ZigBee网络原理与应用开发——理论

《ZigBee网络原理与应用开发》教学大纲

课程编号：E052118 课程类型：专业选修

课程名称：ZigBee网络原理与应用开发英文名称：ZigBee Network and Application

学分：3 适用专业：电子信息科学与技术

第一部分大纲说明

一、课程的性质、目的和任务

ZigBee网络原理与应用开发课程是电子信息科学与技术专业的专业选修课。通过本课程，使学生掌握ZigBee网络的基本原理、概念、技术和开发流程，掌握实现ZigBee网络的SOC无线单片机的基本结构、基本原理、接口技术，实现基于ZigBee网络的物联网应用系统。课程适应国家物联网发展战略，通过理论教学和案例分析培养学生的创新思维，通过实验和项目实训提高学生物联网应用系统的开发能力、激发学生的创新能力。

二、课程的基本要求

1. 知识要求:

了解：无线传感器网络概念、体系结构、关键技术以及应用领域和发展趋势；ZigBee 网络协议、结构和原理；基于ZigBee的物联网模式和架构；基于ZigBee的物联网典型应用。

熟悉：ZigBee开发平台和开发环境搭建；CC2430无线单片机应用程序开发流程；ZigBee 协议栈及使用。

掌握：CC2430单片机的内部资源的使用方法；常用传感器与CC2430的接口开发；CC2430射频通信、网络路由的使用与编程；基于ZigBee网络的简单物联网应用系统开发。

2. 能力要求:

基本运用：CC2430的C语言开发；ZigBee硬件基本设计能力；CC2430内部资源的开发使用；CC2430接口与传感器使用；CC2430单片机点对点通信；

综合运用：CC2430单片机路由、网关的开发与使用；ZigBee物联网应用系统的开发。

三、本课程与相关课程的联系

本课程的先修课程为：高级语言程序设计、物联网工程导论、计算机网络、单片机原理与应用等。

四、学时分配

本课程学分为3学分，建议开设48学时（在保证学分的前提下可以微调）。

3.《ZigBee无线网络原理》，无线龙编著，冶金工业出版社，2010.

4.《短距离无线数据通信入门与实战》，段朝玉编著，北京航空航天大学出版社，2009.

5.《ZigBee技术实践教程》，高守玮编著，北京航空航天大学出版社，2009.

六、教学方法与手段建议

本课程是一门实践性很强的课程。采用课堂理论讲授和实验、项目实训相结合的教学方法。课堂授课采用讲授为主、课堂提问与讨论相结合的教学手段。

七、课程考核方式与成绩评定办法

课程考核包括两大部分，平时成绩（30%）和期末考试（70%）。平时成绩包括作业、课堂提问、课堂纪律、实验成绩四个部分，期末考试采用闭卷考试形式。

第二部分课程内容大纲

第一章无线传感器网络概述（2学时）

一、本章的教学目的和要求：

了解无线传感器网络的基本概念、发展历程；熟悉无线传感器网络的研究现状、应用研究前景，无线传感器网络的技术实现特点。

本章重点：无线传感器网络的研究现状。

本章难点：无线传感器网络的基本概念和技术特点。

二、教学内容及要求：

1. 无线传感器网络概述；

2. 无线传感器网络的发展；

3. 无线传感器网络的研究现状和前景；

4. 无线传感器网络的特点和应用。

第二章无线传感器网络体系结构（4学时）

一、本章的教学目的和要求：

了解传感器节点体系结构、无线传感器网络协议，无线传感器网络的关键技术；熟悉无线传感器网络拓扑结构，无线传感器网络的典型应用；掌握星型网络技术特点和应用。

本章重点：传感器节点体系结构，无线传感器网络协议。

本章难点：传感器节点体系结构，无线传感器网络协议。

二、教学内容及要求：

1.传感器节点体系结构；

2.无线传感器网络协议；

3.无线传感器网络拓扑结构；

4.无线传感器网络的关键技术；

5.无线传感器网络的典型应用及其案例。

第三章无线传感器网络通信标准（16学时）

一、本章的教学目的和要求：

了解IEEE 802.15.4标准及其主要特点，了解IEEE 802.15.4标准的物理层（PHY）规范、媒体介质访问层（MAC）规范、、分层协议标准的关键术语；熟悉网络层（NWK）规范、应用层（APL）规范、ZigBee协议栈各层帧结构之间的关系、数据传输机制；

本章重点：ZigBee协议栈各层帧结构之间的关系，数据传输机制。

本章难点：网络层（NWK）规范，应用层（APL）规范。

二、教学内容及要求：

1. IEEE 80

2.15.4标准；

2. IEEE 802.15.4主要特点；

3. 物理层（PHY）规范；

4. 媒体介质访问层（MAC）规范；

5. 分层协议标准的关键术语介绍；

6. 网络层（NWK）规范；

7、应用层（APL）规范；

8. ZigBee协议栈各层帧结构之间的关系；

9. ZigBee协议术语；

10. 数据传输机制。

第四章无线传感器网络开发平台（18学时）

一、本章的教学目的和要求：

了解常见的ZigBee典型的硬件平台、主要技术特点、硬件组成；熟悉本课程配套的ZigBee实验仪器（实验箱）的主要技术特点、硬件组成和硬件平台搭建开发流程；掌握基于KEIL或IAR平台的ZigBee开发流程。

本章重点：ZigBee最典型的硬件平台和ZigBee最典型的开发软件。

本章难点：ZigBee最典型的硬件平台和ZigBee最典型的开发软件。

本章安排4个CC2430基础实验：GPIO的LED控制实验，定时器及定时器中断实验。

二、教学内容及要求：

1. ZigBee最典型的硬件平台；

2. ZigBee最典型的开发软件；

3. 课程所用实验箱特点和开发流程；

4. CC2430基础实验。

第五章传感器网络应用开发实例（16学时）

一、本章的教学目的和要求：

了解Zigbee无线传感器网络的典型应用，其他物联网/传感网体系开发的对应流程和技术内容；熟悉智能家居系统、智能交通、智能环境监控和智能大棚系统中的ZigBee网络的应用特点；掌握上述智能系统中无线传感器网络的具体实现过程，以及在此过程中ZigBee 网络的开发流程和技术细节。

本章重点：智能家居系统分析。