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CC2420的Zigbee無線網絡系統(tǒng)的實現

云知道

作者：電子科技大學 ;林煒; 吳健
Zigbee是為低速率控制網絡設計的標準無線網絡協(xié)議 。
Zigbee協(xié)議的一些應用包括建筑自動化網絡、建筑安防系統(tǒng)、工業(yè)控制網絡、遠程抄表以及PC外設 。與其他無線協(xié)議相比，Zigbee無線協(xié)議提供了低復雜性、縮減的資源要求，最重要的是它提供了一組標準的規(guī)范，并提供了三個工作頻帶，以及一些網絡配置和可選的安全功能 。
1; Zigbee協(xié)議概述
1.1IEEE802.15.4
Zigbee協(xié)議使用IEEE802.15.4規(guī)范作為介質訪問層（MAC）和物理層（PHY） 。IEEE802.15.4總共定義了3個頻帶：2.4GHz、915MHz和868MHz 。每個頻帶提供固定數量的信道 。例如，2.4GHz頻帶有16個信道（信道11－26）、915MHz頻帶提供10個信道（信道1－10）而868MHz頻帶提供1個信道（信道0） 。
協(xié)議的比特率由所選擇的工作頻率決定 。2.4GHz頻帶提供的數據速率為250kpbs，915MHz頻帶提供的數據速率為20kbps 。由于數據包開銷和處理延遲，實際的數據吞吐量會小于規(guī)定的比特率 。
IEEE802.15.4MAC數據包的最大長度為127字節(jié) 。每個數據包都由頭字節(jié)和16位CRC值組成 。16位CRC值驗證幀的完整性 。此外，IEEE802.15.4還可以選擇使用應答數據傳輸機制 。使用這種方法，所有非凡ACK標志位置1的幀均會被它們的接收器應答 。這就可以確定幀實際上已經被傳遞了 。假如發(fā)送幀的時候置位了ACK 標志位而且在一定的超時期限內沒有收到應答，發(fā)送器將重復進行固定次數的發(fā)送，如仍無應答就公布發(fā)生錯誤 。注重接收到應答僅僅表示幀被MAC層正確接收，而不表示幀被正確處理，這是非常重要的 。接收節(jié)點的MAC 層可能正確地接收并應答了一個幀，但是由于缺乏處理資源，該幀可能被上層丟棄 。因此，很多上層和應用程序要求其他的應答響應 。
1.2網絡配置
【CC2420的Zigbee無線網絡系統(tǒng)的實現】 Zigbee無線網絡可采用多種類型的配置 。
星型網絡配置由一個協(xié)調器節(jié)點（主設備）和一個或多個終端設備（從設備）組成 。協(xié)調器是實現了一組很多Zigbee服務的一種非凡的全功能設備（FFD） 。終端設備可能是FFD或簡化功能設備（RFD） 。RFD是最小而且最簡單的Zigbee節(jié)點 。它只實現了一組最小的Zigbee服務 。在星型網絡中，所有的終端設備都只與協(xié)調器通信 。假如某個終端設備需要傳輸數據到另一個終端設備，它會把數據發(fā)送給協(xié)調器，然后協(xié)調器依次將數據轉發(fā)到目標接收器終端設備 。星型拓撲結構如圖1所示 。
圖1; 星型網絡拓撲結構
群集網絡配置也是Zigbee使用的一種網絡配置結構 。在群集網絡中，終端設備既可以選擇和協(xié)調器通信，也可以和路由器（router）通信 。路由器有兩個功能：一是增加網絡中的節(jié)點數量，二是擴大網絡的物理范圍 。有了路由器后，終端設備就不必安裝在協(xié)調器的有效射頻范圍內 。群集網絡結構如圖2所示 。
圖2; 群集網絡拓撲結構
和任何網絡一樣，Zigbee網絡也是多點接入網絡，這意味著網絡中的所有節(jié)點對通信介質的訪問是同等的 。有兩種類型的多點接入機制 。在沒有使能信標的網絡中，只有信道是空閑的，在任何時候都答應所有節(jié)點發(fā)送 。在使能了信標的網絡中，僅答應節(jié)點在預定義的時隙內進行發(fā)送 。協(xié)調器會定期以一個標知為信標幀的超級幀開始發(fā)送，并且希望網絡中的所有節(jié)點與此幀同步 。在這個超級幀中為每個節(jié)點分配了一個特定的時隙，在該時隙內答應節(jié)點發(fā)送和接收數據 。超級幀可能還含有一個公共時隙，在此時隙內所有節(jié)點競爭接入信道 。
1.3數據傳輸機制
傳輸數據到終端設備和從終端設備傳輸數據的確切機制隨網絡類型的不同而有所不同 。在無信標的星型網絡中，當終端設備想要發(fā)送數據幀時，它只需等待信道變?yōu)榭臻e 。在檢測到空閑信道條件時，它將幀發(fā)送到協(xié)調器 。假如協(xié)調器想要將此數據發(fā)送到終端設備，它會將數據幀保存在其發(fā)送緩沖器中，直到目標終端設備明確地來查詢該數據為止 。此方法確保終端設備的接收器是被開啟的，而且可從協(xié)調器接收數據 。

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