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ZIgBee 学习心得实验报告项目名称基于无线传感器网络的采温实验专业班级软件 1105 学姓号名

目录《计算机网络》..............................................................................................错误！未定义书签。实验报告 ............................................................................................................................................ 1 一、实验目的 ............................................................................................................................ 3 二、实验内容和报告简介........................................................................................................3 三、实验相关设备环境 ............................................................................................................3 四、实验内容 ............................................................................................................................ 7 4.1．内容简介 ........................................................................................................................... 7 4.2. 无线传感器网络采温系统实验 ........................................................................................7 4.2.1 实验简介 ........................................................................................................................... 7 4.2.2 工程结构简介 ..................................................................................................................8 4.2.3 设备功能及网络拓扑结构介绍....................................................................................10 4.2.4 main()函数和 OSAL.........................................................................................................10 4.2.5 设备相关功能主要函数介绍 ........................................................................................14 4.3 ZigBee 协议和 ZStack 分析 .............................................................................................26 4.3.1 ZigBee 协议和 ZStack 简介 .............................................................................................27 4.3.2 OSAL 原理分析和实现................................................................................................... 28 4.3.3 IEEE 802.15.规定的 PHY 层 ........................................................................................... 35 4.3.4 IEEE 802.15.规定的 MAC 层..........................................................................................37 4.3.5 ZigBee2007 的网络层。.................................................................................................40 4.3.6 ZigBee2007 的应用层 .....................................................................................................45 五、实验结果 .......................................................................................................................... 46 六、实验结论 .......................................................................................................................... 47 七、实验小结 .......................................................................................................................... 47 7.1 短距离无线通信网络的现状和发展...............................................................................47 7.2 ZigBee 通信技术的应用.................................................................................................48 7.3 学习 ZigBee 开发的心得体会..........................................................................................48 7.4 下一步可能的学习计划 ...................................................................................................49

实验《基于无线传感器网络的采温实验》实验学时： 1 实验地点： 201 实验日期： 5.10 一、实验目的 1. 设计并实现一套无线传感器网络的采温系统。 2. 较为详细的分析 ZigBee 协议栈。二、实验内容和报告简介完成采集器、传感器设备的设计和实现。对 ZigBee2007 协议和 Zstack 进行较为详细的分析。三、实验相关设备环境介绍了开发板、CC2530 和协议栈四、实验内容第一部分详细描述了开发的工作，附上了关键代码和注释。第二部分分析了 ZIgBee 协议操作系统，描述了其运行机制；以及 PHY 层、MAC 层、网络层、应用层。在网络层描述了其网络拓扑结构，并针对 Ad-Hoc 路由算法提出了一个我自己的一个想法。五、实验结果通过照片展示了实验效果。六、实验结论说明了温度数据偏差的原因。六、实验小结谈了些无线通信的现状；学习的心得，不足和未来的能力方向。三、实验相关设备环境 1. 主要的硬件环境 ZigBee 开发板（两个）本实验利用的开发板是在淘宝上买的。应该是一个小店参考 TI 公司产品生产的。外形如图 1 所示：

本开发板采用 TI 公司的 CC2530 芯片，外有晶振、RS232 串口、按键、电源灯外围电路及元件。本实验利用 CC2530 芯片集成的片上温度传感器采集温度。图 1：ZigBee 开发板外形图部分核心板电路如图 2 所示：图 2：部分核心板电路图部分底板电路图如图 3 所示：

图 3：部分底板电路图 CC2530 芯片 CC2530 是用于 2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和 RF4CE 应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530 结合了领先的 RF 收发器的优良性能，业界标准的增强型 8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其他强大的功能。CC2530 具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。

图 4：CC2530 框图 CC2530 具有一个 IEEE 802.15.4 兼容无线收发器。RF 内核控制模拟无线模块。另外，它提供了 MCU 和无线设备之间的一个接口，这使得可以发出命令，读取状态，自动操作和确定无线设备事件的顺序。无线设备还包括一个数据包过滤和地址识别模块。 CC2530 的硬件设计也支持 ZigBee 协议所要求的各种协议和算法。 2. 主要的软件环境 TI 公司的 ZStack-CC2530-2.2.2-1.3.0。ZStack 是 TI 公司为开发者提供的符合 ZigBee2007 的协议栈，是开发 ZigBee 模块必不可少的环境（当然你也可以选择其他协议栈或自己开发一个协议栈）。ZStack 是一个免费半开源的产品。注：ZigBee 协议是 ZigBee 联盟给出的一个短距离无线传输协议。 ZigBee 协议栈是 ZigBee 协议的具体实现。 ZStack 是 TI 公司开发的 ZigBee 协议栈。

四、实验内容 4.1．内容简介本节内容主要分为以下两方面：1. 无线传感器网络采温系统实验 2. ZigBee 协议（ZigBee2007 版，下同）和 ZStack 分析。无线传感器网络采温系统实验部分是对本次开发的一个描述。在商业的 ZigBee 模块开发中是都利用了 ZigBee 协议栈，其为开发提供了必要的接口。开发者所做的代码工作主要是相关的硬件驱动和应用程序。本实验室基于 TI 官方实例 SimpleAPI 所做，并对这个实例进行了必要的改写。虽然 ZigBee 协议栈为开发者提供了所需的 API，使得开发者不必关心 ZigBee 协议的具体实现，便可开发出产品，但是要想更好的开发 ZigBee 产品，我想还必须对 ZigBee 协议和协议栈进行研究分析。本段内容的另一个部分便是对此的描述。 4.2. 无线传感器网络采温系统实验 4.2.1 实验简介本实验基于 ZigBee 网络设计了一个无线传感器网络，可以完成无线的采温功能。设备类型简介：协调器（作为采集器）协调器是一个 ZB 网络的第一个开始的设备，或者是一个 ZB 网络的启动或建立网络的设备。协调器节点选择一个信道和网络标志符（也叫 PAN ID），然后开始建立一个网络。协调器设备在网络中还可以有其他作用，比如建立安全机制、网络中的绑定的建立等等。注意：协调器主要的作用是建立一个网络和配置该网络的性质参数。一旦这些完成，该协调器就如同一个路由器，网络中的其他操作并不依赖该协调器，因为 ZB 是分布式网络。路由器（作为传感器）一个路由器的功能有（1）作为普通设备加入网络（2）多跳路由（3）辅助其它的子节点完成通信。终端设备（作为传感器）为了维持网络最基本的运行，对于终端设备没有指定的责任。也就是说，在一个基本网络中，终端设备没有必不可缺少性。所以它可以根据自己功能需要休

眠或唤醒，因此为电池供电设备。一般来说，该设备需要的内存较少（特别是内部 RAM）网络的拓扑结构网状结构（无线 mesh 网络）图 5：网络拓扑结构图黑色的为协调器节点，作为采集器，接收温度信息，并通过串口发送到 PC 机上。红色的和白色的为传感器节点，采集温度数据发送到采集器。红色的具有路由功能。网络从功能上讲是基于 ad hoc 网络的，具有自组织，多跳等特点。因此可扩展性、健壮性都很有优势。 4.2.2 工程结构简介工程结构如图 5 所示：

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