Zigbee建网和入网过程实验

1、Zigbee建网和入网过程实验Sample App ZigBee 络组建及协议分析仪的使用方法。实验目的与器材实验目的zigbee协议的三种设备建网时所担任的角色；Z-Stack2007/PRO协议栈中协调器如何建立网络；Z-Stack2007/PRO协议栈中路由和终端如何加入网络；学习TI 官方提供的抓包工具的应用及协议分析。实验器材3个CC2530开发套件12个路由器模块；实验原理与步骤1）硬件介绍CC25302）实验原理1 设备的分类ZigBee 网络只支持两种设备： 1）全功能设备 Full Function 2)精简功能设备（也叫半功能设备 Reduced Function 两者的比

2、较：FFD 设备能够提供MACZigBeeRFD 只能提供部分的MACFFDZigBee 标准在此基础上定义了三种节点：ZigBee协调器CoordinatoZigBee路由器RouterZigBee终端End 2 所使用的设备所用的ZigBee 设备都具有连接网络和断块网路的功能。ZigBee 协调器和路由器都具有以下附加功能：允许设备以如下方式连接网路： MAC（Medium Access Control ）层的连接命令。 应用层的连接请求允许设备以如下方式断开网络； MAC 层的断开命令 应用层的断开命令 对逻辑网络地址的分配 维护邻居设备3 组建网络组建一个网状的ZigBee 网络包括

3、两个步骤：网络的初始化和节点加入网络；而节点加入网络又有两个步骤：通过协调器加入网络和通过已有节点入网。1） 网络的初始化ZigBee 网络的建立是由协调器（Coordinator）发起的，任何一个节点想建立一个网络必须满足两个条件： 节点是FFD 节点，具有协调器功能； 节点还没有和其他网络连接（一个网络中只许有一个协调器） 网络初始化过程如图图 6-2-1 所示。节点上电激活节点上电激活否是否节点？是是否建立网络？是否确定网络协调器失败启动并初始化协议栈信道扫描无道？有选择合适信道设置PAN ID和协调器短地址网络初始化成功等待其他节点加入网络图 6-2-1 网络初始化流程网络初始化流程如

4、下：确定网络协调器。首先判断节点是否是FFD（通过编程设定其节点属性（Beacon request 然（T_scan_duratio么此 FFD 即可建立自己ZigBee进行信道扫描。包括能量扫描和主动扫描。描， 设备网络层通过发送扫描类型（ ScanType ） 参数设置为能量检测扫描的MLME-SCAN.requestMAC 层进行信道能量检测扫描扫描结果通过MLME-SCAN.confirm 平的信道作下一步处理MLME-SCAN.RequestZigBee 网络（最好也没有ZigBee 设备。设置网络 IDPAN（PAN ID，取值0 x3FFF）,这个 IDPAN ID 可以通过监听

5、通道内其他网络的ID 来选择一个不会冲突的ID 的方式来获取，也可以人为的指定。在 ZigBeeMAC 地址（64 位）和短地址位IEEE过使用短地址进行通信。对于协调器来说，短地址通常设定为0X0000；LogicChannel、PAN macShorAddress、信标周期BeaconOrder、超帧激活周期SuperframeOrder 等。在确定网络的初始化参数之后， MACMLNE-SAP和开始原语（MLME-START）将选定的参数配置到节点的MAC6-2-2ZigBeeCoodAPLZigBeeCoodAPLZigBeeCoodNWKZigBeeCoodMAC启动建立一个网络NL

6、ME-NETWORK-FORMATION.request信道扫描请求MLME-SCAN.request信道扫描完成完成后返回MLME-SCAN.request主动扫描MLME-SCAN.request选择信道、PANID和逻辑地址完成后应答MLME-SCAN.requestmacPANID设置主动扫描完成MLME-SET.requestMLME-SET.confirm 应答PAN启动MLME-START.requestMLME-启动后返回NLME-NETWORK-FORMATION.confirmSTART.confirm图 6-2-2 建立一个新网络节点通过协调器加入网络当ZigBeeFFD

7、FFD节点上电激活主动扫描查找范围内的协调器N检测到信标？Y向协调器发送关联加入命令N协调器资源足够YaResponsetim时间内做出决定N直接从协调器信标内提取关联相应命令向协调器发送数据请求命令N提取成功？协调器将关联相应命令发送给节点Y加入成功，获得网络短地址图 6-2-3 节点（FFD）与协调器连接加入网络的流程图 节点需要向协调器提出连接请求，协调器接收到节点的连接请求后根6-2-3MAC 层对物理层和MAC 层的phyCurrentChannelmacPANIDPIB(数据库)属性进行相应的设置。如果没有检测到，间隔一段时间后，节点重新发送扫描。发送关联请求命令Associate

8、 request commman协调器收到后立即回复一个确认帧AC，同时向它的上层发送连接指示原语，表示已经收到节点的连接请求。但这并不意味着已经建立连接，只表示协调器已经收到节点的 MAC（存 储空间和能量）决定是否同意此节点加入请求，然后给节点MAC等待协调器处理。当节点收到协调器加入请求命令的ACK 后，节点的MAC它的上层通告。而协调器给节点的 MAC 层发送响应时会设置一个等待响应时间（T_ResponseWaitTime）来等待协调器对其加入请求命令的处理，若协调器资源足够， 协调器会给节点分配一个 16 位的短地址，并产生包含新地址和连接成功状态的连接响应命令，则此节点将成功的和

9、协调器建立连接并可以开始通信。若协调器资源不够，待加入的节点将重新发送请求信息，直到入网成功。发送数据请求命令。如果协调器在响应时间内同意节点加入，那么将产生关联响应命令（Associate reponse command）并先存储这个命令。当响应时间过后，节点发送数据请求命令（Data request ACK，然后将存储的关联响应命令发给节点。如果在响应时间到后，协议器还没有决定是否同意节点加 入回复。节点收到关联响应命令后，立即向协调器回复一个确认帧ACK连接响应命令，此时节点将保存协调器的短地址和扩展地址，并且节点的 MLME 向上层发送连接确认原语，通告关联加入成功的信息。节点上层节点

10、MAC节点PHY协调器PHY协调器MAC协调器上层MLME-SCAN.requestBeacon request选择合适的P A NMLME-SCAN.confirmT_AS_SCAN执行主动扫描.BeaconMLME-ASSOCIATE.request.执行CSMAPD-DATA.request节点上层节点MAC节点PHY协调器PHY协调器MAC协调器上层MLME-SCAN.requestBeacon request选择合适的P A NMLME-SCAN.confirmT_AS_SCAN执行主动扫描.BeaconMLME-ASSOCIATE.request.执行CSMAPD-DATA.req

11、uest连接请求Association.requesrtPD-DATA.confirmtPD-DATA.indication确认AcknowledgementPD-DATA.indicationT_AcWaitPD-DATA.confirmtMLME-ASSOCIATE-indicationT_Response Wait Time.Send ACK执行CSMAPD-DATA.request数据请求Data requestMLME-ASSOCIATE-reponsePD-DATA.confirmtStore AssociateresponsePD-DATA.indication.PD-DATA.

12、indication确认AcknowledgementPD-DATA.requestPD-DATA.confirmtSend ACKPD-DATA.indication连接响应Association.response执行CSMAPD-DATA.requestMLME-PD-DATA.confirmtASSOCIATE.confirmtPD-DATA.request确认AcknowledgementPD-DATA.indicationSend ACKPD-DATA.confirmtT_AcWait图 6-2-4 节点与协调器连接原语时序图节点通过已有节点加入网络当靠近协调器的FFD 节点和协调器

13、关联成功后，处于这个网络范围内的其他节点就以这些 FFD 节点作为父节点加入网络了，具体加入网络的方式有两种：通过关联（association）方式，就是待加入节点发起加入网络；也就是子设备用MAC 连接程序来加入网络直接方式（direct）方式，子设备直接同一个预先所指定的父设备连接来加入网络。其中关联方式是ZigBee 网络中新节点加入网络的主要途径新节点身份重新寻找并加入网络。PANID 和可以加入的信息。在相邻表中所有的父节点中选择一个发送请求。如果发送的请求被批准，那么父节点同时会被分配给它一个 16 为的网络地址，此时入网成功，子节点可以开始通信。如果请求失败，那么重新查找相邻表，

14、继续发送请求信息，直到加入网络或者相邻表中没有了合适的父节点。3）实验步骤第一步：打开协调器，蓝灯先亮，然后黄灯闪烁几下，既而一直保持亮。第二步：打开路由器，蓝灯先亮，然后黄灯闪烁几下，既而一直保持亮。第三步：按动一下协调器的上键，这时路由器的绿灯闪烁四下。第四步：按动一下路由器的上键，这时协调器的绿灯闪烁四下。4）程序清单清单 6.2.1 管理协调器的孩子节点，并向这些节点发送关联消息/*函 数 名 ZDP_NwkAddrReq描述 构建并发送一个网络地址请求帧。利用广播的方式，利用IEEE网络地址。参数 IEEEAddress：获取的设备IEEE一获取0 x000(0 x0002Start

15、Index：开始索引，默认为0；SecurityEnable：安全选项；返 回 值 afStatus_t*/ afStatus_t ZDP_NwkAddrReq( uint8 *IEEEAddress, byte ReqType,byte StartIndex, byte SecurityEnable )uint8 *pBuf = ZDP_TmpBuf;byte len = Z_EXTADDR_LEN + 1 + 1; / IEEEAddress + ReqType + StartIndex. zAddrType_t dstAddr;(void)SecurityEnable; / Intent

16、ionally unreferenced parameter if ( osal_ExtAddrEqual( saveExtAddr, IEEEAddress ) = FALSE )dstAddr.addrMode = AddrBroadcast;dstAddr.addr.shortAddr = NWK_BROADCAST_SHORTADDR_DEVRXON;elsedstAddr.addrMode = Addr16Bit;dstAddr.addr.shortAddr = ZDAppNwkAddr.addr.shortAddr;pBuf = osal_cpyExtAddr( pBuf, IEE

17、EAddress );*pBuf+ = ReqType;*pBuf+ = StartIndex;return fillAndSend( &ZDP_TransID, &dstAddr, NWK_addr_req, len );实验结果我们可以通过协议分析仪分析ZigBee 数据包来描述实验的结果。以下是利用协议分析仪分析建立ZigBee 网络，节点加入及发送数据的实验过程。5162如图 5且为自己的网络选择一个PAN_ID(0 x2053)，然后向周围发生beacon request行开始此协调器对信道进行扫描（主动扫描，然后不停的发送广播包0 xFFF。广播的内容APS ClusterAPS

18、Cluster0 x0001。它是的意思是将节点要加入网络的IEEE6.2.1 所示，其中ReqType 参数的请求方式类型有两种，一个为单一获取(0 x0001)，一个为扩展获取(0 x0002)。这里的单 一获0 x0001 标识码即为APS Cluster IdAPS Profile Id 为不同的应用所定义的不同sampleApp SampleApp.h APS Dest. Endpoint为设备的端口号，这里为 0 x14。关于端口号前面已经讲过，这里就不再陈述。在第四行，协调器发送了一个网络层的命令帧，该帧的目的地址为0 xFFFC，表示只是设备请求其无线覆盖范围的其他设备针对一个特定的目的设备执行路由搜索 为 0 List_status_list 15 秒，利 用#define NWK_LINK_STATUS_PERIOD 15 进行的设置，该宏定义在nwk_globals.h 文件中。接