实验-ZigBee组网

实验-ZigBee组⽹
实验：ZigBee基本通信实验
⼀、实验⽬的
1．了解ZigBee协议及其在软件上如何实现。

2．学习使⽤sniffer嗅探⽹络节点之间通信数据包并分析数据包。

3. 学习Zigbee⽹络组⽹及路由选择。

⼆、实验内容
1．基于z-stack协议栈的组⽹及数据传输。

2．使⽤sniffer抓取节点之间传输的数据包并分析数据包组成。

三、实验设备
1．IAR开发平台环境
2．ZigBee开发套件
3．Sniffer抓包⼯具（软件和硬件）
实验开发套件的领取注意事项：
1、每周五上午1-2节可到电信5号楼东303A房间，协同创新
中⼼找蓝伟涛学长（领取FPGA开发板）或电信1号楼515
室找赵曜学长（领取Zigbee开发套件）。

2、每个⼩组以组长为代表签字领取⼀套开发套件，并在三周
内归还。

请爱护实验套件，归还时确保所有部件完好齐全。

3、实验中若有问题可在周五上午1-2节课时间去上述地址找
两位助教答疑。

四、实验原理
1，ZigBee协议概述
ZigBee作为⼀种⽆线通信标准，它是以IEEE802.15.4⽆线通信技术为基础的⼀组涉及到⽹络、安全和应⽤⽅⾯的软件协议。

它是⼀种短距离、低复杂度、低功耗、地数据传输速率和低成本的双向⽆线通信技术。

该技术可以应⽤于超低功耗率损耗的⽆线⽹络中，它满⾜ISO/OSI参考模型。

其物理层和MAC层采⽤了IEEE802.15.4标准；ZigBee联盟定义了上层部分，包括⽹络层和应⽤层。

⽆线通信⽹络软件以z-stack作为ZigBee的协议栈，硬件为基于CC2530-ZigBee开发套件。

2 设备类型(Device Types)
在ZigBee⽹络中存在三种逻辑设备类型：Coordinator(协调器)，Router(路由器)和End-Device(终端设备)。

ZigBee⽹络由⼀个Coordinator以及多个Router和多个End_Device组成。

在ZStack-CC2530-2.3.1-1.4.0中⼀个设备的类型通常在编译的时候通过编译选项确定。

所有的应⽤例⼦都提供独⽴的项⽬⽂件来编译每⼀种设备类型。

对于协调器，在Workspace区域的下拉菜单中选择CoordinatorEB-Pro；对于路由器，在Workspace区域的下拉菜单中选择RouterEB-Pro；对于终端设备，在Workspace区域的下拉菜单中选择EndDeviceEB-Pro。

上图是⼀个简单的ZigBee⽹络⽰意图。

其中⿊⾊节点为Coordinator，红⾊节点为Router，⽩⾊节点为End-Device。

2.1 Coordinator(协调器)
协调器负责启动整个⽹络。

它也是⽹络的第⼀个设备。

协调器选择⼀个信道和⼀个⽹络ID(也称之为PAN ID，即Personal Area Network ID)，随后启动整个⽹络。

协调器也可以⽤来协助建⽴⽹络中安全层和应⽤层的绑定(bindings)。

注意，协调器的⾓⾊主要涉及⽹络的启动和配臵。

⼀旦这些都完成后，协调器的⼯作就像⼀个路由器(或者消失go away)。

由于ZigBee ⽹络本⾝的分布特性，因此接下来整个⽹络的操作就不在依赖协调器是否存在。

2.2 Router(路由器)
路由器的功能主要是：允许其他设备加⼊⽹络，多跳路由和协助它⾃⼰的由电池供电的终端设备的通讯。

通常，路由器希望是⼀直处于活动状态，因此它必须使⽤主电源供电。

但是当使⽤树状⽹络拓扑结构时，允许路由间隔⼀定的周期操作⼀次，这样就可以使⽤电池给其供电。

2.3 End-Device(终端设备)
终端设备没有特定的维持⽹络结构的责任，它可以睡眠或者唤醒，因此它可以可以是⼀个电池供电设备。

通常，终端设备对存储空间(特别是RAM的需要)⽐较⼩。

五、实验设计要求
1、点到点之间通信实验
参考开发套件配套光盘中“\CC2530套件光盘(发布版V4.1)\CC2530套件光盘(发布版V4.1)\3、各种试验\Zigbee协议栈系列实验\实验1 Zigbee⼊门体验—SampleAPP⽆线通信实验.pdf”，完成⼀个Coordinator和⼀个End Device之间的点到点传输数据内容。

并将实验结果截图附在实验报告中。

2、通过sniffer抓取数据包，分析数据包组成
参考开发套件配套光盘中“\CC2530套件光盘(发布版V4.1)\CC2530套件光盘(发布版V4.1)\3、各种试验\TI⼯具软件及应⽤
\Packet_Sniffer协议分析实验.pdf”，在实验1进⾏时利⽤另外⼀个节点抓取End Device和Coordinator通信时的数据包，并对数据包的协议通信格式，如⼴播帧、探询帧、确认帧、地址分配等进⾏分析，熟悉zigbee协议基本组⽹流程。

将实验内容截图，并参考光盘中及其他相关Zigbee协议资料，绘制zigbee⽹络组⽹及发送数据的流程图。

3、路由节点的加⼊完成两跳通信
在实验1的基础上，加⼊路由节点，使终端节点可以通过路由节
点连接到协调器。

同时，重复2的步骤，抓取数据包及分析协议流程。

将实验内容截图，绘制流程图。

六、实验作品评价中的可加分项⽬
1．终端设备处增加传感器，将传感器采集到的信息发送到协调器。

2．其它⾃设功能项⽬，如修改信道，修改发送功率，测试RSSI，丢包率等，视情况酌情加分。