物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)踐(項(xiàng)目式)熊茂華 項(xiàng)目6

項(xiàng)目六無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用與實(shí)踐6.1任務(wù)一：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)6.2任務(wù)二：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及協(xié)議系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6.3任務(wù)三：構(gòu)建無(wú)線(xiàn)傳感器的協(xié)議6.4任務(wù)四：傳感網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)6.5任務(wù)五：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用實(shí)踐

6.1任務(wù)一：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)

6.1.1無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)背景知識(shí)

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork)是新一代傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景，其發(fā)展和應(yīng)用將會(huì)給人類(lèi)的生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了微電子技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，能夠協(xié)同地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)其進(jìn)行處理，處理后的信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送給觀(guān)察者。6.1.2無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

(1)電源能量有限。

(2)通信能量有限。

(3)傳感器接點(diǎn)的能量、計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力有限。

(4)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大，分布廣。

(5)自組織、動(dòng)態(tài)性網(wǎng)絡(luò)。

(6)傳感器節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)融合能力。

(7)應(yīng)用相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)。

6.2任務(wù)二：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)體系

結(jié)構(gòu)及協(xié)議系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.2.1無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1.無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成如圖6.1所示。圖6.1無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成

2.無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

節(jié)點(diǎn)同時(shí)具有傳感、信息處理、無(wú)線(xiàn)通信及路由的功能。對(duì)于不同的應(yīng)用環(huán)境，節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)也可能不一樣，但它們的基本組成部分是一致的，一個(gè)節(jié)點(diǎn)通常包含傳感器、微處理器、存儲(chǔ)器、A/D轉(zhuǎn)換接口、無(wú)線(xiàn)發(fā)射與接收裝置和電源組成。概括而言，可分為傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊和能量供應(yīng)模塊四個(gè)部分，無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)如圖6.2所示。圖6.2無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)

3.無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6.3所示。圖6.3無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中間件有如下五種：

(1)網(wǎng)絡(luò)中間件：

(2)配置中間件：

(3)功能中間件：

(4)管理中間件：

(5)安全中間件：6.2.2無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議棧

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)需要自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，相對(duì)于一般意義上的自組織網(wǎng)絡(luò)，傳感器網(wǎng)絡(luò)有以下一些特色，需要在體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中特殊考慮。

(1)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目眾多，這就對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性提出了要求，由于傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)目多，開(kāi)銷(xiāo)大，傳感器網(wǎng)絡(luò)通常不具備全球唯一的地址標(biāo)識(shí)，這使得傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層相對(duì)于一般網(wǎng)絡(luò)而言有很大的簡(jiǎn)化。

(2)自組織傳感器網(wǎng)絡(luò)最大的特點(diǎn)就是能量受限，傳感器節(jié)點(diǎn)受環(huán)境的限制，通常由電量有限且不可更換的電池供電，所以在考慮傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)以及各層協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)，節(jié)能是設(shè)計(jì)的主要考慮目標(biāo)之一。

(3)由于傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境的特殊性，無(wú)線(xiàn)信道不穩(wěn)定以及能源受限的特點(diǎn)，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)受損的概率遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，因此自組織網(wǎng)絡(luò)的健壯性保障是必須的，以保證部分傳感器網(wǎng)絡(luò)的損壞不會(huì)影響全局任務(wù)的進(jìn)行。

(4)傳感器節(jié)點(diǎn)高密度部署，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化快。對(duì)于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的維護(hù)也提出了挑戰(zhàn)。圖6.4無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)通信體系結(jié)構(gòu)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議框架類(lèi)似，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議框架也包括五層，如圖6.4所示，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議各層功能如下：

(1)物理層協(xié)議：

(2)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議：

(3)路由層協(xié)議(又稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)層)：

(4)傳輸控制層協(xié)議：

(5)應(yīng)用層協(xié)議：

6.3任務(wù)三：構(gòu)建無(wú)線(xiàn)傳感器的協(xié)議

6.3.1無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)MAC協(xié)議

目前的MAC協(xié)議，主要是有如下三類(lèi)：

(1)無(wú)線(xiàn)信道隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)接入方式(CSMA)：

(2)無(wú)線(xiàn)信道時(shí)分復(fù)用無(wú)競(jìng)爭(zhēng)接入方式(TDMA)：

(3)無(wú)線(xiàn)信道時(shí)分/頻分/碼分等混合復(fù)用接入方式(TDMA/FDMA/CDMA)：

1.基于競(jìng)爭(zhēng)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議

基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議的基本思想是當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)方式使用無(wú)線(xiàn)信道，如果發(fā)送的數(shù)據(jù)產(chǎn)生了碰撞，就按照某種策略(如IEEE802.11MAC協(xié)議的分布式協(xié)調(diào)工作模式DCF采用的是二進(jìn)制退避重傳機(jī)制)重發(fā)數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)發(fā)送成功或徹底放棄發(fā)送數(shù)據(jù)。

1)帶沖突避免的載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)MAC層協(xié)議——CSMA/CA協(xié)議

CSMA/CA協(xié)議主要是應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)IEEE802.11MAC協(xié)議的分布式協(xié)調(diào)工作模式下的一種協(xié)議。在節(jié)點(diǎn)偵聽(tīng)到無(wú)線(xiàn)信道忙之后，采用CSMA/CA機(jī)制和隨機(jī)退避時(shí)間，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)信道的共享。

2)?S-MAC協(xié)議

S-MAC(Self-organizingMAC)協(xié)議是由WeiYe和Heidemann于2003年在IEEE802.11MAC協(xié)議基礎(chǔ)上，采納了其DCF節(jié)能模式的設(shè)計(jì)思想，針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)省能量需求而提出的傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議。S-MAC以多跳網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為應(yīng)用平臺(tái)，節(jié)點(diǎn)周期性地在監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)和休眠狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。

3)?T-MAC協(xié)議

T-MAC(TimeoutMAC)協(xié)議是在S-MAC協(xié)議的基礎(chǔ)上提出來(lái)的。S-MAC協(xié)議通過(guò)采用周期性偵聽(tīng)/睡眠工作方式來(lái)減少空閑偵聽(tīng)，周期長(zhǎng)度是固定不變的，節(jié)點(diǎn)的偵聽(tīng)活動(dòng)時(shí)間也是固定的。而周期長(zhǎng)度受限于延遲要求和緩存大小，活動(dòng)時(shí)間主要依賴(lài)于消息速率。

4)?WiseMAC協(xié)議

WiseMAC協(xié)議是基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議，WiseMAC協(xié)議通過(guò)先序采樣(PreambleSampling)技術(shù)達(dá)到減少節(jié)點(diǎn)空閑監(jiān)聽(tīng)時(shí)間的目的。所謂先序采樣，即節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包之前先發(fā)送一個(gè)先序(Preamble)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)周期性地對(duì)媒介進(jìn)行采樣。

2.基于時(shí)分復(fù)用的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議

基于時(shí)分復(fù)用的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議主要指TDMA時(shí)間調(diào)度型的協(xié)議。時(shí)分復(fù)用TDMA是實(shí)現(xiàn)信道分配的簡(jiǎn)單、成熟的機(jī)制，TDMA機(jī)制具有下列特點(diǎn)：沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的碰撞重傳問(wèn)題，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)不需要過(guò)多的控制信息，節(jié)點(diǎn)在空閑時(shí)隙能夠及時(shí)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。但是TDMA機(jī)制需要節(jié)點(diǎn)之間比較嚴(yán)格的時(shí)間同步。

1)?DMAC協(xié)議

S-MAC和T-MAC協(xié)議采用周期性的活動(dòng)/睡眠策略，睡眠策略是減少能量消耗，但是存在數(shù)據(jù)通信停頓問(wèn)題，從而引起數(shù)據(jù)的傳輸延遲。而在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)常采用的通信模式是數(shù)據(jù)采集樹(shù)，針對(duì)這種結(jié)構(gòu)，為發(fā)減少網(wǎng)絡(luò)的能量消耗和數(shù)據(jù)的傳輸延遲，提出了DMAC協(xié)議。

2)?DEANA協(xié)議

分布式能量感知節(jié)點(diǎn)活動(dòng)協(xié)議DEANA(DistributedEnergy–AwareNodeActivation)將時(shí)間幀分為周期性的調(diào)度訪(fǎng)問(wèn)階段和隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)階段。調(diào)度訪(fǎng)問(wèn)階段由多個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)隙組成，某個(gè)時(shí)隙分配給特定節(jié)點(diǎn)用來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)。

3)?TRAMA協(xié)議

流量自適應(yīng)介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)(TRAMA)協(xié)議將時(shí)間劃分為連續(xù)時(shí)隙，根據(jù)局部?jī)商鴥?nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)信息，采用分布選舉機(jī)制確定每個(gè)時(shí)隙的無(wú)沖突發(fā)送者。同時(shí)，通過(guò)避免把時(shí)隙分配給無(wú)流量的節(jié)點(diǎn)，并讓非發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)處于睡眠狀態(tài)達(dá)到節(jié)省能量的目的。

3.混合型的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議

1)?SMACS/EAR協(xié)議

2)?Z-MAC

3)?TRAMA

6.3.2無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)路由協(xié)議

針對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork，WSN)的特點(diǎn)與通信需求，網(wǎng)絡(luò)層需要解決通過(guò)局部信息來(lái)決策并優(yōu)化全局行為(路由生成與路由選擇)的問(wèn)題。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議，它具有能量?jī)?yōu)先、基于局部的拓?fù)湫畔?、以?shù)據(jù)為中心和應(yīng)用相關(guān)四個(gè)特點(diǎn)，因而，根據(jù)具體的應(yīng)用設(shè)計(jì)路由機(jī)制時(shí)，需從四個(gè)方面衡量路由協(xié)議的優(yōu)劣：

(1)能量高效。

(2)可擴(kuò)展性。

(3)魯棒性。

(4)快速收斂性。

1.廣播式路由協(xié)議

1)擴(kuò)散法(Flooding)

2)定向路由擴(kuò)散(DirectedDiffusion)

3)謠傳路由(RumorRouting)

4)?SPIN(SensorProtocolsforInformationviaNegotiation)

5)?GEAR(GeographicalandEnergyAwareRouting)

2.坐標(biāo)式路由協(xié)議

1)?GEM(GraphEmbedding)

2)?GRWLI(GeographicRoutingWithoutLocationInformation)

3.分簇式路由協(xié)議

1)?LEACH(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy)

2)?GAF(GeographicAdaptiveFidelity)

6.4任務(wù)四：傳感網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

6.4.1無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求

1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原則

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的載波媒體可能的選擇包括紅外線(xiàn)、激光和無(wú)線(xiàn)電波。為了提高網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境適應(yīng)性，所選擇的傳輸媒體應(yīng)該是在多數(shù)地區(qū)內(nèi)都可以使用的。紅外線(xiàn)的使用不需要申請(qǐng)頻段，不會(huì)受到電磁信號(hào)干擾，而且紅外線(xiàn)收發(fā)器價(jià)格便宜。激光通信保密性強(qiáng)、速度快。下面通過(guò)對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的制作工藝及各種不同場(chǎng)合下的應(yīng)用分析，總結(jié)了以下四個(gè)方面的基本設(shè)計(jì)原則：

(1)節(jié)能是傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)最主要的問(wèn)題。

(2)成本的高低是衡量傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)好壞的重要指標(biāo)。

(3)微型化是傳感器網(wǎng)絡(luò)追求的終極目標(biāo)。

(4)可擴(kuò)展性也是設(shè)計(jì)中必須考慮的問(wèn)題。

2.?WSN路由協(xié)議設(shè)計(jì)要求

對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)與通信需求，網(wǎng)絡(luò)層需要解決通過(guò)局部信息來(lái)決策并優(yōu)化全局行為(路由生成與路由選擇)的問(wèn)題，其協(xié)議設(shè)計(jì)非常具有挑戰(zhàn)性。根據(jù)上述因素的考慮和對(duì)當(dāng)前的各種路由協(xié)議的分析，在WSN路由協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)一般應(yīng)遵循以下一些設(shè)計(jì)原則：

(1)健壯性。

(2)減少通信量來(lái)降低能耗。

(3)保持通信量負(fù)載平衡。

(4)路由協(xié)議應(yīng)具有安全機(jī)制。

(5)可擴(kuò)展性。6.4.2無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方法

1.系統(tǒng)總體方案

系統(tǒng)由基站節(jié)點(diǎn)、傳感器節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)組成。節(jié)點(diǎn)硬件主要包括七部分：處理器(MSP430F149)、Si4432射頻收發(fā)模塊、電源管理模塊、串口通信模塊、JTAG下載模塊、傳感器接口模塊和E2PROM存儲(chǔ)模塊。

2.自組織協(xié)議設(shè)計(jì)

在協(xié)議中，通過(guò)定義數(shù)據(jù)包的格式和關(guān)鍵字來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的自組織。

1)協(xié)議格式

自組織協(xié)議格式如圖6.5所示。圖6.5自組織協(xié)議格式

2)自組織算法

網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)基站和若干個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)組成，基站上電初始化后就馬上進(jìn)入低功耗狀態(tài)(Si4432射頻模塊處于睡眠狀態(tài))；傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)地部署在需要采集信息的區(qū)域內(nèi)，上電初始化后開(kāi)始組網(wǎng)。圖6.6自組織算法流程圖

3.節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)要求低功耗、體積小，因此選用的芯片都是集成度高、功耗低、體積小的芯片，其他器件基本上采用貼片封裝。節(jié)點(diǎn)硬件框圖如圖6.7所示。圖6.7節(jié)點(diǎn)硬件框圖

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)注重低功耗、數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性、系統(tǒng)穩(wěn)健性及可靠性，在低功耗設(shè)計(jì)中采用智能控制策略，讓系統(tǒng)需要工作時(shí)處于全速工作模式，其他時(shí)刻處于低功耗模式。圖6.8系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

1)基站軟件

基站節(jié)點(diǎn)通過(guò)上位機(jī)USB供電所以一直工作在全速狀態(tài)，加快了對(duì)外部的響應(yīng)速度。上電初始化后，根據(jù)中斷程序中的標(biāo)志位值對(duì)獲得的信息進(jìn)行相應(yīng)處理，處理完后把標(biāo)志位置零，循環(huán)執(zhí)行此操作。基站節(jié)點(diǎn)通過(guò)串口與上位機(jī)相連；因此外部事件包括串口中斷事件和接收到數(shù)據(jù)中斷事件。

2)傳感器節(jié)點(diǎn)軟件

傳感器節(jié)點(diǎn)主程序主要是實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)上電初始化后設(shè)定發(fā)射功率為最小，請(qǐng)求入網(wǎng)。如果入網(wǎng)不成功，則加大發(fā)射功率，繼續(xù)請(qǐng)求入網(wǎng)。經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)，發(fā)射功率越小，電池的使用壽命就越長(zhǎng)。入網(wǎng)成功后，保存入網(wǎng)信息，并馬上進(jìn)入低功耗狀態(tài)，同時(shí)使用外部接收數(shù)據(jù)中斷和定時(shí)器采集中斷。程序流程圖分別如圖6.9和圖6.10所示。圖6.9接收數(shù)據(jù)中斷流程圖6.10定時(shí)器中斷流程

3)上位機(jī)軟件

上位機(jī)主要功能有發(fā)送重組網(wǎng)命令、向任意傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送采集信息命令、建立良好的人機(jī)界面用于觀(guān)察傳感器采集來(lái)的信息、幫助基站節(jié)點(diǎn)處理數(shù)據(jù)減輕基站的負(fù)擔(dān)等。

6.5任務(wù)五：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用實(shí)踐

6.5.1實(shí)踐一：基于Z-Stack協(xié)議棧的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)實(shí)踐

1.實(shí)踐內(nèi)容

利用Z-Stack協(xié)議棧組成基于Z-Stack的星狀組網(wǎng)。

2.實(shí)踐設(shè)備

硬件：B1板ZigBee協(xié)調(diào)器模塊多個(gè)，LCD顯示屏一個(gè)，Debugger(CCDebugger)仿真器一臺(tái)。

軟件：IAREmbeddedWorkBench

實(shí)踐程序代碼在本書(shū)配套資料\源代碼\ZigBee工程\CC2530無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)\FRO\StarNetWork。

3.實(shí)踐原理

1)星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

ZigBee星狀網(wǎng)絡(luò)是使用ZigBee協(xié)調(diào)器啟動(dòng)之后向周?chē)l(fā)出一個(gè)空閑網(wǎng)絡(luò)編號(hào)(PANID)使其他終端節(jié)點(diǎn)加入該網(wǎng)絡(luò)編號(hào)，協(xié)調(diào)器自身位于網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器是一一對(duì)等的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，如圖6.11所示。圖6.11星狀網(wǎng)絡(luò)通信拓?fù)鋱D

2)關(guān)鍵事件函數(shù)

(1)應(yīng)用層向操作系統(tǒng)注冊(cè)事件。圖6.12向操作系統(tǒng)注冊(cè)設(shè)備信息報(bào)告函數(shù)

(2)向操作系統(tǒng)分配任務(wù)事件片函數(shù)。

當(dāng)向操作系統(tǒng)注冊(cè)了事件之后，操作系統(tǒng)只會(huì)處理一次，而有的事件需要操作系統(tǒng)不停的處理，這個(gè)時(shí)候就得使用osal_start_timerEx(uint8taskID,uint16event_id,uint16timeout_value)來(lái)向操作系統(tǒng)申請(qǐng)分配時(shí)間片，使其能得到操作系統(tǒng)表面上不停的處理。圖6.13向操作系統(tǒng)申請(qǐng)?jiān)O(shè)備狀態(tài)報(bào)告事件時(shí)間片

4.實(shí)踐步驟

圖6.14替換工程文件圖6.15替換之后的App下源文件圖6.16CoordinatorEB工作空間設(shè)置圖6.17SensorEB工作空間設(shè)置圖6.18星狀組網(wǎng)效果

5.核心源碼解析

1)?Sensor.c源代碼(終端節(jié)點(diǎn)上源碼)

(1)函數(shù)名：zb_HandleOsalEvent(uint16event)。

函數(shù)功能：處理系統(tǒng)事件。

函數(shù)參數(shù)：event為系統(tǒng)事件號(hào)。

(2)函數(shù)名：zb_SendDataConfirm(uint8handle,uint8status)。

函數(shù)功能：每次數(shù)據(jù)發(fā)送之后操作系統(tǒng)調(diào)用以確保數(shù)據(jù)發(fā)送成功。

函數(shù)參數(shù)：handle為數(shù)據(jù)傳輸識(shí)別操作號(hào)，status為操作狀態(tài)。

(3)函數(shù)名：sendReport(void)。

函數(shù)功能：終端設(shè)備向協(xié)調(diào)器發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)。

2)?Collector.c源碼(協(xié)調(diào)器上源碼)

(1)函數(shù)名：zb_HandleOsalEvent(uint16event)。

函數(shù)功能：處理系統(tǒng)事件。

函數(shù)參數(shù)：event為系統(tǒng)事件號(hào)。

(2)函數(shù)名：zb_SendDataConfirm(uint8handle,uint8status)。

函數(shù)功能：每次數(shù)據(jù)發(fā)送之后操作系統(tǒng)調(diào)用以確保數(shù)據(jù)發(fā)送成功。

函數(shù)參數(shù)：handle為數(shù)據(jù)傳輸識(shí)別操作號(hào)；status為操作狀態(tài)。

(3)函數(shù)名：zb_BindConfirm(uint16commandId,uint8status)。

函數(shù)功能：終端設(shè)備綁定報(bào)告。

函數(shù)參數(shù)：commandId為命令號(hào)，status為操作狀態(tài)。6.5.2實(shí)踐二：基于Z-Stack的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)(溫濕度)傳輸

1.實(shí)踐內(nèi)容

采用AM2321溫濕度傳感器，設(shè)計(jì)一個(gè)基于Z-Stack的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)(溫濕度)的傳輸實(shí)踐程序。

2.實(shí)踐設(shè)備

硬件：終端節(jié)點(diǎn)(帶AM2321)、協(xié)調(diào)器、串口線(xiàn)、電源、電腦等。

軟件：IAREmbeddedWorkBench，STC_ISP_V479或者串口調(diào)試助手。

3.實(shí)踐原理

1)?Z-Stack組網(wǎng)通信基本流程

本實(shí)踐的協(xié)調(diào)器與終端節(jié)點(diǎn)采用固定的PANID?=?0x2FFFF(同一個(gè)地方多人實(shí)驗(yàn)最好自己獨(dú)立一個(gè)PANID，另外PANID設(shè)定與其他已啟動(dòng)的PANID相同的話(huà)，那么用戶(hù)的PANID會(huì)自動(dòng)加1)，廣播模式。

2)