06 版ZigBee技术协议栈的研究

论文编号:TX233  论文字数:18238,页数:49  有开题报告和任务书，

摘要
 近年来，随着社会信息化、家庭智能化和工业自动化等领域对无线通讯和数据传输需求的日益增长，基于IEEE802.15.4的无线网络标准ZigBee协议标准作为一种全新的无线传感网络技术应运而生，并展示了迅猛发展的良好势头，广泛应用到军事无人值守和灵巧网络通讯、工业自动控制、大中城市空气质量监控、医院医护监视、高速公路自动收缴费、居民水电气自动收缴费、消费类电子设备的无线连接等领域。
 ZigBee 技术标准基于IEEE802.15.4低速率无线个人局域网，支持介质访问控制层和物理层标准，并在此之上包含网络层、安全层和应用层。由于ZigBee技术具有低功耗、低延迟、较长电池寿命等特点，它在低速率无线传感器网络中扮演着非常重要的角色。2006年，ZigBee工业市场值达到上亿，其市场前景十分广阔。目前，国外很多大公司纷纷向用户推出ZigBee应用解决方案。
 国内已有很多高校和科研院所开展了这一领域的研究工作，研究内容含盖无线传感器节点硬件设计、操作系统、网络路由技术、节能技术、覆盖控制技术等，但还没有哪一家企业及研究机构推出拥有自主知识版权的ZigBee协议栈和硬件模块，大多都是基于国外RF芯片和协议栈进行应用开发。
 本课题在查阅大量国外资料、研究IEEE802.15.4标准和ZigBee协议标准的基础上，使用基于TI的ZigBee芯片CC2430及成都无线龙提供的开发套件对Z-Stack协议栈2006进行研究。
 
关键字： ZigBee协议标准、ZigBee技术、Z-Stack协议栈2006、CC2430

ABSTRACT
 In recent years, along with the social informatization, family intelligent and industrial automation etc for wireless data transmission and the increasing demand, the ZigBee agreement based on the wireless network IEEE 802.15.4 standard as a new standard of wireless sensor network technology came into being, and showed the rapid development of the good momentum, widely applied to military unattended and smart communication network, industrial automatic control, large and medium-sized cities, the air quality monitoring surveillance, highway hospital medical residents, automatic capture expends associated automatic, consumer electronics equipment of wireless connection, etc.
 ZigBee technical standards based on IEEE802.15.4 low speed wireless LAN, and personal support media access control and phy standards, and on top of this include network layer, security layer and application layer. Because ZigBee technology has characteristics such as low power consumption, low latency, longer battery life and so on, it plays an extremely important role in low rate of wireless sensor network. In 2006, ZigBee industrial market, its market value reached to hundreds of millions of very broad prospects. At present, many big companies abroad have introduced to users ZigBee application solutions.
 There are many universities and research institutes in the field of research, the research content covers the design of wireless sensor node hardware, operating system, network routing technology, energy-saving technology, control technology, etc, but also no one enterprise and research organizations with independent intellectual copyright ZigBee protocol stack and hardware modules, mostly based on foreign RF chip and protocol stack for application development.
 This topic in the study of foreign material, or IEEE802.15.4 standards and ZigBee agreement on the basis of the standard, use the ZigBee CC2430 chip based on TI and the development kit that the chengdu wireless dragon company provided to study Z-Stack protocol stack 2006.
 
 Keywords: ZigBee protocol standards, ZigBee technology, Z-Stack protocol stack 2006, CC2430

目录
摘   要 I
ABSTRACT II
引言 1
1　ZigBee技术及协议的概述 2
1.1　ZigBee技术 2
1.1.1　ZigBee技术概述 2
1.1.2　ZigBee技术的应用前景 2
1.2　ZigBee协议的概述 2
1.2.1　ZigBee协议栈体系结构 2
1.2.2　ZigBee协议栈层次结构 3
1.2.3　ZigBee协议栈各层帧结构之间的关系 4
2　物理层(PHY)规范 5
2.1　物理层概述 5
2.2　数据的发送与接收 5
2.2.1　数据发送 5
2.2.2 数据接收 6
2.3　物理层数据服务功能实现 6
2.4　物理层管理服务功能实现 6
2.4.1　请求清除信道评估（CCA） 6
2.4.2　能量检测（ED） 7
2.4.3　属性获取、设置原语操作 7
2.4.4　设置收发机工作状态 7
2.5　物理层协议数据单元（PPDU）格式 7
3　MAC层规范 8
3.1　MAC层服务概述 8
3.2　MAC层数据服务功能的实现 8
3.2.1　MCPS-DATA.request原语 8
3.2.2　MCPS-PURGE.request原语 8
3.2.3　MAC层数据服务信息流程 8
3.3　MAC层管理服务功能的实现 9
3.3.1　MAC层关联操作 9
3.3.2　MAC层解关联操作 10
3.3.3　MAC层孤儿操作原语 11
3.3.4　MAC层信道扫描 11
3.3.5　请求协调器数据 12
3.4　物理层数据指示原语的处理 13
4　网络层(NWK)规范 14
4.1　ZigBee网络层服务概述 14
4.2　网络层管理服务功能实现 14
4.2.1　建立一个新网络 15
4.2.2　允许设备加入网络 15
4.2.3　设备加入网络 16
4.2.4　设备离开网络 20
4.3　网络层数据服务功能实现 21
4.4　路由算法 21
4.4.1　沿树路由 21
4.4.2　广播通信 23
4.4.3　路由选择 24
4.5　网络层帧结构 28
4.5.1　帧结构的一般形式 28
4.5.2　数据帧格式 28
4.5.3　命令帧格式 29
5　应用层(APL)规范 30
5.1　应用层概述 30
5.1.1　应用支撑子层(APS) 30
5.1.2　应用层框架 30
5.1.3　应用Profiles 30
5.1.4　ZigBee设备对象 30
5.2　ZigBee应用支撑子层 31
5.2.1　APS数据服务 31
5.2.2　APS管理服务 32
5.2.3　帧格式 34
5.3　ZigBee应用程序框架 37
5.3.1　建立一个ZigBee剖面 37
5.3.2　ZigBee描述符 37
5.3.3　AF帧格式 37
5.3.4　功能描述 38
5.4　ZigBee设备对象 38
5.4.1　范围 38
5.4.2　设备对象描述 39
5.4.3　层接口描述 39
5.4.4　对象定义和行为 39
结论 41
致谢 42
参考文献 43