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
8 I$ r# Y) Y0 l+ E" Q% J& c% 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、
+ n& D" i1 ?) X* O+ C5 j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。
4 W5 |$ K: j9 t  `6 f" RZigBee协议栈符合OSI体系结构，共分为4层，IEEE802.15.4-2003 标
- V1 ]( L7 D  C5 i! q准定义了较低的两层:物理层(PHY)和媒体接入控制子层(MAC), ZigBee
) c! g7 I" w1 T. U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
: [7 a) q9 w9 d5 dRFD( Reduced Function Device),包含三种类型的节点,即协调器ZC(ZigBee
3 Z1 r7 Z2 F% ^+ @9 O0 @Coordinator)、路由器ZR (ZigBee Router)和终端设备ZE (ZigBee End'
Deviee)，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
! \6 B+ k  \$ C) D7 {, b(Non-beaeon)两种工作模式。
ZigBee PHY层工作于868MHz、915MHz 和2.4GHz三个频段，传输速
率为20-250kbps,传输距离为10-100m; MAC层使用CSMA-CA机制接入
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
" X/ d2 ]3 h* v/ |9 |信息帧(有路由能力的设备)。
本文在查阅了大量国内外资料,深入研究了IEEE802.15.4 标准、ZigBee
3 ~& E: i) P3 d1 i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
9 Y3 g, l5 Z/ t# s3 T! M1 y' PLPC213X (ARM7TDMI-S)微处理器和Chipcon的(现被TI收购) CC2420
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、
5 \7 z2 a& c, X1 J+ zPCB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
! S( f* g) |7 h. h6 {MSSTATE_ LRWPAN ZigBee协议栈软件，对其底层驱动(包括数据结构、
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