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【通信协议】ZigBee无线通信技术(一)

修电脑的杂货店 2021-05-16
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ZigBee是基于IEEE 802.15.4标准的低功耗局域网协议,是一种短距离、低功耗的天线通信技术。

特点是:近距离、低复杂度、低数据传输速率。


本文内容共分为六个模块


1,ZigBee无线通信技术开发基础

2,ZigBee开发平台和开发工具

3,ZigBee协议栈解析与应用开发

4,ZigBee农业光照度采集系统开发与实现

5,ZigBee农业遮阳系统开发与实现

6,ZigBee农业报警系统开发与实现



ZigBee无线通信技术开发基础


学习与开发目标:

        (1)知识目标:ZigBee网络特征;ZigBee网络架构。

        (2)技能目标:了解ZigBee网络特征;了解ZigBee网络的应用场景。

        (3)开发目标:通过学习了解ZigBee网络的参数、架构、节点类型。


ZigBee的网络特征:


低功耗、低成本、低数据传输速率、近距离、短时延、高容量。


ZigBee网络架构:


【1】ZigBee网络参数:(节点的识别与定位)

        ZigBee网络采用的区分与识别方法时设置ZigBee的网络CHANNEL(网络信道号),在相同的CHANNEL下通过PANID(网络ID)来区分网络。

        MAC地址。64位IEEE地址,全球唯一地址,由制造商分配,IEEE组织负责维护。

        ShortAddr。16位ZigBee网络内部的网络地址,在ZigBee网络中是唯一的。在网络中鉴别设备和发送数据。


【2】ZigBee节点类型:

        协调器、路由节点、终端节点。节点类型只是网络层的概念,反映了网络的拓扑结构,节点类型与节点在应用中的功能并不相关。

        协调器,初始化网络。

        路由,转发信息,容许子结点加入网络。

        终端,收发信息,不处在收发状态可休眠,节省耗电。


【3】ZigBee的网络结构:

        星状拓扑

        树状拓扑

        网状拓扑

不同的拓扑结构,通信规则不同。


ZigBee开发平台和开发工具:


CC2530是TI公司用于2.4GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE的片上系统解决方案,是学习ZigBee网络的依托平台。


CC2530采用集成MCU+射频收发模块的SoC设计方式,这种设计方式能实现节点的微小化和极低的功耗。


原理学习:CC2530和ZigBee协议栈:


【1】CC2530开发平台:性能极好的RF收发器、增强型8051微处理内核、系统中可编程的Flash、8KB RAM以及其他功能。ZigBee协议栈ZStack。

        特性:高性能的无线前端、低功耗、微处理器、具有丰富的外设接口。

        资源:CPU与内存、时钟与电源管理、片上外设(I/O控制器,DMA控制器,定时器,ADC外设,随机数发生器,AES协处理器,看门狗,串口)、无线射频收发器。


【2】ZigBee协议栈:

        1,ZigBee协议栈架构。

        ZigBee协议实在IEEE 802.15.4标准基础上设计的,ZigBee设备包括了IEEE 802.15.4(该标准定义了RF设频以及相邻设备之间的通信)的PHY和MAC层,以及ZigBee协议栈,即网络层、应用层和安全服务提供层。

        ZigBee协议分为两部分,IEEE 802.15.4定义的PHY和MAC层的技术规范。ZigBee协议栈就是将各个层定义的技术规范都结合到一起,以函数的形式实现,并为用户提供API。

        分别介绍各层:

        (1)物理层PHY。定义无线信道和MAC层之间的接口。

       (2)媒体接入控制层MAC。负责所有的物理无线信道访问,并产生网络信号和同步信号。

        (3)网络层NWK。网络发现、连接、断开、路由器初始化等。

        (4)应用层APL。包括应用支持层APS、ZigBee设备对象、厂商所定义的应用对象。

        2,Zstack协议栈组成

        是由TI公司开发的,符合最新规范,支持多种平台。


ZStack协议栈体系分层架构与协议源代码文件夹


ZStack协议栈体系分层架构        ZStack协议栈源代码文件夹

物理层PHY                                硬件层目录HAL

媒体接入控制层MAC                 链路层目录MAC和ZMac

网络层NWK                              网络层目录NWK

应用支持层APS                         网络层目录NWK 

应用框架层AF                           配置文件目录Profile和应用程序

ZigBee设备对象ZDO                设备对象目录ZDO





        

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