无线传感网络设计与实践-高级实验任务书 - 图文(6)

板和带电机控制板的通用调试母板中，作为广播通信实验的路由节点。

（6）网关节点板和路由节点板均上电，等待路由节点加入网络，路由节点上的二极管指示灯D2常亮，表示网络已连接。如长时间未连接，可按路由节点的复位按扭S2对路由节点进行复位。

（7）当网络连接好后，按下网关节点板上的功能按钮开关S1，然后松开，此时观察带显示指示板的路由节点板上的显示指示板，其上的7段数码管的显示值将加1。观察带电机控制板的路由节点板上的电机的起停状态将发生改变。如下图所示：

2. Z-Stack星状网实验 2.1 实验目的

（1）学习星状网通讯的原理及相关技术。

（2）学习如何修改Z-Stack协议栈程序以实现星状网通信。 2.2 实验内容

在IAR集成开发环境中修改Z-Stack协议栈程序，以实现星状网通信。 2.3 预备知识

（1）了解C语言的基本知识；

（2）了解IAR中编写和调试程序的方法；

（3）了解Z-Stack协议栈结构、工作原理及程序修改方法。 2.4 实验设备

（1）硬件：PC机、CC2000仿真器、网关板、另加3块通用调试母板、USB线； （2）软件：PC机操作系统 Windows 98(2000、XP) ＋ IAR开发环境。 2.5 基础知识

（1）基本原理

星型网（star network）是指网络中的各节点设备通过一个网络集中设备（如集线器HUB或者交换机Switch）连接在一起，各节点呈星状分布的网络连接方式。这种拓扑结构主要应用于IEEE 802.2、IEEE 802.3 标准的以太网中。基本特点：

1） 容易实现，但安装、维护工作量，成本较大：它所采用的传输介质一般都是采用通用的双绞线或同轴电缆。但是每个站点都要和中央网络集中设备直接连接，需要耗费大量的线缆，并且安装，维护的工作量也剧增。

2） 节点扩展、移动方便：节点扩展时只需要从集线器或交换机等集中设备中拉一条

26

电缆即可，而要移动一个节点只需要把相应节点设备移到新节点即可。故障诊断和隔离容易：一个节点出现故障不会影响其它节点的连接，可任意拆走故障节点。

3）中央节点的负担较重，易形成瓶颈；各站点的分布处理能力较低：中央节点一旦发生故障，则整个网络都受到影响。

ZigBee 主要采用了3 种组网方式：星型网、网状网和丛集树状网.如图2 所示在星型网中，一个功能强大的主器件位于网络的中心，作为网络协调者，其它的主器件或从器件分布在其覆盖范围内.由于网络协调者定义了整个网络的时分复用和多址接人方式，因此星型网的控制和同步都比较简单，通常用在设备比较少的场合.如图3所示：

星状网示意图

（2）程序说明

1）本实验修改Z-Stack协议栈中的nwk目录下的nwk_globals.h的定义即可。可打开Z-Stack协议栈中的组网实验网关工程CoordinatorEB和端节点工程EndDeviceEB，修改nwk_globals.h中的NWK_MODE定义为NWK_MODE_STAR即可；

2）对于各个端节点，在通过SmartRF Flash Programmer烧写完相应的协议栈文件后，应将其IEEE地址设为不相同的地址，如下图为将其IEEE地址设为FFFFFFFFFFFFFF01，这样网关节点自动

分配给端节点的地址就不会相同，也不会存在地址冲突的问题。

2.6 实验步骤

（1）准备一块通用调试母板，带传感器板的通用调试母板三块，2000仿真器，供电并连接好。 将通用调试母板的标准串口和PC机的串口相连（或将通用调试母板的USB

27

串口通过USB延长线连接到PC上）。如下图6.1 Z-Stack组网实验连接图所示：

Z-Stack组网实验连接图

（2）启动IAR Embedded Workbench，打开如下图所示路径下面的SappWsn.eww工程文件，如下图所示：

（3）在Workspace项下选择CoordinatorEB工作区，修改nwk目录下的nwk_globals.h文件中的NWK_MODE定义为NWK_MODE_STAR，并进行编译，如下图所示：

28

（4）编译成功后，将产生的SampleCoordinator.hex文件通过SmartRF Flash Programmer烧写到通用调试母板中，作为组网实验的中心网关节点。

（5）在Workspace项下选择EndDeviceEB工作区后，并进行编译； （6）编译成功后，将产生的SampleEndDevice.hex文件通过SmartRF Flash Programmer分别烧写到带传感器板的三个通用调试母板中，作为组网通信实验的端节点。

（7）网关节点板和端节点板均上电，等待端节点加入网络，路由节点上的二极管指示灯D2常亮，表示网络已连接。如长时间未连接，可按路由节点的复位按扭S2对路由节点进行复位。

（8）通过在CVT-WSN综合教学实验平台软件，可以观察到如下图所示的实际组网的星型网络拓扑图。

星型网络拓扑图

3. Z-Stack树状网实验 3.1 实验目的

（1）学习树状网通信的原理及相关技术。

29

（2）学习如何修改Z-Stack协议栈程序以实现树状网通信。 3.2 实验内容

在IAR集成开发环境中修改Z-Stack协议栈程序，以实现树状网通信。 3.3 预备知识

（1）了解C语言的基本知识；

（2）了解IAR中编写和调试程序的方法；

（3）了解Z-Stack协议栈结构、工作原理及程序修改方法。 3.4 实验设备

（1）硬件：PC机、CC2000仿真器、网关板、另加3块通用调试母板、USB线； （2）软件：PC机操作系统 Windows 98(2000、XP) ＋ IAR开发环境。 3.5 基础知识

（1）基本原理

从网络配置上来讲，在ZigBee网络中有3 种类型的设备：ZigBee 协调器、ZigBee 路由器和ZigBee终端设备。ZigBee 协调器在IEEE 802.15.4 中也称作PAN协调器，它必须是FFD，而对于一个ZigBee网络有且只有一个协调器；ZigBee 路由器也必须是FFD，它对于ZigBee网络来说是可选的，可以参与路由发现、消息转发、通过连接别的节点来扩展网络的覆盖范围等；ZigBee 终端设备可以是FFD 或RFD，它通过ZigBee 协调器或者ZigBee 路由器连接到网络，但不允许其他任何节点通过它加入网络。

树状网结构是利用路由器对星形结构的扩充，其节点可以采用 Cluster-Tree 路由传输数据和控制信息。如下图所示，处于网络最末端的称为“叶”节点，它们是网络的终端设备。若干个叶节点设备连接在一个全功能设备FFD 上形成一个 “簇”，若干个“簇”连接再形成“树”。该结构中有一个协调器，其余大部分设备是FFD，而RFD 只能作为叶节点。网络建立后协调器短地址自动设置为0。当有设备以路由器的身份接入时，协调器会分配一地址块，若是终端设备接入只会分配唯一的16位的短地址。树状网络是一种层次结构，节点按层次连接，信息交换主要在上下节点之间进行，相邻节点或同层节点之间一般不进行数据交换。在树状网络中，协调器可以有多个子节点，终端设备只有一个父节点，路由器可以有多个子节点但只能有一个父节点。任意两个节点的数据传输都只有一条路由路径，任何一个路由器节点的加入或离开都会影响网络的数据传输。树状网络拓扑结构简单，维护方便，适用于汇集信息的应用要求。但资源共享能力较低，可靠性不高，任何一个路由节点或链路的故障都会影响整个网络的运行。

树状网结构

30