zigbee协议网络层的设计与实现

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1、匿堕壅塑雯巫墅噩垦羽嵌入式网络技术应用文章编号：1008-0570(2008)04—2枷41-02ZigBee协议网络层的设计与实现DesigningandImplementationofZigBeeNetworkLayer(1．中国科学院沈阳自动化研究所；2．中国科学院研究生院)李邦祥1，2王忠锋1于海斌1LIBang—xiangWANGZhong-fengYUHal．bin摘要：Zigbee标准具有低速率、低能耗、安全可靠等特点，非常适合于家庭自动化、建筑自动化和工业自动化应用。本文根据国际标准。分析、设计和实现了ZigB

2、ee协议栈。采用的单片机Atmegal28。它仅有128K字节系统可编程闪存空间和4K字节的内部SRAM，所以本协议栈没有引入任何操作系统而且采用共享缓冲区进行数据收发和交换以节约有限的存储空间。最终．实现了规范中定义的所有功能．包括网络设备管理和mesh路由。关键词：ZigBee协议：设备管理；Mesh路由中图分类号：TP393文献标识码：AAbstract：ZigBeestandardisoptimizedforlowdatarates，lowpowerconsumption，securityandreliabilitya

3、nditisverysuitableforhomecontrol，buildingautomationandindustrialautomationapplications．Thispaperanalyzes，designsandimplementsZigBeeprotocolstackaccordingtotheinternationalstandard．WeimplementtheprotocolstackandapplicationontheAtmegal28platform，whichhasonly128Kbytesp

4、rogrammableflashand4KbytesSRAM．Inordertosavethelimitedstorage，thisprotocolstackimportsnooperat-ingsystemtoassisttheimplementationanduseonlytwosharedbuffersrespectivelyforreceivingandsending．Finally，wecari．youtallfunctionsofthespecification，includingnetworkdevicemana

5、gementandmeshrouting．Keywords：ZigBeeProtocol；DeviceManagement；MeshRouting1引言Zigbee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，主要用。于近距离的无线通信．由于具有低功耗、低成本、可扩展以及良好的互操作能力等特性．在工业自动化、建筑自动化以及工业无线领域占有重要地位。ZigBee联盟成立于2001年8月。2002年下半年，英国IIl—vensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司等四大公司加盟ZigBee联盟。这一事件成为

6、ZigBee技术的里程碑。到目前为止，加盟ZigBee联盟已经涵盖rr领域以及其它行业的200多家企业，其中还包括来自我国的华为技术有限公司和中国科学院沈阳自动化研究所。2协议栈架构Zigbee协议栈软件采用C语言编写。开发环境采用AVRStudi04．12，硬件平台采用的单片机为Atmegal28，射频模块采用CC2420。采用的标准是ZigBee1．0规范，整个协议栈软件采用单线程，考虑到Atmegal28内部RAM只有4K的空间，因此，各模块之间采用共享缓冲区进行通信。Zigbee协议栈软件的架构如图1所示。每个模块具有

7、一个执行函数。用于接收来自底层模块的数据。在数据接收阶段，底层模块将接收到的数据帧在本层解析后。将需要向上层模块发送的数据存放在共享的接收缓冲区．同时通过全局变量的形式向上层模块提供指示原语：在上层模块的执行函数中。首先通过判断来自底层模块的指示原语确定李邦祥：硕士研究生基金项目：国家自然科学基金项目(60374072。60434030)是否存在来自其它节点的数据，如果存在则解析并处理，同时将需要传递给更高模块的数据放入接收缓冲区，同样通过指示原语通知更高层模块。致据发送漉向厂]l设备对象I1．．．．．．．．一[二二堕豆]教据

8、接收流向}图1Zi妇e协议栈软件架构3网络层的设计与实现网络层通过两个服务实体分别提供两类服务，它们分别是网络层数据服务和网络层管理服务。1)数据服务实体：提供数据服务，主要负责数据的发送和接收；2)管理服务实体：提供管理服务，主要负责网络层的管理和维护，包括网络的发现和创建