基于z―stack协议栈的无线传感器网络应用研究

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1、基于Z-Stack协议栈的无线传感器网络应用研究【摘要】本文在Z-Stack协议的基础上采用以CC2530芯片为核心,构建一个无线传感网络。通过各终端利用自带的A/D转化器采集温度数据并通过网络汇聚到协调器，最终在PC机上显示各节点数据和网络拓扑结构。本实验实现了ZigBee网络的通信并验证了无线传感器网络的自组织、自愈、多跳的特性。【关键词】Z-Stack协议栈无线传感器网络ZigBeeCC2530无线传感器网络是山大量体积小，成本低，具有无线通信、传感、数据处理能力的传感器节点组成的，各传感器节点被布置在整个观测区域中，它们通过无线通信方式形成多跳、自组织网

2、络系统，ZigBee作为一种专注于低功耗、低速率的无线网络通信标准，被广泛应用于WSN如智能抄表、家庭控制、医疗监护和环境检测等。木文主要介绍了基Z-Stack协议栈的WSN建立过程，通过组建不同的网络拓扑结构，以温度采集为例，來剖析基于Z-Stack协议栈的应用开发流程。一、Z-Stack协议栈的分析(一)总体软件框架Z_Stack协议栈主要由Zigbee协议、操作系统抽象层(OSAL)和硕件抽象层(HAL)等各层组成。Z_Stack协议栈总体框架如图1所示。HAL层提供了1/(),ADC,SPI等丰富的API接口；OSAL层负责管理系统的任务调度，整个调度采

3、用轮询机制，采用优先级控制管理任务，其主要作用是隔离硬件系统和协议栈，因此用户可以大大缩短开发周期，即可在未知硬件平台细节的基础上，就可以利用OSAL提供的丰富工具实现各种功能MoZ_Stack协议从main()函数开始启动，main()函数按模块划分共执行了2个任务：第一个是系统软硕件初始化，第二个是执行轮转查询式操作系统，进入死循环状态。(-)任务调度流程Z_Stack的任务管理主要由OSAL层完成。在系统运行时，OSAL调用osal_run_systcm()函数开始执彳亍任务调度主循环，由代码结构得出，在OSAL中是通过tsakEvents［idx］任务事

4、件来判断事件发生是的。在OSAL初始化时，tsakEvents数组被初始化为零，在轮询机制下，一旦系统中产生任务，就调用osal_set_event()函数把tsakEvents［taskID］赋值为对应的事件。不同的任务対应不同的taskID,tsakEvents数组表示了系统屮哪些任务存在没冇处理的事件，然后就会调用相应的任务处理对应的事件。(三)处理任务事件协议栈通过调用ApplicationName_ProcessEvent函数(可自定义)来处理任务事件，除了强制的事件之外，任一OSAL任务能被定义多达15个任务事件［5］。例如当检测到节点成功加入构建的

5、网络以后，ZDO就会向在应用程序框架中注册过的任务发送一个设备状态改变的消息，其状态指示了当前网络的状态。因此任务事件管理者只要根据系统信息处理事件(比如AF_INC()MING_MSG_CMD),就可以完成相应的应用功能。二、WSN系统软件设计(~)协调器启动及构建网络ZigBee网络的构建是由网络协调器来完成的，且每个网络只有一个协调器。当协调器节点上电启动之后，首先完成系统的初始化，包括初始化系统时钟、检测芯片电压、falsh存储器、端口描述符等，然后进入操作系统。首先进入的是应用层任务函数，通过按键来设置其为协调器，然后将设备类型ZG_DEVICETYP

6、E_C()()RDINATOR写入至非易失性存储器NV中，系统重丿1。重启之后系统执行zb_StartRequest()函数来初始化ZDO设备函数ZDOInitDevicc()。至此整个网络构建开始执行，通过ZDO层中的网络初始化函数ZDApp^NetworkTnit()以及预设的网络通道和TD号，调用网络形成函数NLME_NetworkFormationRequest()来构建整个网络。(-)路由器启动及加入网络在测试网络拓扑结构中，本文加入了路由器节点，路由器采用自启动模式，在网络初始化时，调用NLME_NetworkDiscoveryRequest()函数

7、来发现网络，然后等待协调器的响应，直至加入网络成功。为了在PC上实时显示路山器节点(即使没有充当路山功能)，通过定时器来调用osal_set_event(TaskID,REP()RT_EVT)函数，当系统收到MY_REPORT_EVT事件后，将会触发osal_start_timerEx(TaskID,REPORT_EVT,ReportJlvPeriod)函数，该函数将会周期性的发送路由器节点信息至协调器。(三)终端节点加入网路、绑定操作和发送数据当打开传感器终端节点的电源，传感器节点便会自动搜索是否存在网络，若发现存在网络的话，调用NLMEJionRequest

8、()函数，向协调器发送加