基于zigbee的智能家居系统设计方案及对策论文

1、-工艺职业技术学院毕业设计论文题 目：基于ZigBee的智能家居系统方案设计系 部： 电子信息系 专 业： 计算机网络物联网学 号： 2012265118 学生： 盛泽云 指导教师： 马飞 职 称： 助教 2015年 4 月 20 日摘 要随着国民生活水平的不断提高，人们对物质生活的态度逐渐从追求生活转变为享受生活。人们越来越多地注意到生活的方便、舒适和随意，并思考着如何能够提高生活质量。因此，智能家居连续多年成为物联网的热门话题并成为物联网的重要组成局部，2013年国务院新发布的物联网指导意见现引发了各界的广泛关注。但是目前智能家居存在着控制系统本钱高，已装修的住宅安装不便等一系列实际问题，

2、因此在广泛地推广及应用方面带来了一些问题与困难。对此，本文提出了基于无线Zigbee 技术的物联网智能家居系统的解决方案，以满足现今人们对于家庭生活品质提高的要求和响应国家关于快速开展物联网技术的政策。近两三年来，智能手机、平板电脑、ipad 等产品由于方便、快捷、网络通讯的简洁等特点以及它的智能化而迅速得到推广与普及。这一切为智能家居行业的开展，提供了一个轻松而舒适的系统终端。针对智能家居开展所存在的问题与困难，本文在对现有的各个智能家居方案进展深入地研究与分析后，提出了一套完整的基于 Zigbee 技术、智能手机技术的性能稳定、架构简单、本钱低廉的智能家居系统。该系统选用 TI 公司的 C

3、C2530F256 芯片进展 Zigbee网络的组网和控制，设计了嵌入式 Wifi 网关将 Zigbee 网络与外网相连，用户家中的数据效劳器则扮演着私有云的角色统筹整个数据流，而用户使用智能手机、iPAD 等网络终端即可享受智能家居所带来的平安、方便、高效、快捷、智能和个性化的全新生活方式。例如，用户在任何地方使用手机就可以轻松、愉快地远程控制着家中的一切，就仿佛是魔法师对着水晶球操纵着另外一个世界的空间。通过手机就能够实时的看到家中的情况；也可以和得意的宝贝来个远程交流；看看小狗有没有在家里淘气；了解离开家时门窗是否关好，以免除后顾之忧；在安防系统开启时，第一时间知道家中是否有异常的情况发

4、生，以便采取有效措施该系统经初步试验，根本上可以实现预期的智能家居的根本功能，具有低本钱、超低功耗、快速组网、扩展性好等特点。关键词：智能家居；Zigbee 技术；CC2530；嵌入式系统；远程控制ABSTRACTWith the continuous improvement of national living standard, people's attitude towards material life gradually shift from the pursuit of life to enjoy life. People more and more attention t

5、o the life convenient, fortable and casual, and thinking about how to improve the quality of life. Intelligent household for many years, therefore, bee a hot topic of the Internet of things and bee the important ponent of the Internet of things, in 2013 the state council issued new guidelines on the

6、 Internet of things is triggered widespread attention from all walks of life.But high cost e*ist in smart home control system at present, has been decorated residence inconvenient installation and a series of practical problems, so in widely promotion and application has brought some problems and di

7、fficulties. To this, this article puts forward the Internet of things intelligent household system based on wireless Zigbee technology solutions, to meet people today and response to the requirement of family life quality improve national policy about the rapid development of Internet of things tech

8、nology.In recent two or three years, smart phones, tablets, and the product due to the convenient, quick, network munication characteristic such as concise as well as its intelligent and quickly get promotion and popularization. All this for the development of smart home industry, provides an easy a

9、nd fortable system terminals.In view of the e*isting problems in the development of smart home with difficulty, based on the e*isting various intelligent household plan after in-depth research and analysis, this paper puts forward a plete set of Zigbee technology, smart phones, stable performance, s

10、imple structure, low cost of smart home system. The system chooses the CC2530F256 chip of TI pany Zigbee network and control network, designed the embedded Wifi gateway will Zigbee network connected to the network, data on the user's home server, play the role of the private cloud to plan as a w

11、hole the entire data flow, and the user to use smart phones, such as the network terminal can enjoy intelligent household security, convenient, efficient, fast, smart and personalized new way of life. For e*ample, a user in any place to use a mobile phone can easily, remote control all of the home h

12、appily, like the sorcerer of the crystal ball with the space of another world. Through mobile phones will be able to see the home situation of real-time; Also can be a remote munication and cute baby; See if the dog is naughty at home; See if left home doors and Windows closed to from worries; In th

13、e security system is open, the first time know whether there are abnormal happens in the home, in order to take effective measures to. Through the preliminary test, the system can basically achieve the basic function of smart home, has low cost, low power consumption, fast networking, good e*pansibi

14、lity.Keywords:Smart Home; Zigbee Technology; CC2530; Embedded System; Remote Control目 录摘要2ABSTRACT3目录5第一章绪论71.1课题的研究背景71.2智能家居的优势及开展概况71.2.1 物联网智能家居的优势81.2.2 智能家居国外开展现状81.2.3 智能家居新趋势91.3课题的研究意义10第二章 ZigBee 应用开发根底112.1 ZigBee 技术概述112.1.1 ZigBee 技术起源112.1.2 ZigBee 技术特点112.1.3 ZigBee 协议构架122.2 ZigBee 物

15、理层规142.3 ZigBee MAC 层规152.4 ZigBee 网络层规162.5 ZigBee 应用层规16应用支持子层APS16应用框架AF172.5.3 ZigBee 设备对象ZDO17第三章 Zigbee网络建立193.1 Zigbee 网络建立与形成193.2 Zigbee 网络绑定过程203.3 Zigbee 网络的数据构造23第四章基于ZigBee智能家居系统设计264.1 智能家居系统组成264.2 Zigbee 协调器及终端节点264.2.1 功能概述264.2.2 硬件设计274.2.3 软件设计304.3 Zigbee-Wifi 网关324.3.1 功能概述324.

16、3.2 软件设计324.4 智能终端Android 平台324.4.1 功能概述324.4.2 手机应用设计33第五章结论34致35参考文献36第一章 绪论1.1课题的研究背景智能家居又称智慧家居/智能住宅，在国外常用 Smart Home 表示。智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。以住宅为平台，利用有线和无线网络平台通信技术，将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居平安性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境1。在现代生活中，人们已不再仅仅要求温饱，更加注重生活质量的提

17、升以及居住环境的改善，智能家居系统应运而生，让用户拥有更方便的手段来管理家庭设备，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与平安。智能家居属于物联网畴，物联网在连续 3 年的国务院政府工作报告中被提到，足见政府对物联网产业的重视程度，这也给物联网产业开展带来了积极影响，加快了物联网从技术走向应用的时间，物联网的研发应用也由此踏上了快车道。在 2013 年 2 月 17日，国务院发布了"关于推进物联网有序安康开展的指导意见"，引发各界广泛关注，在多个行业激起强烈反响。具体到家庭应用就是要求安装非常简单，使用非常方便，维护不用操心，扩展随心所欲。简单地说，就是一个普通消费者看着

18、简单的说明书就能够自己迅速组装完成整套智能家居系统，而不需要专业人员的参与，这是物联网型智能家居产品的一个重要特点。鉴于以上政策与相关领域的研究足以说明智能家居系统必将是这个时代家庭物联方向的重中之重，智能家居俨然成为物联网在日常生活中的最普及的应用，有望在这股开展大潮中加速开展，提前普及。而智能化程度的大幅提高，也必将引领城市居民的全新生活方式。综上所述，智能家居系统的研究与设计对于原有的居住形式有着革命性的改变，多年来智能家居方向一直看好不看做，很大程度也是取决于相关芯片厂商以及对应的国家政策没有给予大力支持。然而现今条件已趋于成熟，国家政策的引导，信息技术的大力普及和应用，极大推动了家居

19、智能化建立的进程2。智能手机的快速崛起也意味着智能终端控制的智能家居系统将会崭露头角，本文利用的智能终端来控制的家居系统将有更多的现实意义。1.2智能家居的优势及开展概况 物联网智能家居的优势随着社会经济构造、家庭人口构造以及信息技术的开展变化，使得人们对家居环境的平安性、舒适性、效率性、透明性提出了更高的要求。同时越来越多的家庭要求家居产品不仅要具备简单的智能，更要求整个系统在功能扩展、外延以及效劳方面能够做到简单、方便、轻松、平安。很显然，我们的家居生活需要改变。传统意义上一般都认为智能家居是带来生活品质的提升，其实物联网型智能家居正在改变这些观点，最显著的变化就是实用、方便、易整合。家庭

20、中会包含很多家用电器，例如电脑、空调、冰箱、电视等等，他们在家中都是各自为政，家庭的主人在使用时往往回头疼的拿起很多个遥控器去逐一的对这些号称智能的家用电器进展控制。随之带来的问题也接踵而至：浪费更多的时间，增加了家庭管理的本钱，对家用电器的控制本钱也大大提高。而物理网智能家居给传统的智能电器、智能家居带来了新的产业时机，它可以将家中的各种电器通过无线方式非常方便地有机组织起来，形成一个完整的系统，从而可以实现无缝感知并完整管理。这种以前无法想象并深具挑战性的应用今天一旦使用物联网技术连接就会变得轻松、方便并且非常有趣。这些应用并不仅仅是生活品质的提高，更大程度上可以看作是现代家庭的一种根本需

21、求。相比物联网智能家居，传统的智能家居不易扩，灵活性低，兼容性差，升级本钱昂贵，维护本钱高。1.2.2 智能家居国外开展现状自从世界上第一幢智能建筑在1984 年在美国出现后，很多经济相对兴旺的国家和地区都很早就进展了智能家居方面的研究，也提出了很多解决方案，现在智能家居系统相对兴旺的国家有日本、美国、德国等国家。不仅如此，英特尔、朗讯、思科、IBM 等国际商业巨头也积极进入智能家居领域，对智能家居、家电等方面进展研发和销售。国外比拟有代表性的智能家居系统有：1Control4 智能家居系统：在2003 年3 月于美国犹他州盐湖城创立了以生产无线居家自动化系统的Control4 团队，该公司是

22、一家专业从事智能家居产品的研发、生产、销售的知名企业。Control4 的智能家居方案不仅是单一的灯光或多房间音乐解决方案，更是对家中电子设别和控制系统的集成解决方案。能够量身定制并随时升级是Control4 智能家居的一大亮点，既可以对单个房间的单一功能进展控制，也可以对整所别墅的全部设备进展集成遥控。其还有一大特色就是针对家庭能源消耗进展控制，通过控制家电等能源消耗设备的使用率来降低能源消耗。比方在室光线充足或不需要强光照射的情况下，就可通过设置降低室的灯光亮度从而到达节省能源的目的。截止2009 年底，Control4 销售了超过100 万台基于Zigbee 无线技术的家庭自动化产品，并

23、获得业界很高的评价。2LG HomNet 智能家居系统：LG 智能家居的理念是让智能家居的使用像用电视一样简单，老人、小孩都可以操作，并同时实现客户个性化的需求，而不是像很多人所认为的过于复杂的操作。LG 公司研发了LG HomeNet 智能家居系统抢占智能家居市场，并自主研发了新的LnCP 通信接口在其智能家居系统上使用，主要应用在家庭中的家电控制、平安防护和远程抄表等方面。这套系统在国获得了"2008 年智能家居突出奉献奖的殊荣。国比拟有代表性的智能家居系统有：1海尔U-home 智能家居系统：海尔Uhome 智能家居解决方案包括智能控制系统、智能影院系统、智能音乐系统和平安防系

24、统，实现了以下几个功能：通过发送手机短信、网络操作实现对家中灯光、窗帘、家电等带电设备的远程控制。智能化高清家庭影院，1080P 高清投影，7.2 声道环绕立体声，100 英寸超大屏幕，欣赏网上的海量高清大片。影院场景一键切换，所有繁复操作全部系统代劳。背景音乐系统可实现房间的视听功能，即使房间的任何一个角落都可以享受音乐。各房间独立的控制面板，可以对每一个音源进展调节。隐形的安装，节约空间。对房屋周围进展平安布防，一旦遇到非法入侵，系统会主动拨打给物业管理中心报警，并第一时间发送手机短信通知业户。2索博智能家居系统：索博智能家居系统主要采用电力线通信总线技术荷兰PLC-BUS 技术来实现家居

25、智能化控制，它重新定义了家庭部高可靠、低本钱智能家居控制的新标准，此项技术拥有超强的系统稳定性和可靠性，在现有智能家居解决方案中占有一席之地。这种通信总线技术目前主要涉及家电控制、家庭照明控制、网络设备与家电通信以及HVAC 控制等方面5。3河东企业HDL 智能家居解决方案：HDL 智能家居系统充分的利用了成熟的计算机技术、网络通信技术、电子技术等科技手段，将各种家电通过不同的互连方式进展通信及数据交换，实现家用电器之间的"互联互通，让"电子管家协调它们自动或在*些特定的外界条件下自开工作，处理各种复杂的逻辑关系，而不需要过多的人为参与，让人们将保贵的精力和时间投入到温馨的

26、家居生活中。HDL智能家居系统主要分为五大块，它们分别是"场景控制、"逻辑自动控制、"远程控制、"家庭娱乐、"安防，用户的操控方式也是灵活多样。1.2.3 智能家居新趋势随着智能家居的迅猛开展，越来越多的家居开场引进智能化系统和设备。智能化系统涵盖的容也从单纯的方式向多种方式相结合的方向开展。据市场调研显示，只有智能家居交互平台才是最好的手段之一。智能家居交互平台是一个具有交互能力平台，并且通过平台能够把各种不同的系统、协议、信息、容、控制在不同的子系统中进展交互、交换。它具有如下特点：1每个子系统都可以脱离交互平台独立运行。2不同品牌的产品、

27、不同的控制传输协议能通过这个平台进展交互。3智能终端触摸屏仅做为各子系统的显示、操作界面。4控制软件可编程DIY，提供信息效劳。5多种控制手段：智能遥控器、移动触摸屏、电脑、手机、PDA 等。随着云技术的开展，近日市面上出现了将云语音控制融入到控制系统的智能家居控制软件，不需要专业的设备，任意一台智能手机或是平板电脑安装上软件即可，其兼容windows、IOS、Android 系统，开启手机软件，启用监听模式，在声场的覆盖的围，即可与系统对话控制电气设备。更强大的是该系统还可以接入互联网系统，进展日常信息查询，浏览网页，搜索音乐等功能，整个交互的过程，可以是全语音也可以是屏幕显示。1.3课题的

28、研究意义当前大多数智能家居的设计多以网络布线为主体。但布线时需要考虑很多因素促使各个线之间不发生冲突，这样的的复杂性只能由专业人士才可以做到。同时布线时所需的大量电线、网线开关等等的费用也不菲，使得很多家庭要认真考虑这方面的费用问题。另外很多老房子如果想改装为智能家居智能重新翻新其装修，这样以来劳民伤财、费力劳心，也导致了智能家居不能普及、开展受限。随着无线网络技术的不断开展，人们将目光放在了无线智能家居技术上。无线网络的灵活性、低本钱、低功率、高效性成为了人们的新宠，也成为了智能家居开展势不可挡的技术支持。无线通信技术的开展势必带来家居智能化的开展，他低廉的本钱、便利的电器节点配置节省了资源

29、的浪费和人力物力的浪费势必要成为智能家居开展的主流，更符合我国家居的情况、更适合普通家庭的使用。第二章 ZigBee 应用开发根底2.1 ZigBee 技术概述ZigBee 是一个由可多到65000 个无线数据传输节点组成的无线通信网络平台，类似于移动通信的CDMA 网或GSM 网，每一个ZigBee 无线数据传输节点类似于移动通信网络的一个基站，在整个网络覆盖围，它们之间可以相互通信。不同的是，移动通信网主要是为语音通信而建立，而ZigBee 网络主要是为自动化控制数据传输而建立。每个移动基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个ZigBee 节点仅仅几十元人民币。ZigBee 网络每个节点间

30、的距离可以从标准的10-75 米，通过组网到扩展后的几百米；每个ZigBee 网络节点不仅可以与监控对象例如传感器连接从而直接进展数据采集和监控，它还可以传输或者处理别的网络节点传过来的数据信息。另外，每个ZigBee 网络节点可以在自己信号覆盖围，和多个不承当网络信息传输任务的孤立的子节点进展无线连接。ZigBee 开发者的目的非常明确，降低功耗，节省本钱。 ZigBee 技术起源ZigBee，译为"紫蜂，又称为"智蜂，与蓝牙技术相类似。ZigBee 是一种新兴的短距离无线通信技术，大多用于传感控制应用。IEEE 802.15 工作组提出了此想法，于是专门成立了TG4 工

31、作组，并制定了IEEE 802.15.4 标准。2002 年，英国Invensys 公司、美国摩托罗拉公司、荷兰飞利浦等公司以及日本三菱电气公司共同成立了ZigBee 技术联盟，研究开发ZigBee 技术。2004 年，ZigBee 联盟开发了ZigBeeV1.0。它是ZigBee 的第一个规标准。但是推出比拟仓促，存在一些错误。2006 年，ZigBee 联盟推出了ZigBee2006，已经比拟完善。2007 年底，ZigBee PRO 推出。蓝牙技术出现以后，曾让诸多商家雀跃不已，但是蓝牙相关产品的售价一直居高不下。ZigBee 的出现，使得厂商们多出了一个很好的选择，而且ZigBee 的

32、特点比蓝牙更适合应用于短距离无线通信领域。 ZigBee 技术特点ZigBee 是一种新兴的低本钱、低功耗、近距离、低数据速率、低复杂度的无线网络通信技术。主要用于近距离无线连接。它依据802.15.4 标准，在数千个节点之间相互通信。这些节点只需要很少的能量，以接力的方式通过无线将数据从一个节点传到另一个节点，所以它们的通信效率非常高。低功耗：ZigBee 采用了多种节电模式，两节五号电池支持长达6 个月到2 年左右的正常使用时间。通信可靠：采用了CSMA/CA 的碰撞防止机制，每次发送数据都必须等待对方确认，防止了发送数据时的竞争和冲突；网络容量大：理论上可支持达65000 个节点。可以满

33、足大局部网络组网。自愈性强：对于增加或删除节点，节点位置发生变动，节点发生故障等，ZigBee 网络都能够自我修复，能够相应地调整网络拓扑构造，保证整个系统仍然能正常工作。自组织性强：ZigBee 网络节点自己能够感知其他节点的存在，并确定连接关系并组成网络。时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。平安：ZigBee 提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的AES-128 算法。 ZigBee 协议构架ZigBee 协议是在IEEE 802.15.4 标准根底上建立的。完整的ZigBee 协议应包括该标准定义了RF 射频以及与相邻设备之间的通信的PHY 和MAC 层，以及Zi

34、gBee 堆栈层：网络层NWK、应用层和平安效劳提供层。ZigBee 协议的每一层负责完成所本层规定的任务，并且向上层提供效劳。ZigBee 协议构架如图2-1 所示。图 2-1 ZigBee 协议构造ZigBee 堆栈的不同层与802.15.4 MAC 通过效劳接入点SAP进展通信。SAP 是*一特定层提供的效劳与上层之间的接口。ZigBee 堆栈的大多数层有两个接口：数据实体接口和管理实体接口。数据实体接口的目标是向上层提供所需的常规数据效劳。管理实体接口的目标是向上层提供访问部层参数、配置和管理数据的机制。每一层的效劳只要有两种功能，通过SAP 为上一层提供相应效劳和调用下一层提供的效劳

35、。SAP 是各层之间的唯一接口，而具体的效劳以通信原语的形式调用。通信原语分为4 种，图2-2 表示了它们之间的关系。图2-2 效劳原语Request：请求原语用于Service User 向Service Provider 请求指定的效劳；Confirm：确认原语由Service User 向Service Provider 发送，用来传送一个或多个前面Request 原语的执行结果。Indication：指示原语由Service Provider 发给Service User，用来指示Service Provider 对于Service User的重要部事件。该事件可能是与一个遥远的效劳请

36、求有关，也可能是Service Provider 的一个部事件引起；Response：响应原语由Service User 向Service Provider 发送，用来表示Service User 对上一次执行Indication 原语的响应。2.2 ZigBee 物理层规物理层通过物理介质为数据链路层提供物理连接，其主要作用是负责处理数据传输率并架空数据出错率，从而透明低传送比特流。Zigbee 协议的物理层完成以下任务：1启动和关闭RF 收发器。2信道能量检测。3对接收到的数据报进展链路质量指示LQILink Quality Indication。4为CSMA/CA 算法提供空闲信道评估C

37、CAClear Channel Assessment。5对通信信道频率进展选择。6数据包的传输和接收。ZigBee 的物理层定义了物理信道和MAC 层之间的接口，它提供物理层管理效劳和数据效劳。物理层管理效劳维护一个物理层相关数据组成的数据库，物理层数据效劳从无线物理信道上收发数据。ZigBee 物理层定义了2 个工作频率，分别是2.4GHz 频段和868/915MHz 频段。两个频段都基于直接序列扩频DSSS，使用的物理层数据包格式一样，两个频段之间的区别在于工作频率、调制技术和传输速率。2.4GHz 频段是全球统一的不需要申请的ISM 频段。美用的ISM 频段是915MHz，欧洲采用的IS

38、M 频段是868MHz，这两个频段的制定防止了2.4GHz 频段附近各种无线通信设备之间的干扰。ZigBee工作频段共划分为27 个信道，物理信道分配如图2-3所示。其中868MHz 有1 个信道，915MHz 有10 个信道，2450MHz 有16 个信道。图2-3 ZigBee 工作频率和数据速率比拟2.3 ZigBee MAC 层规ZigBee MAC 层沿用了传统无线网络中的带冲突防止的载波多路侦听访问技术CSMA/CA 方式，这样可以提高系统的兼容性。而这种设计使多种拓扑网络的应用变得简单化，可实现有效的功耗管理。MAC 层完成的具体任务如下：1协调器产生并发送信标帧。2支持PAN

39、网络的关联和取消关联操作。3普通设备根据协调器的信标帧与协调器同步。4使用CSMA-CA 机制共享物理信道。5为设备的平安性提供支持。6在两个对等的MAC实体之间提供一个可靠的数据链路。7处理和维护时隙保障GTSGuaranteed Time Slot机制。ZigBee 的MAC 层引入了超帧构造和信标帧的概念。MAC 层引入这两个概念使网络管理更加方便。在ZigBee 中，我们选用超帧为周期来使LR-WPAN 网络设备之间进展通信。每个超帧是以协调器发出信标帧的时候为始，在这个信标帧中包含了超帧将要持续的时间以及如何对这段时间的分配等信息。网络中的普通设备接收到这个信标帧后，就可以依据其中的

40、容安排自己的任务。MAC 层也提供两种类型效劳：MAC 层管理效劳MAC sub-layer management entity，MLME和MAC层数据效劳。管理效劳维护一个存储MAC 层协议相关信息的数据库，而数据效劳保证MAC 协议数据单元MPDU在物理层数据效劳中正确收发。2.4 ZigBee 网络层规ZigBee 网络层主要功能包括网络连接和断开时所采用的机制，信息传输过程中所采用的平安性机制，以及设备的路由发现、维护和转交。并且，网络层存储着邻居设备的发现和相关节点的信息。网络层要确保MAC 层正常工作，还要为应用层提供适宜的效劳接口。网络层完成的主要功能如下：1配置新的设备参数：网

41、络层配置适宜的协议，比方建立新的协调器并发起建立网络，或者参加一个已有的网络。2建立网络。3连接或者断开网络：网络层能提供连接或者断开网络的功能，如果节点是协调器或者是路由器，还可以让子节点断开网络。4分配网络地址：如果本节点是协调器或者是路由器，则为新连接该节点的子节点分配网络地址。5邻居节点的发现：网络层能发现和记录网络邻居信息。6建立路由：网络层提供路由功能。7控制接收：网络层能控制接收器的承受时间和状态，以保证MAC 层的同步和正常接收等。8产生网络层的数据包：当网络层承受到来自应用层的数据包后，对数据包进展解析，然后加上适当的网络层向MAC 传输。9网络拓扑的路由功能：网络层提供路由

42、数据包的功能，如果数据包的目的节点为本节点，则将该数据包向应用层发送；如果不是，则将该数据包转发给路由表中的下一个节点。为了向应用层提供接口，网络层提供了数据效劳实体NLDE和管理效劳实体NLME两个功能效劳实体。NLDE 通过数据实体效劳接入点NLDE-SAP为应用层提供数据传输效劳，NLME 通过管理实体效劳接入点NLME-SAP为应用层提供网络管理效劳。并且，NLME 还完成对网络信息库NIB的维护和管理。2.5 ZigBee 应用层规Zigbee 应用层包括应用支持子层APS、应用框架AF、Zigbee 设备对象ZDO。它们共同为各应用开发者提供统一的接口。2.5.1应用支持子层APS

43、APS 层定义了网络层和应用层之间的一个接口。接口效劳由APS 数据实体APSDE和APS 管理实体APSME提供。APS 层完成的主要功能：1APS 层协议数据单元APDU的处理。2APSDE 提供在同一个网络中的两个或者更多的应用实体之间的数据通信。它通过APSDE 效劳接入点APSDE-SAP完成；3APSME 提供多种效劳给应用对象，这些效劳包含平安效劳和绑定设备，并维护管理对象的数据库，也就是我们常说的AIB。它通过APSME 效劳接入点APSME-SAP完成。2.5.2应用框架AFZigBee 中的应用框架Application Framework为驻扎在ZigBee 设备中的应用

44、对象提供了活动的环境，并且为每个应用对象传输数据提供了键值对KVPKey Value Pair Service效劳和报文MSGGenericMessage Service效劳两种效劳。在应用框架中，应用对象通过APS 数据实体效劳接入点发送和承受数据。用户最多可以定义240 个相对独立的应用程序对象，且任何一个对象的端点编号是在1 到240 之间。此外有两个附加的终端节点是为了APSDE-SAP 的使用：端点号0 固定用于ZDO 数据接口；端点241-254保存，留给将来扩展使用；端点255 固定用于所有应用对象播送数据的数据接口功能。每一个应用都对应一个配置文件Profile，包括设备ID，

45、事务集群ID，属性ID 等。AF 通过这些信息来决定效劳类型。 ZigBee 设备对象ZDOZigBee 设备对象ZDO定义了一个的功能函数，在应用对象、设备profile 和APS 之间提供了一个接口。ZDO 满足所有在ZigBee 协议栈中应用操作的一般需要，位于应用框架和应用支持子层之间。它提供以下的功能：1初始化应用支持子层，网络层，平安效劳提供者等。2发现节点以及节点功能。在无信标的网络中，参加的节点只对其父节点可见。而其他节点可以通过ZDO 的功能来确定网络的拓扑构造以及节点所能提供的功能。3网络的维护和管理功能。4平安加密管理：主要包括平安密钥的建立和发送，以及平安授权。5节点管

46、理：对于网络协调器和路由器，ZDO 提供网络监测、获取路由和绑定信息等一系列节点管理功能。6绑定管理：应用支持子层提供绑定的功能，由ZDO 提供绑定功能的管追踪它确定了绑定表的大小，绑定的发起和解除等功能。第三章 Zigbee网络建立3.1 Zigbee 网络建立与形成Zigbee建立网络的整个过程如下：1Coordinator 首先上电，完成网络的初始化，选择一个适宜的信道，并且为自己的网络选择一个PAN_ID(网络标识符)，然后周期的向周围发送beacon request的包。2这时将Router上电，这样Router会首先向周围的环境做一个信道能量扫描选择一个能量比拟适宜高于阈值的信道进

47、展网络搜寻。这里需要注意的是信道能量是有一个等级的，在Z-Stack里面会有一个门限值默认值为-85dBm，当这个能量低于这个门限会被认为没有网络。当信道选择好之后，Router也会周期性的向周围发送beacon request的包来寻求Coordinator的回复。3当Coordinator承受到Router的beacon request包之后会发送一个包含自己IEEE MAC地址的超帧。主要目的是为了将自己的MAC地址(64 位)交给Router，以便后续的通信。4Router承受到超帧之后，将Coordinator的MAC地址保存，并利用这个地址向Coordinator发送一个Assoc

48、iation Request的包，这个包目的是寻求参加网络。收到Coordinator的MAC层确实认帧之后，紧接着发生一个Data Request的包来寻求Coordinator给其分配的16位网络短地址。5上述工作做完网络就已经建立一大半了，当Coordinator接收到Data Request之后，首先经过NWK层的算法为其分配一个唯一的网络短地址，然后向Router发送一个包含其网络短地址的包，这个包是通过MAC地址发送的。6当Router承受到这个包之后，配置自己的短地址为*，然后就可以利用这个短地址和Coordinator进展应用层的通信了，走到这步就表示Router已经成功参加到

49、网络。Zigbee设备有两种地址类型，一个是64位IEEE地址也可以叫MAC地址或扩展地址，一个是16位网络地址也可以叫逻辑地址或短地址。64位地址是全球唯一的，作为设备产品的永久地址被分配。它通常被开发商或安装的时候被指定。该地址由IEEE分配指定，但是在实际网络中，为了方便，通常用16位的短地址来标识自身和识别对方。16位地址在设备参加网络的时候被分配，由这个网络中的协调器自动分配。该地址只能用与本网络中，标志不同的设备间传递信息。为了不使网络中设备混乱，Zigbee分布式网络必须为每个网络中的设备指定确定且唯一的地址。网络地址分配机制共有两种：分布式分配机制Distributed Add

50、ressing 和随机分配机制(StochasticAddressing),Zigbee 2007采用分布式分配机制Distributed Addressing,也称树型分配机制，Zigbee Pro采用随机分配机制(Stochastic Addressing)32。分布式地址分配机制：我们知道，每个zigbee 设备应该拥有一个唯一的MAC 地址。协调Coordinator在建立网络以后使用0*0000 做为自己的短地址。在路由器Router和终端(EndDevice)参加网络以后，使用父设备给它分配的16 位的短地址来通讯。16位的地址意味着可以分配给65536个节点之多，地址的分配取决于

51、整个网络的架构，整个网络的架构由这3个值决定：1网络的最大深度(Lm)；2每个父设备拥有的子设备数(Cm)；3第2条的子设备当中有几个是路由器(Rm)。因为在Zigbee 中，数据包可以单点传送(unicast)，多点传送(multicast)或者播送传送，所以必须有地址模式参数。一个单点传送数据包只发送给一个设备，多点传送数据包则要传送给一组设备，而播送数据包则要发送给整个网络的所有节点。3.2 Zigbee 网络绑定过程ZigBee2007/Pro中规定，在全部节点中实现绑定机制，并将其称为源绑定。绑定指的是两个节点在应用层上建立起来的一条逻辑链路。在同一个节点上可以建立多个绑定效劳，分别

52、对应不同种类的数据包。此外，绑定也允许有多个目标节点一对多绑定。绑定机制允许一个应用效劳程序在不知道目标地址的情况下向对方的应用效劳程序发送数据包。发送时使用的目标地址将由应用支持子层从绑定表中自动获得，从而能使消息顺利被目标节点的一个或多个应用效劳，乃至分组接收。举个例子，在一个灯光网络中，有多个开关和灯光设备，每一个开关可以控制一个或以上的灯光设备。在这种情况下，需要在每个开关中建立绑定效劳。这使得开关中的应用效劳在不知道灯光设备确切的目标地址时，可以顺利地向灯光设备发送数据包。绑定表Binding Table绑定表存放的位置是源节点存中预先定义的块，如果编译选项NV_RESTORE 被激

53、活，协议栈将会把绑定条目保存在非易失性存储器里。因此当意外重启或者节点电池耗尽需要更换等突发情况的发生时，节点能自动恢复到掉电前的工作状态，而不需要用户重新设置绑定效劳。在源节点中存放绑定表，绑定表里的地址和容需要一一映射，在绑定表中需要对所在地址索引、需要绑定的地之索引以及寻址模式等进展一一定义。配置设备绑定效劳，创立或更改绑定表Binding Table，有以下三种机制可供选择：1ZDO 请求绑定当目标设备的IEEE扩展地址64 位地址而且在网络中，可通过调用zb_BindDeviceRequest()建立绑定条目。2ZDO 终端节点请求绑定如果目标设备的扩展地址未知，可实施一个"

54、;按键策略实现绑定。这时，目标设备将首先进入一个允许绑定的状态，并通过zb_AllowBindResponse()对配对请求作出响应。然后，在源节点中执行zb_BindDeviceRequest()目标地址设为无效可实现绑定。两个设备可向协调器告知他们想建立一个绑定表记录。协调器通过安排配对并分别在这两个设备上建立绑定表条目。这一机制规定在指定的时限，通过按键或者其他类似动作对指定的设备实施绑定。在规定的时限，协调器负责收集终端设备绑定请求消息，然后根据一样的配置文件标识号和簇标识号建立相应的绑定表格条目。3设备应用程序绑定设备上的一个应用效劳程序可以建立或者维护一个绑定表。进入设备上绑定条目

55、的另一种方法是由应用效劳程序本身去管理绑定表。这意味着应用效劳程序通过调用以下的绑定表管理函数，可以在本地进入或者移除绑定表的条目。管理绑定表使用的API函数：BindAddEntry()绑定表中加条目；BindRemoveEntry()绑定表中移除条目；BindRemoveClusterIdFromList()从一个已有的绑定表条目中移除一个簇标识符；BindAddClusterIdToList()在一个已有的绑定表条目中参加一个簇标识符；BindRemoveDev()移除*目标地址的所有条目；BindRemoveSrcDev()移除*源地址的所有条目；BindUpdateAddr()更新条

56、目到新的地址；BindFindE*isting()查找一个绑定条目；BindIsClusterIDinList()在绑定条目中查找一个已有的簇标识符；BindNumBoundTo()*一地址源地址或目标地址绑定条目的个数；BindCapacity()允许的最大绑定条目数；BindWriteNV()在NV 中保存新的绑定表；Zigbee网络源绑定配置参考(Configuring Source Binding)；使能源绑定在f8wConfig.cfg 文件中包含REFLECTOR编译标志：NWK_MA*_BINDING_ENTRIES是限制绑定表中的记录的最大个数MA*_BINDING_CLUST

57、ER_IDS是每个绑定记录的群ID 的最大个数。绑定表在静态RAM 中(未分配)，因此绑定表中记录的个数，每条记录中群ID 的个数都实际影响着使用RAM 的数量。每一条绑定记录是8 字节多(MA*_BINDING_CLUSTER_IDS*2字节)。除了绑定表使用的静态RAM的数量，绑定配置工程也影响地址管理器中的记录的个数。一个完整的绑定流程以点亮一个LED灯为例应为：1控制节点在默认情况下sapi层初始化时关闭了匹配描述符响应。当控制节点建立网络后，应用层状态:myAppState = APP_START;通过按下按键S1 可以开启允许绑定功能：zb_AllowBind( 0*FF );允许绑定的实质即开启匹配描述符响应：afSetMatch(sapi_epDesc.simpleDesc->EndPoint, TRUE);控制节点允许绑定的时间围是10s，即允许其他节点在10s与它建立绑定关系。2开关节点参加网络后，通过手动按下按键S1发起与控制节点绑定：zb_BindDevice(TRUE, TOGGLE_LIGHT_CMD_ID, NULL);其中，指定64位IEEE目的地址为NULL。所以将设定目的地址模式为16位网络