采用精简协议栈的ZigBee网络节点分析

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1、采用精简协议栈的ZigBee网络节点分析ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。乙gBee在整个协议栈中处于网络层的位置，其下是由IEEE802.15.4规范实现PHY(物理层)和MAC(媒体访问控制层)，对上ZigBee捉供了应用层接口。ZigBee可以组成星形、网状、树形的网络拓扑，可用于无线传感器网络(WSN)的组网以及其他无线应用。ZigBee工作于2.4GHz的免执照频段，可以容纳高达65000个节点。这些节点的功耗很低，单靠2节5号电池就可以维持工作6〜24个月。除此Z外，它还具有很高的可靠

2、性和安全性。这些优点使棊于ZigBee的WSN广泛应川于工业控制、消费性电了设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制等。ZigBee协议由ZigBee联盟制定，是ZigBee的核心。目前国外带有乙gBee协议栈的全功能开发系统的价格非常高昂，而门.ZigBee/802.15.4协议栈全部只提供二进制/不可修改的冃标代码库供用户使用。本文研究的乙gBee精简版协议栈代码开放，在某些应用中可以达到标准版协议栈的效果，但是费川却低很多，因此具有较高的研究价值和应川价值。1ZigBee精简协议栈简介美国密西西比州立大学的RobertReese教授

3、出于教学、科研目的开发出一套精简版(subset)ZigBee协议栈。标准协议栈和精简协议栈的功能对比如表1所列，町以看出，精简协议栈实现了ZigBee的主要功能。国内一些研究机构在此精简协议上进行扩充，实现了一些其原木不具备的功能。这里再补充一些术语概念，这有助于理解协议栈的代码结构。IEEEAddress节点的8位802.15.4网络地址，也称为长地址。NetworkAddress节点的2位网络地址，也称短地址。PAN个人局域网。PANID个人局域网标识符。HAL协议栈物理捕象层。PHY协议栈物理层。MAC协议栈媒体访问控制层。NWK协议栈网

4、络层。APS协议栈应用支持层。APL协议栈应用层。精简协议栈的代码结构如表2所列。功陡标准协议栈粘简协议栈路由网形网状网络配咒动态网络发现动态网络发现PANID选样动态生成祁态用户分配適道选择动态静态频*900Mlh>2.4GIIz2.4GHzZigBee消息恪式MSGMSG直接洞息发送址K/to地址EK/短地址绑定〔接消息动态审疋?定哀佑标便陡网络址否ZigBee广播否APS回M址否ZigBee框架否ZigBee认证是否文件描述msstatelrwpan.h主头文IT•应用程FF霸妄包含它aps.c/h应用层(API-〉/支持层(APS)文件n

5、wk.c/h网络层(NWK)文件mac.c/hMAC层文件phy.c/h樹理层文杵neighbor・c/h邻屈农，地址衣瞬故console,c/h控制台输出函敌debug・c/h调试输出南散memalloc.c/h堆醫理ieeelrwpandefs.h对802.15.4的定义头文杵Irwpanconfig.h栈配置头文件lrwpanconiniontypcs.h適用类型定义staticbind,c/h定义了存取协态绑定衣的隔数zep.c/hZigBee端点0的设备带数halstack.h・evboard.hHAL层和评佔板移析的甬ft原型2Zig

6、Bee协议编程对于实际应用来说，最重要的是协议栈的APL函数。协议栈的每一层都有门己的有限状态机(FSM)以追踪耍进行的操作。顶层的状态机函数为apsFSM(),这个函数需耍最早被调川以使协议栈运行，这与标准栈屮的APLTask()^i数等价。所有的应川层两数都以apl或者aps开头，这些函数被分为两类：一类是对栈内数据的存取函数，一类是数据传输过程触发一系列事件的服务函数(调川)。这里需要说明的是服务调川不能重叠，这口J以通过调川apsBusy()函数进行判断。2.1节点程序设计如果节点作为协调器(coordinator),那么需耍定义LRWP

7、AN_COORDINATOR；而如果节点作为路由器(router)则需要定义LRWPAN_ROUTER；如果两者都没有定义，将作为RFD节点。协调器节点形成网络，然后进入一个无限循环并调用apsFSM()运行协议栈。调用aplFormNetwork()服务后调用函数aplGetStatus(),如果返冋了LRWPAN_SUCCESS则表示服务调用成功。代码如下：main(){hallnit();//初始化HAL层evblnit();//初始化评估板apllnit();〃初始化协议栈ENABLE_GLOBAL_INTERRUPT();〃开中断apl

8、FormNetwork();//形成网络while(apsBusy)O)(apsFSM();}//等待完成while⑴{apsFSM()