据发送到采集器。红色的具有路由功能。网络从功能上讲是基于 ad hoc 网络的，具有自组织，多跳等特点。因此可扩展性、健壮性都很有优势。
4.2.2 工程结构简介 工程结构如图 5 所示：
图 6：工程的工作空间 说明：
APP（Application Programming）：应用层目录，这是用户创建各种不同工程的区域，在这个目录中包含了应用层的内容和这个项目的主要内容，在协议栈里面一般是以操作系统的任务实现的。
HAL（Hardware (H/W) Abstraction Layer）：硬件层目录。
MAC：介质接入控制子层目录，包含了 MAC 层的参数配置文件及其 MAC 的LIB 库的函数接口文件。实现的功能有：1、能产生网络信标。2、支持 PAN 的连接和断开连接。3、同信标保持同步。4、在对等的 MAC 实体之间提供一个可靠的通信链路。5、处理和维护 GTS 机制。6、信道接入采用 CSMA-CA 接入机制。7、支持设备的安全性。介质访问控制层(MAC)帧被称为MAC协议数据单元(MPDU)，其长度不超过 127 个字节。它具有四种不同的帧形式，即信标帧、数据帧、确认帧和命令帧。
MT（Monitor Test）：实现通过串口可控各层，与各层进行直接交互。
NWK（ZigBee Network Layer）：网络层目录，含网络层配置参数文件及网络层库的函数接口文件，APS 层库的函数接口。
OSAL（Operating System (OS) Abstraction Layer）：协议栈的操作系统。
Profile：AF（Application work） 层目录，包含 AF 层处理函数文件。
Security：安全层目录，安全层处理函数，比如加密函数等。
Services：地址处理函数目录，包括着地址模式的定义及地址处理函数。
Tools：工程配置目录，包括空间划分及 ZStack 相关配置信息。
ZDO（ZigBee Device Objects）：ZDO 目录。
ZMac：
MAC 层目录，包括 MAC 层参数配置及 MAC 层 LIB 库函数回调处理函数。
ZMain：主函数目录，包括入口函数及硬件配置文件。
Output：输出文件目录，这个 EW8051 IDE 自动生成的。
设备 功能及网络拓扑结构介绍 ZigBee 设备可分为全功能设备（FFD）和简化功能设备（RFD）。全功能设备可以作为协调器（路由器）节点，可以进行数据的转发等功能。简化功能设备只能作为终端节点发送和接受数据。
ZigBee 协议支持多种网络拓扑结构，包括星型结构，树形结构，网状结构等。关于 ZIgBee 网络拓扑结构的较为详细的介绍，将在本段 3 节中给出。
由于我暂时只买了两个模块，所以网络拓扑结构也很简单了。一个是协调器节点，作为采集器模块通过串口同我的笔记本相连。另一个是终端节点作为传感器模块测量温度并传输数据。需要指出的是，只要有足够多的节点，本实验完全能够根据实际需要设计出有效的网络拓扑结构。
main() 函数和 OSAL 这部分是 Zstack 的程序，与我们编程工作密切相关，所以进行简单说明。一个程序是从 main（）函数开始运行的。在 ZStack 中 main()函数主要完成了各种初始化任务，以及操作系统 OSAL 的启动。
相关的函数代码如下：
/********************************************************************* * @fn main * @brief First function called after startup. * @return don"t care */ int main( void ) { // Turn off interrupts osal_int_disable( INTS_ALL ); // Initialization for board related stuff such as LEDs HAL_BOARD_INIT(); // Make sure supply voltage is high enough to run zmain_vdd_check(); // Initialize board I/O Init...