无线传感器网络简明教程_第六章.pptVIP

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6.4.2 网络层规范 网络层从功能上为IEEE 802.15.4 MAC子层提供支持,为应用层提供合适的服务接口。为了实现与应用层的接口,网络层从逻辑上分为两个具备不同功能的服务实体,分别是数据实体和管理实体。 8位字节 2 2 l l 变长 帧控制域 目标地址 源地址 半径 序列号 帧负载 路由域 帧头 网络负载 ZigBee网络层的帧结构 ① 帧控制域:由16位组成,内容包括帧种类、寻址、排序域和其它的控制标志位。 ② 目标地址域:必备,有两个8位字节长,用来存放目标设备的16位网络地址或者广播地址(0xffff)。 ③ 源地址域:必备,有两个8位字节长,用来存放发送帧设备自己的16位网络地址。 ④ 半径域:必备,有一个8位字节长,用来设定传输半径。 ⑤ 序列号域:必备,有一个8位字节长,在每次发送帧时改为加1。 ⑥ 帧负载域:该域长度可变,内容由具体情况决定。 6.4.3 ZigBee网络系统的设计开发 1、系统设计事项 (1) ZigBee协议栈 ZigBee系统软件的开发是在厂商提供的ZigBee协议栈的MAC和物理层基础上进行的。协议栈分有偿和无偿两种。 无偿的协议栈能够满足简单应用开发的需求,但不能提供ZigBee规范定义的所有服务,有些内容需要用户自己开发。 例如,Microchip公司为产品PICDEMO开发套件提供了免费的MP ZigBee协议栈;Freescale公司为产品13192DSK套件提供了Smac协议栈。 有偿的协议栈能够完全满足ZigBee规范,提供丰富的应用层软件实例、强大的协议栈配置工具和应用开发工具。 一般的开发板都提供有偿协议栈的有限使用权,如购买Freescale公司的13192DSK和TI公司的chipcon开发套件,可以获得F8的Z-Stack和Z-Trace等工具的90天使用权。单独购买有偿的协议栈及开发工具比较昂贵,在产品有希望大规模上市的前提下可以考虑购买。 ?(2) ZigBee芯片 现在芯片厂商提供的主流ZigBee控制芯片在性能上大同小异。比较流行的有Freescale公司的MCl3192和Chipcon公司的CC2420。它们在性能上基本相同,两家公司提供的免费协议栈MCl3192-802.15和MpZBee v1.0-3.3都可以实现树型网、星型网和MESH网。 主要问题在于ZigBee芯片和微处理器(MCU)之间的配合,每个协议栈都是在某个型号或者序列的微处理器和ZigBee芯片配合的基础上编写的。如果要把协议栈移植到其他微处理器上运行,需要对协议的物理层和MAC层进行修改,在开发初期这会非常复杂。因此芯片型号的选择应保持与厂商的开发板一致。 (3) 硬件开发 ZigBee应用大多采用四层板结构,需要满足良好的电磁兼容性能要求。天线分为PCB天线和外置增益天线。多数开发板都使用PCB天线。在实际应用中外置增益天线可以大幅度提高网络性能,包括传输距离、可靠性等,但同时也会增大体积,需要均衡考虑。制版和天线的设计都可以参考主要芯片厂商提供的参考设计。 通常微控制器和RF芯片需要提供3.3V电源,根据不同的情况,可以使用电池或者市电供电。一般来说,ZigBee协调器和路由器需要市电供电,端点设备可以使用电池供电时,要注意RF射频芯片工作电压范围的设置。 ZigBee网络系统的软件设计主要过程包括如下: (1) 建立Profile Profile是关于逻辑器件和它们的接口的定义。 (2) 初始化 它包括ZigBee协议栈的初始化和外围设备的初始化。 (3) 编写应用层代码 ZigBee设备都需要设置一个变量来保存协议栈当前执行的原语。 2、软件设计过程 第6章 传感器网络协议的技术标准 6.1 技术标准的意义 无线传感器网络的价值就在于它的低成本和可以大量部署。为了降低产品成本、扩大市场和实现规模效益,传感器网络的某些特征和共性技术必须实现标准化,这样来自不同产商的产品才能协同工作。 无线传感器网络的标准化工作受到了许多国家及国际标准组织的普遍关注,已经完成了一系列草案甚至标准规范的制定。其中最出名的就是IEEE 802.15.4/ZigBee规范,它甚至已经被一部分研究及产业界人士视为传感器网络的标准。IEEE 802.15.4定义了短距离无线通信的物理层及链路层规范,ZigBee则定义了网络互联、传输和应用规范。 目前传感器网络标准化工作的两个公认成果是IEEE 1451接口标准和IEEE 802.15.4低速率无线个域网协议。 6.2 IEEE 1451系列标准 1、IEEE 1451标准的诞生 基于各种现场总线标准的分布

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