基于ZigBee技术的室内定位系统研究与实现 - 硕士学位论文 - 图文(8)

ZigBee联盟在此基础上定义了网络层(Network Layer，NWK)，应用层(Application Layer，APE)架构。网络层的主要职责包括提供设备用来加入网络和离开网络的机制，提供数据帧传输的安全机制和路由机制。另外，发现并保持设备间的路由，发现一跳邻居并存储潜在邻居信息也是有NWK层完成的。ZigBee协调器的NWK层还必须负责启动一个新的网络，给新的关联设备分配地址等工作。

应用汇聚层将主要负责把不同的应用映射到ZigBee网络上，具体而言包括：安全与鉴权、多个业务数据流的会聚、设备发现、业务发现。ZigBee应用层包括应用支持子 层(APS)，ZigBee设备对象(ZDO)以及用户定义应用对象。应用支持子层(APS)负责维护设备绑定表，以及传输在绑定的设备间传输数据。设备绑定表用于根据设备间提供的服 务和需求来匹配设备并储存相关设备信息。ZigBee设备对象(ZDO)负责定义设备在网络中的角色(如ZigBee协调器或中断设备)，提出或响应绑定请求，以及建立网络设备间的安全关系。ZigBee设备对象(ZDO)还要负责网络设备的发现及判定对方提供服务类别。

2．3

ZigBee网络构成

2．3．1 ZigBee网络的设备类型ZigBee网络支持IEEE802．15．4定义的两种类型的物理设备【21】：全功能设备(FFD)、

精简功能设备(RFD)。FFD和RFD的不同是按照节点的功能区分的，一个FFD可以充

当网络中的协调器和路由器，因此一个网络中应该至少含有一个FFD。RFD只能与主设备通信，实现简单，只能作为终端设备节点。

在ZigBee网络中，将两种物理设备定义成了三种逻辑设备类型：协调器、路由器、终端设备。一个ZigBee网络包括一个协调器节点和多个路由器和终端设备节点。设备类型不会以任何方式限制可能应用在特定设备上的应用类型。

协调器：这个设备“开启”一个ZigBee网络。它是网络中的第一个设备。协调器节点选择一个信道和一个网络标识符(PAN ID)并开启网络。可选择地，协调器节点也能被用来设置网络中的安全性和应用水平的绑定。协调器的功能主要是开启和配置网络。一

旦这些完成以后，协调器与路由器的功能就一样了(甚至可以断开)。由于ZigBee网络的分布式本质，网络的继续运行不依赖于协调器的存在。

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图2．4协调器功能模块示意图

Fig．2．4 Coordinator function model sketchmap

图2．5路由器功能模块示意图

Fig．2．5 Routerfunctionmodelsketchmap

路由器：路由器执行的功能有1)允许其他设备加入网络；2)多跳路由；3)辅助它的电池供电的子终端设备通信。一般来说，路由器被期望能一直保持激活状态，因此它通常是由固定电源供电的。而不能使用电池供电。路由器为它的子节点缓存信息，直到子节点被唤醒并请求数据。当一个子节点需要发送一个信息的时候，这个子节点发送数据

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到它的父路由器。然后，路由器负责传输信息，执行所有相关的重发，以及如果需要的话，等待确认。这使得终端设备可以回到休眠状态，从而达到省电的目的。

图2．6终端节点功能模块示意图

Fig．2．6Enddevice function model sketch map

终端设备：终端设备对维持网络结构没有特殊的责任，因此，它可以有选择的休眠和唤醒。终端设备仅仅周期性的向它的父节点发送或接受来自它的父节点的数据。因此终端设备能够使用电池供电的方式工作很长时间。

在能量管理方面，网络协调器与路由器需要突发的处理一些请求，包括入网、退出网络以及数据中转等功能，一般情况下，使用永久性电源；若终端节点在大部分的时间里都处于休眠状态就可以采用电池供电。若对电池供电没有要求，网络中可以全部采用FFD设备。

2．3．2

ZigBee网络的拓扑结构 ZigBee网络主要有三种组网方式【1。丌，星型网

络，树状网络和网状型网络，其拓扑 结构如图2．7所示。

如图2．7中(a)所示，星型网络是～个辐射状系统，数据和网络命令都是通过中心节点传输。如果用通信模块构造星形网络，只需要一个模块配置成协调器节点，其他模块可以配置成终端节点。星状拓扑结构最大的优点就是结构简单，这种简单带来的是很少有上层协议需要执行、较低的设备成本、较少的上层路由信息和管理方便。中心节点需

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要承担更多的管理工作。由于把每个终端节点放在中心节点的通信范围之内，这必然会限制无线网络的覆盖范围，并且星形拓扑很难实现高密度的扩展。集中的信息涌向中心节点，容易造成网络堵塞、丢包、性能下降等。到目前为止，星形拓扑是最常见的网络配置结构，被大量的应用在远程检测和控制中。

(a)星型

(c)网状

●协调器 囝FFD (b)树状

oRFD

图2．7 ZigBee网络拓扑结构

Fig．2．7 Zi妒eenetwork topology

树状拓扑是多个星形拓扑的集合，如图2．7中的(b)所示。若干个星形拓扑连接在一起，扩展到更广阔的区域。树形拓扑是可以实现网络范围内“多跳”信息服务的最简单的拓扑结构，树形拓扑最值得注意的地方就是它保持了星形拓扑的简单性：较少的上层路由信息、较低的存储器需求。但是树形结构不能很好的适应外部的动态环境。从图中可以看出，信息源与目的之间，有且只有一条传输路径，任何一个节点的中断或故障将会使部分节点脱离网络。树形拓扑的最佳应用是在稳定的无线电射频环境中，也可以很好的用在一些简单的低数据量的大规模集合的应用之中。

如图2．7所示的(c)中，网状网络是一个自由设计的拓扑，具有很高的适应环境的能力。网络中的每个节点都是一个小的路由器，都具有重新路由选择的能力，以确保网络最大限度的可靠性，可以看出网络中任意两个节点的通信路径不是唯一的。网形拓扑与星形、树形相比，更加复杂，其路由拓扑是动态的，不存在一个固定的路由模式。这样信息传输的时间更加依赖瞬时网络连接质量，因而难以预计。

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2 4 Z．STACK协议栈

2 41 Z-S1ACK概述

为了适应ZigBee产品开发的需求，德州仪器fTD推出了一套完整的协议栈z．Stackl4J。z．Stack是Zi班ee技术的核心软件，是开发IEEE80215 4／ZigBee技术相关产品的关键软件，z．Stack符合zj曲ee2006规范的要求，并且在硬件上支持CC2430，CC2431 以及MSP430平台。rI协议栈一直在不断的完善中，从最初的11 0版本到现在的1 4 3 版本，无论从路由协议还是从地址分配模式都作了大量的改进。本文构建的定位系统是

以Z—Stack协议栈为基础的，网络中按照节点完成的功能分为参考节点、定位节点。对 z．Stack协议栈的理解运用是项目开发的重点和难点之一，F面对Z—Stack协议栈进行了

较详细的说明。

z—Stack运行在IAR720以上的集成开发环境，IAR720运用C51编译器，是一个与KELLC51类似的，功能强大的C51编译器／IDE／DEBUG开发平台。在该集成开发环境中，可以看到个完整的z．Stack协议 …… 此处隐藏：1935字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……