基于ZigBee的无线组网技术的研究与实现

shanyanghuizi

摘要
随着人们对低速率无线个人域网的应用需求越来越大，ZigBee 技术在
  a0 b8 @9 i% S! N" s9 _5 v* D- }近年来得到了快速的发展。由于ZigBee技术具有低功耗、低成本、低速率、
0 u" f8 e( ]% s" Z2 o1 v* N7 B0 y8 o近距离和网络容量大等特点，其主要应用于工业控制、消费性电子设备、
汽车自动化、农业自动化、医用设备控制和无线传感器网络等领域。
ZigBee协议栈符合OSI体系结构，共分为4层，IEEE802.15.4-2003 标
0 B# B6 b" G4 b9 `. E) D准定义了较低的两层:物理层(PHY)和媒体接入控制子层(MAC), ZigBee
% b& v# ~$ h7 ~0 J3 `; r+ M联盟定义了网络层(NWK)和应用层(APL)结构。ZigBee 网络包含两种
功能类型的设备:全功能设备FFD (Full Function Device)和精简功能设备
RFD( Reduced Function Device),包含三种类型的节点,即协调器ZC(ZigBee
) Y: e9 D7 w) TCoordinator)、路由器ZR (ZigBee Router)和终端设备ZE (ZigBee End'
& h4 s; y, N" N" S' y) B4 CDeviee)，支持星状网(Star Network),树状网(Cluster tree Network)和网
状网(Mesh Network)三种网络拓扑结构，分为信标(Beaeon) 和非信标
( Q* M4 W" K( [; ], d7 s* ?(Non-beaeon)两种工作模式。
" \% `" `0 K4 y, m( D1 l. t* BZigBee PHY层工作于868MHz、915MHz 和2.4GHz三个频段，传输速
4 `0 T4 D7 D$ I% P- G4 {率为20-250kbps,传输距离为10-100m; MAC层使用CSMA-CA机制接入
; i8 `4 T2 D3 U5 |0 H) d7 W  J7 [! d到无线信道，提供可靠的传输机制; NWK层的责任包括加入和离开-一个网
络所，网络地址的分配(有路由能力的设备)和通过- -定的路由机制传输
信息帧(有路由能力的设备)。
( \, d7 |8 g. E本文在查阅了大量国内外资料,深入研究了IEEE802.15.4 标准、ZigBee
0 k' w' U; {; T5 n规范，ZigBee 协议栈的整体框架以及各层功能的基础上，采用NXP的
; D2 l& }% W, b/ A- N1 O1 x0 P4 ^LPC213X (ARM7TDMI-S)微处理器和Chipcon的(现被TI收购) CC2420
3 d! P! y8 g  G! ]: B7 I0 d( V4 l射频芯片,完成符合ZigBee标准的嵌入式节点的设计，包括原理图设计、
7 s2 }8 n) P1 p4 B+ {PCB布线、元器件焊接和联合调试;研究分析了基于MSP430微控制器的
2 c6 N5 H8 h; ^8 `( `6 v( E. LMSSTATE_ LRWPAN ZigBee协议栈软件，对其底层驱动(包括数据结构、
0 q3 W& _8 I, o0 \2 [中断机制、定时机制、LPC213X 与CC2420 RF模块的接口以及初始化等)
进行了修改，完成了将MSSTATE_ LRWPAN ZigBee协议栈从基于MSP430
的系统移植到ARM7TDMI-S系统的工作。

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ZigBee 协议栈的整体框架以及各层功能的基础上，采用NXP的LPC213X