ZigBee2006协议栈的无线传感执行网络构建

1、1 ZiggBeee技术及及 HYPERLINK /search/?q=ZigBee2006 ZiggBeee20006 HYPERLINK /search/?q=协议栈 协议议栈简介11 ZZigBBee技技术概述述ZiigBeee技术术是一种种短距离离、低速速率的无无线通信信技术。由于其其短距离离、低速速率及可可以实时时定位等等特点，被广泛泛应用于于医疗、智能家家居、智智能建筑筑、工业业自动化化、智能能空间等等领域。12 ZZigBBee220066协议栈栈简析ZiigBeee通信信协议的的基础是是IEEEE 8802154。这这是IEEEE无无线个人人区域网网工作组组的一项项标准，被称作

2、作IEEEE 8802154标准准。该标标准定义义了物理理层(PPHY)和媒体体访问控控制层(MACC)的标标准。ZZigBBee联联盟则定定义了ZZigBBee协协议的网网络层(NWKK)、应应用层(APLL)和安安全服务务规范。TIChiipcoon公司司在IEEEE 80221554标标准和ZZigBBee联联盟所推推出的ZZigBBee220066规范的的基础上上，发布布了全功功能的ZZigBBee220066协议栈栈，并通通过了ZZigBBee联联盟的认认证。该该协议栈栈全部用用C语言言编写，免费提提供给用用户，同同时向后后兼容。该协议议栈在结构构上分为为应用层层、网络络层、安安全层

3、、MACC层和物物理层，每一层层的函数数都严格格按照IIEEEE 800211544标准和和ZiggBeee20006规范范所规定定的原语语格式编编写。与与此同时时，在协协议栈内部还还嵌入了了一个操操作系统统，用于于对任务务进行统统一的调调度。对对于用户户而言，只需要要了解应应用层函函数并进进行恰当当的调用用，就可可以构建建功能完完善、性性能稳定定的ZiigBeee无线线网络。2 系统方方案设计计ZiigBeee HYPERLINK /search/?q=无线传感 无线线传感 HYPERLINK /search/?q=执行网络 执执行网络络必须要要有一个个协调器器作为整整个网络络的传输输与控制

4、制中心，另外还还要有若若干路由由器和终终端节点点。它有有3种最最基本的的连接方方式：星星状连接接、网状状连接和和串状连连接，如如图1所所示。星状状连接方方式比较较简单，只能组组建包含含较少节节点的无无线网络络，各个个终端节节点通过过协调器器实现网网络连接接。网状状连接中中任意节节点之间间都可以以传递信信息。串串状连接接中增加加了若干干路由器器，用于于对数据据进行转转发。在ZZigBBee220066全功能能协议栈栈中，网网络连接接方式的的选择可可通过在在nwkk_gllobaalsc和nnwk_glooballshh中对 STAACK_PROOFILLE_IID的设设置来实实现。SSTACCK

5、_PPRO-FILLE_IID有33种量，分别对对应着星星状连接接、网状状连接和和树状连连接网络络。系统统在nwwk_gglobbalssh中中加入如如下语句句，从而而在家庭庭环境中中构建星星状结构构的ZiigBeee无线线传感执执行网络络：#ddefiine STAACK_PROOFILLE_IID GGENEERICC_STTAR系统统的整体体结构如如图2所所示。系统统中布置置有一个个协调器器与PCC机相连连，同时时布置有有若干终终端节点点或路由由器，使使其连接接温度、湿度和和光敏电电阻等传传感器来来监测房房间环境境。另外外，房间间中还布布置有一一些终端端节点与与执行器器连接，用于控控制窗

6、帘帘的开关关、台灯灯的亮灭灭等。协协调器和和终端节节点在房房间内组组成了一一个星状状结构的的ZiggBeee无线传传感执行行网络。系统统的整体体工作过过程是：首先由由协调器器节点成成功创建建ZiggBeee网络，然后等等待终端端节点加加入。当当终端节节点及传传感器上上电后，会自动动查找空空间中存存在的 ZiggBeee网络，找到后后即加入入网络，并把该该节点的的物理地地址发送送给协调调器。协协调器把把节点的的地址信信息等通通过串口口发送给给计算机机进行保保存。当当计算机机想要获获取某一一节点处处的传感感器值时时，只需需要向串串口发送送相应节节点的物物理地址址及测量量指令。协调器器通过串串口从计

7、计算机端端收到物物理地址址后，会会向与其其相对应应的传感感器节点点发送数数据，传传达传感感器测量量指令。传感器器节点收收到数据据后，通通过传感感器测量量数据，然后将将测量结结果发送送给协调调器，并并在计算算机端进进行显示示。3 系统硬硬件设计计系统统的协调调器、路路由器和和终端节节点的核核心采用用TI公公司的CCC24430芯芯片。该该芯片是是一款真真正的系系统芯片片(SooC)解解决方案案，其在在单个芯芯片上集集成了 ZiggBeee射频前前端、微微控制器器和存储储器。它它使用11个8位位的80051内内核MCCU作为为控制器器，其性性能是工工业标准准80551核的的8倍，且程序序代码与与5

8、1系系列单片片机完全全兼容。CC224300具有6641128 KB的的可编程程Flaash和和8 KKB的RRAM，其大容容量的FFlassh完全全能够满满足ZiigBeee20006协协议栈程序的的要求；另外，还具有有模数数转换器器(ADDC)、定时器器、AEES1228协处处理器和和看门狗狗定时器器等片内内外设。系统统的工作作原理是是：在协协调器端端，CCC24330通过过RS2232异异步串行行通信与与PC机机进行通通信。协协调器成成功组建建网络时时，会向向PC机机发送组组网成功功指示。当有路路由器或或终端节节点加入入网络时时，协调调器通过过RS2232向向PC机机发送节节点加入入指示

9、。在路由由器和终终端节点点处，上上电后CCC24430寻寻找可用用信道并并加入网网络，然然后等待待指令。路由器器或终端端节点一一旦收到到协调器器发送来来的测量量指令，将会读读取传感感器的数数据并传传送。本系系统中温温度和湿湿度测量量使用SSenssiriion公公司的SSHT111数字字温湿度度传感器器。该传传感器具具有相对对湿度和和温度一一体测量量、超快快的响应应时间等等优良特特性。对对台灯和和窗帘的的控制是是通过继继电器TTQ2-3V来来实现的的。44 软件件设计41 系系统采集集温湿度度的程序序设计系统统温湿度度的采集集使用的的SHTT11数数字式温温湿度传传感器采采用两线线制数字字接口

10、，编程十十分方便便。温湿湿度采集集程序流流程如图图3所示示。42 光光敏电阻阻阻值读读取光敏敏电阻阻阻值的读读取用CCC24430内内部的AADC实实现。通通过设置置CC224300的 AADCCCON33寄存器器可对AAD转转换的一一些参数数进行设设置。具具体如下下：使用用14位位的分辨辨率，采采样通道道设置为为AINNO，参参考电压压设置为为内部11255 V。通过实实验可以以测定，当P001的的电压值值等于11255 V时时，环境境光照强强度已经经足够弱弱，可以以控制空空间中的的其他执执行器做做出动作作，如开开灯、打打开窗帘帘等。43 ZZigBBee220066协议栈栈常用函函数及工工

11、作过程程系统统软件基基于TIIChhipccon公公司免费费提供的的Zigg-Beee20006协协议栈，程序序中嵌入入了实时时操作系系统，用用于对网网络组建建、节点点加入、数据收收发等功功能运行行统一调调度。进进行程序序设计时时，首先先在协议议栈应用层层程序中中添加相相应的任任务，然然后运行行任务即即可处理理。ZiigBeee20006协协议栈的maain函函数流程程如图44所示。OSSAL层层初始化化时，通通过ossalAAddTTaskks函数数提供任任务列表表，向实实时操作作系统中中添加用用户所需需要的任任务。在在该函数数中，TTI公司司已经添添加了一一些任务务，如硬硬件应用用层初始始

12、化及处处理函数数、网络络层初始始化及处处理函数数、应用用层初始始化及处处理函数数等。在在该函数数中添加加自己的的任务，添加任任务函数数如下： ossalTTaskkAddd(CSCCE_IInitt，CSCCE_PProccesssEveent，OSAAL_TTASKK_PRRIORRI-TTYLOOW)；ossalTTaskkAddd 函数数在OSSAL层层中的OOSALL_TaaskC文件件中定义义，其作作用是添添加一个个任务到到任务列列表。其其中，第第1个参参数CSSCE_Iniit为用用户任务务的初始始化函数数的函数数名，第第2个参参数CSSCE_ProocesssEvventt为用户

13、户任务的的处理函函数的函函数名，第3个个参数 OSAAL_TTASKK_PRRlORRITYY_LOOW为用用户任务务的优先先级。任务务初始化化函数CCSCEE_Innit和和任务处处理函数数CSCCE_PProccesssEveent都都需要遵遵循ZiigBeee20006协协议栈的格式式。其中中，CSSCE_Iniit函数数和CSSCE_ProocesssEvventt函数需需要在应应用层头头文件SSamppleAApph中进进行声明明。CSSCE_Iniit函数数有一个个参数ttaskk_idd，该参参数为任任务IDD，具体体值由OOSALL进行分分配。CCSCEE_PrroceessE

14、Evennt函数数有2个个参数：第 11个参数数与CSSCE_Iniit函数数相同，为任务务ID；第2个个参数eevennts为为需要处处理的事事件，它它是一个个16位位的二进进制数，每一位位代表一一个事件件。利用用OSAAL层进进行任务务设计时时，必须须保留系系统任务务事件SSYS_EVEENT_MSGG(0 xx80000)，该事件件为强制制事件。进行任任务处理理时，首首先要对对系统任任务事件件是否发发生进行行判断，任务处处理流程程如图55所示。由于ZZigBBee220066协议栈栈为全功功能协议议栈，不需需要对IIEEEE 800211544和ZiigBeee规范范进行全全面的了了解，

15、只只需要在在应用层层进行一一些设计计和改动动，即可可实现数数据的发发送、接接收以及及网络组组建功能能。在终终端节点点的 CCSCEE_PrroceessEEvennt函数数的上电电初始化化处理部部分，加加入物理理地址和和短地址址提取函函数，然然后调用用发送函函数将物物理地址址向协调调器发送送。协议议栈中的物物理地址址获取函函数为NNLMEE_GeetExxtAdddr()，其其返回结结果为一一个指向向节点的的64位位IEEEE地址址的指针针。短地地址的获获取函数数为 NNLMEE_GeetShhorttAdddr()，其返返回结果果为一个个16位位的无符符号整型型数据。数据据发送函函数在ZZi

16、gBBee220066规范的的原语中中已经规规定了其其参数的的顺序及及意义。具体到到TIChiipcoon公司司所提供供的ZiigBeee20006协协议栈中，该该函数为为AF_DattaReequeest，其具体体形式如如下：在协协调器端端和路由由器(或或终端节节点)的的CSCCE_PPro-cesssEvventt函数中中接收到到数据部部分(即即CSCCE_MMesssageeMS-GCBB函数)中对数数据进行行处理，将所接接收到的的数据(即物理理地址和和短地址址)通过过串口发发送到计计算机端端，进行行显示。ZiggBeee20006协议议栈中设计计了串口口接收处处理函数数：该函函数在MM

17、T目录录的SPPIMggrCC中。实实验中，在协调调器端调调用该函函数，即即可从PPC机端端接收数数据并进进行相应应的处理理。444 传感器器程序与与ZiggBeee20006协议议栈的融合合系统统程序中中，传感感器端的的物理地地址及短短地址的的发送部部分程序序，添加加在ZiigBeee20006协协议栈中的CSSCE_ProocesssEvv-ennt函数数的上电电初始化化部分，即ZDDO_SSTATTE_CCHANNGE消消息下。协调器器及传感感器端的的数据接接收都添添加在CCSCEE_PrroceessEEvennt函数数的数据据接收部部分，即即 AFF_INNCOMMINGG_MSSG_CCMD消消息下。系统整整体工作作过程如如图6所所示。45 PPC机端端程序在系系统中，节点上上电加入入网络后后，协调调器会通通过RSS2322向PCC机发送送新加入入节点的的IEEEE地址址。PCC机将从从串口接接收到的的物理地地址和短短地址进进行存储储，并改改变计算算机中所所存储的的房间地地图中的的节点颜颜色进行行指示。该程序序使用VVi