基于ZigBee的无线组网技术的研究与实现

shanyanghuizi

摘要
$ }) }, X6 T' }& g+ m& N% a3 o2 c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
: w2 c3 ~5 t1 t/ p6 E" B) P% K! z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、
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、
. T) p1 r: n9 F3 t$ O( |' X. r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。
' I; c8 N5 A; rZigBee协议栈符合OSI体系结构，共分为4层，IEEE802.15.4-2003 标
准定义了较低的两层:物理层(PHY)和媒体接入控制子层(MAC), ZigBee
8 x7 r. I" [1 H) u, c, v6 F联盟定义了网络层(NWK)和应用层(APL)结构。ZigBee 网络包含两种
2 z1 z* @' S  c, i' F2 M功能类型的设备:全功能设备FFD (Full Function Device)和精简功能设备
4 [5 x7 f1 Y, ~9 ~9 A% [RFD( Reduced Function Device),包含三种类型的节点,即协调器ZC(ZigBee
: B1 L  x7 |$ @1 JCoordinator)、路由器ZR (ZigBee Router)和终端设备ZE (ZigBee End'
. M% Y) E9 b8 ]# @$ z9 m& p9 yDeviee)，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
! o* {( |6 A5 k- C(Non-beaeon)两种工作模式。
. Y; L" C( x* s$ R1 R. U$ F2 WZigBee 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
! M2 e5 O3 A7 C! S& W$ j6 C信息帧(有路由能力的设备)。
; H' b# u! `" K! G1 N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 ~- O2 e0 _& W2 q3 G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
LPC213X (ARM7TDMI-S)微处理器和Chipcon的(现被TI收购) CC2420
. _  E2 O/ k* N" ^5 R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、
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
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
* P5 j6 `1 a$ l5 f* q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