ZigBee测试与协议分析
Zigbee协调器串口通信协议分析-KC07060502-a01解析
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任务四
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2、Zigbee节点串口通信协议
Zigbee设备 我校自主研发的Zigbee节点采用请求—响应模型进行交互 请求命令为16个字节
协议分析
响应返回为32个字节
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任务四
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2、Zigbee节点串口通信协议
协议分析
Zigbee通信协议详解 网络地址、数据部分：低前后高 串口数据：二进制，按字节接收其范围应00-FFH，编程时建议采用Byte(字 节)变量进行存储；string、char数据类型默认采用ASCII码，值范围为00-3FH， 若采用string、char数据类型来存储串口数值，超出3F的部分会出现数据丢失
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任务四
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3、C#串口数据处理编程
协议分析
串口数据处理步骤： 3）判断读取数据是否完整； 返回数据共32字节，串口按位读取、按字节缓存，读取串口数据时返回的 32字节有可能分多次缓存，所以开发时应采用一全局变量(List<byte>)存储串口 缓存数据，判断全局变量中的数据是否完整。 完整性判断：长度32字节，第一个字节为0x26(&)，最后一个字节为0x2A (*)
无锡职业技术学院内部资料
Zigbee协调器串口通信协议分析
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任务四
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协议分析
1、系统结构
Zigbee节点采用无锡职业技术学院自行开发的WSN节点。 PC机连接ZigBee网络协调器，根据协调器提供的通信规程，分析出各种命 令的十六进制字节请求；并获取响应十六进制数据，并分解出有效信息以完 善系统功能。
ZIGBEE CC2530 初步测试报告
ZIGBEE CC2530 初步测试报告一、当前常用无线通信方式及协议二、ZIGBEE 网络组成ZIGBEE 网络由协调器（Coordlnator）（网络中只能有唯一一个协调器），若干路由器（Router），若干终端设备（End Device）组成。
协调器、路由器可以有多个子节点（路由器和终端设备），路由器也可以有多个父节点（终端设备和路由器），而终端设备只能一个父节点（协调器或路由器）。
协调器首先选择一个信道和网络标识(PAN ID)，然后开始这个网络.因为协调器是整个网络的开始，他具有网络的最高权限，是整个网络的维护者，还可以保持间接寻址用的表格绑定，同时还可以设计安全中心和执行其他动作，保持网络其他设备的通信。
路由器是一种支持关联的设备，能够实现其他节点的消息转发功能。
Zigbee的树形网络可以有多个zigbee路由器设备，zigbee的星型网络不支持zigbee的路由器设备。
终端设备是具体执行的数据采集传输的设备，他不能转发其他节点的消息。
ZIGBEE 网络拓扑结构主要分为星型结构、树型结构、网状结构。
如下图所示：星型结构树型结构网状结构网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过“多级跳”的方式来通信；该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能；星型和族树型网络适合点多多点、距离相对较近的应用。
网络拓扑结构需要在组网是确定。
三、ZIGBEE 功耗ZIGBEE模块CC2530 不含PA功能。
四、功耗计算假设采用两节AA电池为终端设备供电，电池有效容量为2000mAh。
通信过程中不丢失数据。
设备一天睡眠功耗：SLEEP_P=0.001mA*1000ms*60*60*24=86400mAms例1：设备每天动作10次，每一秒联网一次，设备一天联网次数：60*60*24/1-10=86390 次设备一天耗电：TOTAL_P=SLEEP_P + SWITCH_P * 86390 + TX_P*10 + RX_P*10= 86400 + 100.5775*86390 + 120.4175*10 + 245.669*10=8778951mAms=2.439mAh电池可用：2000/2.439=820 天=2.24年例2：设备每10秒动作联网一次，设备一天动作联网次数：60*60*24/10=8640 次设备一天耗电：TOTAL_P=SLEEP_P + TX_P*10 + RX_P*10= 86400 + 120.4175*8640 + 245.669*8640=3249387mAms=0.903mAh电池可用：2000/0.903=2214.8 天=6.06年。
ZigBee安全协议分析
ZigBee安全协议分析摘要：ZigBee作为短距离无线通信的代表，其安全协议依然遵循现代密码学的基本原理，本文首先概述了Zigee安全协议，然后描述了ZigBee安全协议的各个阶段，包括配对阶段、身份认证与协商阶段、通信安全保护阶段，最后描述了ZigBee的设备安全。
关键字: ZigBee安全协议，认证与加密，设备安全1.ZigBee安全协议概述ZigBee 是一种安全的短距离无线通信系统，ZigBee安全协议提供了基本的安全功能。
包括安全密钥创建、安全密钥传输、对称加密帧保护和安全设备管理，ZigBee安全协议流程经历了三个阶段，包括配对阶段、身份认证与协商阶段、通信安全保护阶段。
1.ZigBee配对阶段配对用于在协调器节点和路由器或者终端节点之间形成关联。
ZigBee支持对称密码体系，支持以下几种配置[1]：（1）配置密钥：通过预配置的方法，将128bit共享密钥预配置在节点间。
（2）配置口令：用户在节点间上输入相同的口令。
口令经过口令变换算法变换为128bit的共享密钥。
（3）配置bootstrap：从bootstrap获取口令，节点获取到bootstrap发送的口令，基于口令变换为128bit的共享密钥。
（4）不配置任何信息：节点间直接配对，无需输入。
第一种配置方式无需输入和输出设备，是最方便的配置方式，也是ZigBee推荐的方式，第二种配置方式需要输入和输出设备，增加了成本，但可以证明用户在现场以强化安全，第三种方式需要额外的节点信任的第三方bootstrap，使网络更加复杂，但是若网络节点很多（ZigBee理论上支持4K的节点），则前两种方案网络中的共享密钥或口令为n*(n-1)/2（假设n为网络的节点数）[1]，密钥或口令数量极大，密钥或口令安全管理困难，而使用第三种配置方案，则口令数为n，大大减少了口令数，简化了口令的安全管理。
第四种配置最为简单，对用户最友好，实际网络中大量使用，但极易受到中间人[1]攻击。
ZIGBEECC2530初步测试报告
ZIGBEECC2530初步测试报告ZIGBEE CC2530 初步测试报告一、当前常用无线通信方式及协议二、ZIGBEE 网络组成ZIGBEE 网络由协调器（Coordlnator）（网络中只能有唯一一个协调器），若干路由器（Router），若干终端设备（End Device）组成。
协调器、路由器可以有多个子节点（路由器和终端设备），路由器也可以有多个父节点（终端设备和路由器），而终端设备只能一个父节点（协调器或路由器）。
协调器首先选择一个信道和网络标识(PAN ID)，然后开始这个网络.因为协调器是整个网络的开始，他具有网络的最高权限，是整个网络的维护者，还可以保持间接寻址用的表格绑定，同时还可以设计安全中心和执行其他动作，保持网络其他设备的通信。
路由器是一种支持关联的设备，能够实现其他节点的消息转发功能。
Zigbee的树形网络可以有多个zigbee路由器设备，zigbee的星型网络不支持zigbee的路由器设备。
终端设备是具体执行的数据采集传输的设备，他不能转发其他节点的消息。
ZIGBEE 网络拓扑结构主要分为星型结构、树型结构、网状结构。
如下图所示：星型结构树型结构网状结构网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过“多级跳”的方式来通信；该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能；星型和族树型网络适合点多多点、距离相对较近的应用。
网络拓扑结构需要在组网是确定。
三、ZIGBEE 功耗ZIGBEE模块CC2530 不含PA功能。
四、功耗计算假设采用两节AA电池为终端设备供电，电池有效容量为2000mAh。
通信过程中不丢失数据。
设备一天睡眠功耗：SLEEP_P=0.001mA*1000ms*60*60*24=86400mAms例1：设备每天动作10次，每一秒联网一次，设备一天联网次数：60*60*24/1-10=86390 次设备一天耗电：TOTAL_P=SLEEP_P + SWITCH_P * 86390 + TX_P*10 + RX_P*10= 86400 + 100.5775*86390 + 120.4175*10 + 245.669*10=8778951mAms=2.439mAh电池可用：2000/2.439=820 天=2.24年例2：设备每10秒动作联网一次，设备一天动作联网次数：60*60*24/10=8640 次设备一天耗电：TOTAL_P=SLEEP_P + TX_P*10 + RX_P*10= 86400 + 120.4175*8640 + 245.669*8640=3249387mAms=0.903mAh电池可用：2000/0.903=2214.8 天=6.06年。
ZIGBEE技术规范与协议栈分析
ZIGBEE技术规范与协议栈分析篇一：ZigBee知识无线龙1.协议栈工作流程和无线收发控制 LED 实验内容：1. ZigBee 协议栈简介2. 如何使用 ZigBee 协议栈3. ZigBee 协议栈的安装、编译与下载4. 协议栈无线收发控制 LED5. 协议栈工作流程实现现象：协调器、终端上电，组网成功后 D1 灯闪烁 1. ZigBee 协议栈简介什么是 ZigBee 协议栈呢？它和 ZigBee 协议有什么关系呢?协议是一系列的通信标准，通信双方需要共同按照这一标准进行正常的数据发射和接收。
协议栈是协议的具体实现形式，通俗点来理解就是协议栈是协议和用户之间的一个接口，开发人员通过使用协议栈来使用这个协议的，进而实现无线数据收发。
图 1 展示了 ZigBee 无线网络协议层的架构图。
ZigBee 的协议分为两部分，IEEE 802.15.4 定义了 PHY（物理层）和 MAC（介质访问层）技术规范；ZigBee联盟定义了NWK（网络层）、APS（应用程序支持子层）、APL（应用层）技术规范。
ZigBee协议栈就是将各个层定义的协议都集合在一直，以函数的形式实现，并给用户提供 API(应用层)，用户可以直接调用。
图 1 ZigBee 无线网络协议层 2. 如何使用 ZigBee 协议栈协议栈是协议的实现，可以理解为代码，函数库，供上层应用调用，协议较底下的层与应用是相互独立的。
商业化的协议栈就是给你写好了底层的代码，符合协议标准，提供给你一个功能模块给你调用。
你需要关心的就是你的应用逻辑，数据从哪里到哪里，怎么存储，处理；还有系统里的设备之间的通信顺序什么的，当你的应用需要数据通信时，调用组网函数给你组建你想要的网络；当你想从一个设备发数据到另一个设备时，调用无线数据发送函数；当然，接收端就调用接收函数；当你的设备没事干的时候，你就调用睡眠函数；要干活的时候就调用唤醒函数。
所以当你做具体应用时，不需要关心协议栈是怎么写的，里面的每条代码是什么意思。
ZigBee路由协议分析及仿真实现-毕业论文
ZigBee路由协议分析及仿真实现-毕业论文摘要作为无线传感器网络（WSN Wireless Sensor Networks）的一项新型技术，ZigBee技术具有低功耗、低速率、低延时、低成本等特性，具有强大的组网能力和超大的网络容量，可以广泛应用在消费电子产品、家居与楼宇自动化、工业控制、医疗设备等领域。
由于其独有的特性，ZigBee无线技术也是无线传感器网络的首先技术，具有广阔的发展前景。
ZigBee协议标准采用开放系统接口（0SI）分层结构，其中物理层和媒体接入层由IEEE802.15.4工作小组制定，而网络层，安全层和应用框架层由ZigBee联盟制定。
本文根据IEEE802.15.4标准规范与ZigBee 标准规范，简单扼要地阐述了ZigBee协议栈的协议栈架构，重点讲解了ZigBee网络层树路由和网状网路由。
然后讲解了NS2网络仿真软件的工作原理，详细介绍了仿真环境的搭建和仿真分析的过程。
通过对CLUSTER-TREE路由算法和AODVjr路由算法在不同发包间隔下的平均延时、丢包率和控制包数量模拟，获得仿真结果。
AbstractAs a WSN(Wireless Sensor network), a new technology, ZigBee technology with low power consumption, low speed, low latency, low cost features, is a powerful networking capabilities and large network capacity, and can be widely used in consumer electronics, home and building automation, industrial control, medical equipment and other fields.Because of its unique properties, ZigBee wireless technology is the first technology of wireless sensor network, has a broad development prospects.ZigBee protocol standard using open system interface (OSI) hierarchical structure, including the physical layer and the media access layer shall be formulated by the IEEE802.15.4 working group, and the network layer, security and application framework layer shall be formulated by the ZigBee alliance.In this paper, based on IEEE802.15.4 standard specification and ZigBee standards,briefly expounds the simple ZigBee protocol stack protocol stack architecture, focusing on the ZigBee network layer routing and mesh networks by the tree.Then explained the working principle of NS2 network simulation software, introduces in detail the process of the construction of the simulation environment and simulation analysis.Routing algorithm based on CLUSTER - TREE and AODVjr routing algorithm under different contract awarding interval average delay, packet loss rate and the control packet number simulation, the simulation results.KEYWORDS: NS2，ZigBee，CLUSTER-TREE，AODVjr目录摘要......................................................................... I I Abstract. (III)目录 (VI)1 绪论 (1)1.1 背景介绍 (1)1.2 课程设计环境和工作内容 (1)2 ZigBee技术及仿真软件介绍 (3)2.1 ZigBee技术概述 (3)2.2 ZigBee协议栈架构 (3)2.3 ZigBee网络层路由协议 (5)2.3.1 ZigBee支持的网络拓扑 (5)2.3.2 ZigBee网络编址方式 (6)2.3.3 ZigBee网络路由算法介绍 (6)2.4 NS2网络仿真软件介绍 (7)2.4.1 NS2软件概述 (7)2.4.2 trace文件格式介绍 (8)3 仿真环境搭建过程 (10)3.1 Fedora 21安装过程 (10)3.2 NS2的安装过程 (18)3.3 NS2中添加ZBR路由协议的过程 (21)3.3.1 协议底层文件 (21)3.3.2 需要修改的文件 (21)3.3.3 需要修改的具体内容 (22)3.3.4 编译 (27)3.3.5 测试脚本 (27)3.4 gnuplot的安装 (27)3.5 本章小结 (27)4 仿真过程与仿真结果分析 (29)4.1 使用NS2进行模拟的基本流程 (29)4.2 星型拓扑环境搭建和模拟 (30)4.2.1 任务分析 (30)4.2.2 编写Tcl脚本 (30)4.2.3 执行模拟 (35)4.2.4 修改路由算法 (35)4.2.5 再次执行模拟 (36)4.3 星型拓扑仿真结果分析 (36)4.3.1 gawk工具介绍 (36)4.3.2 传输延时 (39)4.3.3 丢包率 (40)4.3.4 控制包数量 (41)4.4 树形拓扑环境的搭建和执行 (42)4.4.1 任务分析 (42)4.4.2 编写Tcl脚本 (42)4.4.3 执行模拟 (47)4.4.4 修改路由算法 (48)4.4.5 再次执行模拟 (48)4.5 树形拓扑仿真结果分析 (48)4.5.1 平均延时 (49)4.5.2 丢包率 (49)4.5.3 控制包数量 (50)4.6 本章小结 (51)5 总结和展望 (53)5.1 总结 (53)5.2 展望 (53)参考文献 (54)致谢 (56)1 绪论1.1 背景介绍随着科技的发展、文明的进步，人类对于信息的需求也日益增大，推广了信息的蓬勃发展。
ZIGBEE测试建议书
ZIGBEE测试建议书zigbee集中抄表系统(方案建议书) 华立仪表集团股份有限公司holley metering ltd.一． zigbee通信的简单介绍zigbee又叫紫蜂技术，是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的cdma网或gsm网，每一个zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里。
zigbee技术自诞生以来，已经得到了长足的发展，应用领域主要包括集中抄表（amr）、工业控制、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制等。
zigbee协议是开放的国际标准，因此任何国家、任何公司所提供的zigbee产品都必须符合这一标准，并且zigbee联盟提供了完善而严格的测试平台对这些产品进行测试。
这些措施保证了任何zigbee产品都可以实现互连和互操作。
这对于系统的安装、维护和扩展都带来了极大的方便。
二．zigbee技术的主要特点：面向无线传感和工业控制应用领域；采用国际ieee 802.15.4标准和国际zigbee联盟标准；全球通用的免费使用许可证频段ism（2.4ghz）；支持双向通信（物理层通信速率250kbps，16通道/2.4ghz频点）； ? 支持复杂拓扑结构（星型/树形/网状/混合网）和强大网络管理能力（网络自动建立、修补、优化路由），系统可扩展性和可伸缩性好；支持数据加密；支持超低功耗（电池供电）；三．华立zigbee自动抄表系统的先进性与独特优势1. 华立自动抄表系统采用的是国际领先的zigbee无线抄表技术华立zigbee自动抄表技术是华立自己开发的有自己独立知识产权的产品。
其稳定性与成熟性已居世界前列。
华立是国内仪器仪表行业第一家zigbee国际会员（250多家成员公司，包括motorola，ember，ti-chipcon，philips、siemens，honeywell，samsung，等），采用国际ieee 802.15.4标准和国际zigbee联盟标准；2. 华立zigbee自动抄表系统频段免费，运营成本极低采用全球通用的免费使用许可证频段ism（2.4ghz），而且，支持超低功耗（电池供电），运营成本极低。
ZigBee协议分析及其实现
信链路 。
定义设备在网络中的角色 、发起和响应绑定请求 、在网络设备之间建立安全机制。
收稿 日期 ：２ ０ — ０ ０ ０ ９ １— ９
基金项 目 ：集茭火学 科研 基金资 助项 ｌ Ｚ ２００ ２ Ｉ Ｂ０ ６ １ ） Ｉ（
作者简 介 ：赖联有 （９ ５ ） ，讲师 ，硕十 ，从嵌 入式 系统设 计 、无线通信 技术研 究 ，ｋ； ｘＴｉｌ＠ｌ３ １７ 一 ，男 ａｂｉ ｌｎｌ ６ ｉ ｘ ｙ 。
（ 集美大学 信息工程学院，福建 厦 门 ３ １２ ） ６ ０ １
摘要：在介绍 Ｚｇ ｅ 的协议体 系结构的基础上，具体描述了 Ｔ － ｔ ・协议的架构及 软件 开发方法 。作 为应用实 ｉ ｅ Ｂ Ｉ Ｓａｋ Ｚ ｒ 例 ，给 出 Ｚｇ ｅ 路 南器的硬件框 图和路 南算法设计 。 ｉ ｅ Ｂ 关键词 ：Ｚｇ ｅ ；Ｚ Ｓａｋ ｉ ｅ － ｔ ；无线路 南器 Ｂ ｃ
对 于网络层 （ ＷＫ），其 主要功 能是 负责拓扑结 构 的建立和 维护 网络 连接 ，包 括设计 连接和 断开网络 Ｎ 时所采用 的机制 、帧 信息传输 过程 中所采用 的安 全性机 制 、设 备的路 由发现 和路 南维 护和转 交机制 等。 对 于应用 层 （ Ｐ Ａ Ｌ），又包括 了应用 支持子 层 （ Ｐ ）、Ｚｇ ｅ设 备对 象 （ Ｄ ＡＳ ｉ ｅ Ｂ Ｚ Ｏ）和 南制 造商制订 的应 用对象 。应用 支持层 的功能包 括维 持绑定 表 、在绑定 的设 备之 间传送 消息 。Ｚｇ ｅ设 备对象 的功能包括 ： ｉＢ ｅ
ZigBee协议
ZigBee协议协议名称：ZigBee协议一、引言ZigBee协议是一种低功耗、低速率、短距离无线通信协议，旨在提供可靠的无线连接和简单的网络配置，适用于物联网设备之间的通信。
本协议旨在规定ZigBee协议的技术要求、通信规范和网络架构，以确保设备之间的互操作性和数据传输的安全性。
二、范围本协议适用于ZigBee协议的设计、开发、实施和使用，涵盖以下方面：1. ZigBee协议的物理层和数据链路层规范；2. ZigBee网络的组网和路由规则；3. ZigBee设备的功能、性能和互操作性要求；4. ZigBee网络的安全机制。
三、术语和定义在本协议中，以下术语和定义适用：1. ZigBee：一种低功耗、低速率、短距离无线通信技术，基于IEEE 802.15.4标准；2. ZigBee设备：采用ZigBee协议的物联网设备，包括传感器、执行器、控制器等；3. ZigBee网络：由多个ZigBee设备组成的无线网络，可以实现设备之间的通信和数据传输；4. ZigBee协调器：ZigBee网络中的主节点，负责网络的组网和管理；5. ZigBee路由器：ZigBee网络中的中间节点，负责数据的中继和路由；6. ZigBee终端设备：ZigBee网络中的终端节点，用于传感、控制和执行任务。
四、技术要求1. 物理层和数据链路层规范1.1 频段和调制方式：ZigBee协议使用2.4GHz和868/915MHz频段，支持多种调制方式；1.2 传输速率：ZigBee协议的最大传输速率为250kbps；1.3 传输距离：ZigBee协议的最大传输距离为100米；1.4 链路质量指示：ZigBee协议应提供链路质量指示功能，用于判断通信质量；1.5 数据帧格式：ZigBee协议应定义统一的数据帧格式，包括帧起始符、目的地址、源地址、帧类型、数据字段等。
2. 网络组网和路由规则2.1 网络拓扑：ZigBee网络支持星型、网状和混合拓扑结构；2.2 路由选择：ZigBee协议应提供有效的路由选择算法，确保数据的可靠传输和网络的高效性；2.3 网络发现和加入：ZigBee设备应支持网络发现和加入功能，便于设备的自动组网和配置。
Zigbee协议剖析低功耗无线个人局域网的核心协议
Zigbee协议剖析低功耗无线个人局域网的核心协议Zigbee协议是一种为物联网设备之间相互通信而设计的低功耗无线个人局域网协议。
本文将对Zigbee协议进行剖析，并探讨其在低功耗无线个人局域网中的核心协议。
一、Zigbee协议简介Zigbee协议是一个开放的国际标准，它基于IEEE 802.15.4标准，主要用于低功耗、低速率的无线个人局域网。
该协议被广泛应用于家庭自动化、智能照明、无线传感器网络等领域。
二、Zigbee协议架构Zigbee协议采用分层架构，包括物理层、MAC层、网络层和应用层。
各层之间通过定义好的接口进行沟通，并根据不同的应用需求进行灵活配置和使用。
1. 物理层物理层负责无线信号的传输和接收，包括频率的选择、调制和解调、数据帧的生成和检测等功能。
Zigbee协议操作于2.4GHz、915MHz或868MHz的无线频段，可根据不同的需求选择合适的频段。
2. MAC层MAC层负责协调网络中各个节点的数据传输，控制数据的分发和接收。
它包括信道访问机制、确认和重传机制、能量管理等功能，可提高网络的可靠性和效率。
3. 网络层网络层负责路由和寻址功能，确保数据包能够准确地传输到目标节点。
它采用了多种路由算法，使网络具有高度的自组织和灵活性。
4. 应用层应用层负责定义各种应用场景所需的服务和协议，包括传感器数据的采集、设备的控制和配置等功能。
Zigbee协议支持多种应用层协议，如Zigbee Home Automation（ZHA）、Zigbee Light Link（ZLL）等。
三、Zigbee协议特点Zigbee协议在低功耗无线个人局域网中具有以下特点：1. 低功耗Zigbee协议采用了严格的协议控制和低功耗技术，在保证设备正常工作的同时，最大限度地减少了能量消耗，延长了设备的续航时间。
2. 自组织网络Zigbee协议使用了自组织网络技术，节点可以自动加入和离开网络，具有高度灵活性和扩展性。
ZigBee无线通信测试方案
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ZigBee测试与协议研究
无线通信在嵌入式系统中的应用讲座(28)ZigBee测试与协议分析1.1 前言ZigBee协议栈包括物理层协议[IEEE802.15.4]和上层软件协议[ZigBee 2007（以及其他的ZigBee网络协议）]，本文将从这两方面来了解这些协议，通过介绍如何捕获，如何理解关键参数，使得我们得以深层次剖析ZigBee技术，有了这些本质性的认识，对于分析解决无线产品应用问题，会有很大的帮助。
1.2 物理层分析ZigBee的物理层为IEEE802.15.4标准所规定，定义了ZigBee底层的调制编码方式，这些规约大多是芯片设计者需要关心的，对于应用开发来说，我们更关心的是衡量一个芯片一个射频系统好坏的一个参数，在过去的文章中，我们了解过了输出功率，接收灵敏度和链路预算等参数，这一次我们更深入的去了解一个调制质量的参数：EVM。
EVM指的是误差向量（包括幅度和相位的失量），表征在一个给定时刻理想无误差基准信号与实际发射信号的向量差，如图1所示，从EVM参数中，我们可以了解到一个输出信号的：⏹幅度误差；⏹相位误差。
图 1 矢量误差EVM示意图EVM是衡量一个RF系统总体调制质量指标，定义为信号星座图上测量信号与理想信号之间的误差，它用来表示发射器的调制精度，调制解调器、PA、混频器、收发器等对它都会有影响。
图 3 EVM数据和眼图了解完这个参数之后，我们看看实际测试中，是如何获取标准信号标准信号矢量误差EVMEVM参数的。
ZigBee物理层的测试，在产品研发、生产和维护阶段，分别使用以下三种仪器测试：1.产品研发阶段要测量EVM参数，需要使用带协议解读的频谱仪，最好是自带相应协议插件的仪器i，可以使用安捷伦PXA N9030A频谱分析仪+8960B插件[选配了ZigBee分析插件]。
这些仪器可以测试出ZigBee调制信号的星座图，实时数据和眼图等信息，在芯片级开发过程中，需要考量高频电容电感以及滤波器等的单个及组合性能，特别需要注意的是ZigBee信号的临道抑制参数，利用PXA N9030A的高分辨率，可以查看点频的带外信号，这些细节在更换射频器件供应商时，需要仔细测量，一般数字电路抄板比较容易，因为器件性能的影响不是很大，只要值和封装对了就可以，但是射频前端的设计上，即使原样的封装、容值和感值，供应商不一样，射频参数也是不一样的，板材的选用也极大的影响着阻抗匹配，因此复制和再开发都有较大难度。
《2024年ZigBee协议栈的分析与设计》范文
《ZigBee协议栈的分析与设计》篇一一、引言随着物联网技术的不断发展，无线通信技术也得到了广泛的应用。
ZigBee作为一种基于IEEE 802.15.4标准的低速无线个人区域网络通讯协议，具有低功耗、低成本、覆盖范围广等优点，被广泛应用于智能家居、工业控制、环境监测等领域。
本文将对ZigBee协议栈进行分析与设计，以便更好地理解和应用ZigBee 协议。
二、ZigBee协议栈概述ZigBee协议栈是一种为基于IEEE 802.15.4标准的无线个人区域网络（WPAN）设计的协议栈。
它包括物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）以及网络层（NWK）和应用层（APL）。
物理层负责无线信号的发送和接收；媒体访问控制层负责解决无线信道访问冲突问题；网络层负责设备之间的网络连接和路由；应用层则提供了丰富的应用接口，方便用户开发应用。
三、ZigBee协议栈分析1. 物理层分析物理层是ZigBee协议栈的基础，它定义了无线信号的传输方式和参数。
在ZigBee中，物理层支持多种传输速率和频段，可以根据实际需求进行选择。
此外，物理层还负责信号的调制、解调、扩频等操作，以保证无线信号的可靠传输。
2. MAC层分析MAC层负责解决无线信道访问冲突问题，它采用了CSMA-CA（载波监听多路访问/冲突避免）机制。
这种机制可以有效地避免信道冲突，提高无线网络的性能。
此外，MAC层还提供了数据传输服务、信道管理等功能。
3. 网络层分析网络层负责设备之间的网络连接和路由。
它采用了基于IEEE 802.15.4标准的地址分配和管理机制，可以实现设备之间的自动组网和路由选择。
此外，网络层还提供了API接口，方便用户开发应用。
四、ZigBee协议栈设计1. 设计目标ZigBee协议栈的设计目标是在保证无线通信可靠性的前提下，尽可能地降低功耗和成本。
因此，在设计中需要充分考虑设备的功耗、成本、可靠性等因素。
2. 设计原则（1）模块化设计：将协议栈分为不同的模块，每个模块负责不同的功能，方便开发和维护。
ZigBee协议分析与系统实现[文献综述]
![ZigBee协议分析与系统实现[文献综述]](https://img.taocdn.com/s3/m/fb43b4406bec0975f465e2d2.png)
文献综述电子信息工程ZigBee协议分析与系统实现摘要：可以说无线传感器网络已经根深蒂固地扎根于我们的日常生活了，而这一质的突变归因于通信技术、网络技术、传感器技术和微机电系统技术等的巨大发展。
在这里将简要介绍无线传感器网络的关键技术、结构以及应用领域，以及ZigBee协议各个层次，然后对不同ZigBee协议版本作一下比较，接着阐述了ZigBee协议物理层、MAC层和网络层的设计和实现过程，最终实现了一个功能有所裁剪的ZigBee协议栈。
关键词：ZigBee；IEEE802．15．4；无线传感器网络一、无线传感器网络简介无线传感器网络综合了微电子技术、嵌入式信息处理技术，传感器技术，现代网络及无线信技术等先进技术，以自组多跳的无线网络方式实时监测各种环境或对象的信息，并可进行或控制，应用前景十分广阔。
现有传统的无线技术通常非常耗电，且占用过多的计算和通信源，大大增加了成本[1]。
无线传感器网络系统包括汇聚节点(sink node)和传感器节点(sensenode)。
无线传感器网络是一种特殊的Ad-hoc网络，可应用于电源供给和布线困难的区域、研究人员所不能到达的区域(如环境不能被破坏的区域、敌对区域或受到污染的区域等)以及一些临时的应用场合(如发生自然灾害，固定通信网络被破坏不能使用时)等。
它具有抗毁性强，展开快速等特点，且不需要固定网络的支持[2]。
二、ZigBee协议目前存在3种公开的协议版本：ZigBee一2004，ZigBee一2006和ZigBee一2007(又称ZigBee PRO)．各协议版本之间的比较如表1所示[3]。
表1 ZigBee各协议版本的比较ZigBee协议结构在采用OSI七层模型的基础上根据市场和应用的实际需要而定义而成的。
ZigBee协议规范采用了IEEE802．15．4定义的物理层(PHY)和媒体介质访问层(MAC)，由摩托罗拉、飞利浦半导体、三菱电气等国际知名公司组成的ZigBee联盟定义了网络层(NWK)和应用层(APL)。
ZigBee路由协议分析与性能评估
配地址、路由发现、路由维护等功能，支持星型网、ｍｅｓｈ网和树 型网【＝Ｉ。ｚ，ｇＢｅｅ在通用的网络层功能基础上尽可能地减小功耗、 降低成本，并具有高度动态的拓扑结构和自组织、自维护能力。
ＺｉｇＢｅｅ网络中采用ＩＥＥＥ ８０２．１５．４定义的两种无线设备： 全功能设备（Ｆｕｌｌ－Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ，ＦＦＤ）和精简功能设备（Ｒｅ－ ｄｕｃｅｄ—Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ，ＲＦＤ）。ＦＦＤ可以与其它ＦＦＤ或者ＲＦＤ 通信，而ＲＰＤ只能与ＦＦＤ通信。ＲＥＤ只需要极少的资源和存 储空间，相对于ＦＦＤ具有较低的成本。
（４）
如果目的节点不是接收节点的一个后代，则将分组发送给
它的父节点。
（２）ＡＯＤｖｊｒ
ＡＯＤＶｊｒ具有ＡＯＤＶ的主要功能。但考虑到降低成本、节 能、使用的方便性等因素，对ＡＯＤＶ作了一些简化：
①为了减少控制开销和简化路由发现的过程，ＡＯＤＶｊｒ中 并没有使用目的节点序列号。ＡＯＤＶ协议使用目的节点序列号 确保了所有路径在任何时问无环路，为了保ＩｉＥ路由无环路，
ＡＯＤＶｊｒ中规定只有分组的目的节点可以回复ＲＲＥＰ，即使中 间节点存有通往目的节点的路由也不能同复ＲＲＥＰ。，
②ＡＯＩ）Ｖｊｒ不存在ＡＯＤＶ中的“先驱节点列表（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ ｌｉｓｔ）”，从而简化了路由表结构。在ＡＯＤＶ中节点如果探测到下
一跳链路中断则通过上二游节点转发ＲＥＲＲ分组，通知所有受到
第一个进入ＰＡＮ（Ｐｅｍｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）具有协调点能 力且当前未加入任一网络的节点可以发起建立ＺｉｇＢｅｅ网络，
基金项目：国家自然科学基金（ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ｕｎｄｅｒ Ｇｒａｎｔ Ｎｏ ６０４７２０６４１；河南省自然科学基金（ｔｈ Ｎａｔｕｒａｌ
ZigBee协议栈的分析与设计
ZigBee协议栈的分析与设计ZigBee协议栈的分析与设计引言随着物联网的不断发展，无线传感器网络（WSN）得到了广泛的应用。
ZigBee作为一种低功耗、短距离、低带宽的无线通信协议，逐渐成为物联网中最受欢迎的通信协议之一。
本文将对ZigBee协议栈进行深入的分析与设计，以期更好地理解其工作原理并提供一种优化方案。
一、ZigBee协议栈的结构与功能1. ZigBee协议栈结构ZigBee协议栈由两部分组成：上层和下层。
上层包括应用层（Application Layer）、网络层（Network Layer）和安全层（Security Layer）。
下层包括物理层（Physical Layer）和介质访问控制层（Media Access Control Layer）。
2. ZigBee协议栈功能- 物理层（Physical Layer）：负责将数据转换为无线信号，通过无线传输介质进行通信。
ZigBee协议栈支持多种物理层标准，例如2.4GHz、900MHz和868MHz等。
- 介质访问控制层（Media Access Control Layer）：负责数据帧的分发和接收，同时处理多跳中继和协议转发。
- 网络层（Network Layer）：提供网络拓扑管理、路由选择、数据包传输和安全性等功能。
ZigBee协议栈使用了Ad-hoc On-Demand Distance Vector（AODV）路由协议来实现自组网和动态路由选择。
- 应用层（Application Layer）：定义应用程序的协议和接口，包括设备发现、网络配置、设备控制等功能。
- 安全层（Security Layer）：提供数据加密和认证等安全机制，确保通信的可靠性和机密性。
二、ZigBee协议栈的分析1. 物理层分析ZigBee协议栈采用低功耗、短距离的射频通信技术。
2.4GHz频段是其最常用的无线传输介质，具有广泛的应用领域。
ZigBee协议栈使用了Direct Sequence Spread Spectrum （DSSS）技术来提高抗干扰性能。
ZigBee路由协议分析与优化
ZigBee 路由协议分析与优化摘要：ZigBee 协议是一种低功耗、低数据速率、短距离通信的无线传感器网络协议，适用于许多物联网应用场景。
然而，由于其复杂的路由机制，ZigBee 网络的性能容易受到负载和干扰的影响。
为了优化ZigBee 网络的性能，本文针对其路由协议进行了分析，并提出了一系列优化措施，包括基于负载均衡的路由、基于信号干扰的路由、基于链路质量的路由以及基于自适应路由的路由。
关键词：ZigBee 协议；路由协议；负载均衡；信号干扰；链路质量；自适应路由。
一、引言ZigBee 是一种基于IEEE 802.15.4 标准的低功耗、低数据速率、短距离通信的无线传感器网络协议，广泛应用于智能家居、智能医疗、智能交通等物联网应用领域。
ZigBee 网络通常由若干个传感器节点、一个集中器以及若干个路由器组成，节点之间通过无线信道进行通信，集中器负责维护网络拓扑，路由器则负责中转节点之间的数据包。
由于ZigBee 网络的拓扑结构往往非常复杂，节点密度较大，因此对其路由协议进行优化显得尤为重要。
二、ZigBee 路由协议分析ZigBee 路由协议主要包括基于源路由的路由协议和基于分散路由的路由协议。
在基于源路由的路由协议中，数据包的路由路径由源节点指定，中间节点只充当转发器的角色；在基于分散路由的路由协议中，数据包的路由路径由中间节点根据网络拓扑信息决定。
从ZigBee 路由协议的工作原理来看，它往往容易受到负载和干扰的影响，造成网络性能下降。
同时，ZigBee 协议的路由机制较为复杂，会导致路由器计算和存储负担增加，从而使路由器的能耗增加。
三、ZigBee 路由协议优化为了提高ZigBee 网络的性能，本文提出了基于负载均衡的路由、基于信号干扰的路由、基于链路质量的路由以及基于自适应路由的路由四种优化措施。
1.基于负载均衡的路由基于负载均衡的路由是指根据节点的负载情况来选择最优路径进行数据包传输，可以使网络资源的利用更加均衡，从而提高网络的吞吐量和稳定性。
实验三ZigBee协议实验
实验三ZigBee协议实验【实验目的】1、了解ZigBee 2007 协议栈操作系统的工作机制2、了解ZigBee 2007 协议栈应用程序框架的工作机制3、了解ZigBee 广播通信的原理4、掌握在ZigBee 网络中进行广播通信的方法5、了解ZigBee 组播通信的原理6、掌握在ZigBee 网络中进行组播通信的方法【实验设备】1、装有IAR 开发环境的PC 机一台2、物联网开发设计平台所配备的基础实验套件一套3、下载器一个【实验要求】1、广播通信实验要求：在GenericApp 应用程序框架下，编写程序，使得协调器周期性以广播的形式向终端节点发送数据“Coord Broadcast”（每隔5s广播一次），终端节点收到数据后，使开发板上的LED红灯状态翻转(如果LED原来是亮，则熄灭LED；如果LED原来是灭的，则点亮LED)，同时向协调器发送字符串“EndDevice received!”，协调器收到终端节点发回的数据后，通过串口输出到PC机，用户可以通过串口调试助手查看该信息。
设备：一个协调器，二个终端2、组播通信实验要求：在GenericApp 应用程序框架下，编写程序，使得协调器周期性的以组播的形式向路由器发送数据“Group1”（每隔5s发送组播数据一次），组内的路由器收到数据后，使开发板上的红色LED状态翻转(如果LED原来是亮，则熄灭LED;如果LED原来是灭的，则点亮LED)，同时向协调器发送自己的网络短地址和字符串“Router received!”，协调器收到路由器发回的数据后，通过串口输出到PC机，用户可以通过串口调试助手查看该信息。
设备：一个协调器，三个路由器，其中两个加入组，一个不加入组。
【实验原理】1.无线数据传输模式: 组播和广播（1）组播：主机之间“一对一组”的通讯模式，也就是加入了同一个组的主机可以接受到此组内的所有数据，网络中的交换机和路由器只向有需求者复制并转发其所需数据。
第三章ZigBee协议体系分析
从 体 来 Ｚ Ｂｅ 议 栈相 蓝 来讲， 简 许多１ ４ 因 总 上 看， ｉ ｅ协 堆 对于 牙 ｇ 要 单 ［［， 而 １１ １ ３ 最 的 片 格 对 蓝 也 便 许多４ 这也 ｉ ｅ联 推出 种 术 终 芯 价 相 于 牙 要 宜 ［ １ ＇ 是ＺＢｅ 盟 这 技 。 ｇ
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其调制流程图如图 ３ ． ４所示 从ＰＤ Ｐ Ｕ来的 一进制数 ２或４ｋ ｍ ｏ／ ３０ ０ｃｉ／ ０ ０ｓ ｂｌ ０ 或６０ｈ ｓ ｙ ｓ ｓ ｐｓ 已调 信号
图３ ８８ １Ｍ ｚ ． ６／ ５ Ｈ 频段调制图 ４ ９
３２ ｇｅ 之 ＭＣ ． ｉ Ｚ ｅ Ａ 层 Ｂ
ＭＣ Ａ 子层处理的事务是：接入到物理无线信道和负责下面的任务： ． 如果设备是协调器，它能产生网络信标。
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Ａ ｐｃｉ Ｓｐｏ Ｓｂ ｙｒ ｐｌａｏ ｕｐｒ ｌｅ ｉｔｎ ｔ ｕ ａ
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１ －ｔ ｙｔｎ ２ ｂ ｅｃ ｐｏ ８ ｉ ｎｒ ｉ
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Ｓａ ＭｅｈＣ ｕｔｒ ｒｅ ｔｒ ｓ／ ｌｓ － ｅ ／ ｅＴ
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无线通信在嵌入式系统中的应用讲座(28) ZigBee测试与协议分析
1.1 前言
ZigBee协议栈包括物理层协议[IEEE802.15.4]和上层软件协议[ZigBee 2007（以及其他的ZigBee网络协议）]，本文将从这两方面来了解这些协议，通过介绍如何捕获，如何理解关键参数，使得我们得以深层次剖析ZigBee技术，有了这些本质性的认识，对于分析解决无线产品应用问题，会有很大的帮助。
1.2 物理层分析
ZigBee的物理层为IEEE802.15.4标准所规定，定义了ZigBee底层的调制编码方式，这些规约大多是芯片设计者需要关心的，对于应用开发来说，我们更关心的是衡量一个芯片一个射频系统好坏的一个参数，在过去的文章中，我们了解过了输出功率，接收灵敏度和链路预算等参数，这一次我们更深入的去了解一个调制质量的参数：EVM。
EVM指的是误差向量（包括幅度和相位的失量），表征在一个给定时刻理想无误差基准信号与实际发射信号的向量差，如图1所示，从EVM参数中，我们可以了解到一个输出信号的：
⏹幅度误差；
⏹相位误差。
标准信号
矢量误差EVM
标准信号
图 1 矢量误差EVM示意图
EVM是衡量一个RF系统总体调制质量指标，定义为信号星座图上测量信号与理想信号之间的误差，它用来表示发射器的调制精度，调制解调器、PA、混频器、收发器等对它都会有影响。
图 2 EVM数据和眼图
了解完这个参数之后，我们看看实际测试中，是如何获取EVM参数的。
ZigBee物理层的测试，在产品研发、生产和维护阶段，分别使用以下三种仪器测试：1.产品研发阶段
要测量EVM参数，需要使用带协议解析的频谱仪，最好是自带相应协议插件的仪器i，可以使用安捷伦PXA N9030A频谱分析仪+8960B插件[选配了ZigBee分析插件]。
这些仪器可以测试出ZigBee调制信号的星座图，实时数据和眼图等信息，在芯片级开发过程中，需要考量高频电容电感以及滤波器等的单个及组合性能，特别需要注意的是ZigBee信号的临道抑制参数，利用PXA N9030A的高分辨率，可以查看点频的带外信号，这些细节在更换射频器件供应商时，需要仔细测量，一般数字电路抄板比较容易，因为器件性能的影响不是很大，只要值和封装对了就可以，但是射频前端的设计上，即使原样的封装、容值和感值，供应商不一样，射频参数也是不一样的，板材的选用也极大的影响着阻抗匹配，因此复制和再开发都有较大难度。
合格的测试工具，加上有质量保证的射频器件供应商资源，方能真正具备RF设计能力。
图 3 安捷伦PXA N9030A
2.批量生产阶段
在批量生产中，不可能将实验室的研发测试仪器搬到工厂，因此，需要便携小巧的测试设备，这时可用罗德与斯瓦茨公司的热功率探头，如NRP-Z22，做一个2.4Ghz的输出功率测试，保证能够输出公差允许的功率信号即可，因为在生产中，射频器件的焊接不良、馈线连接头的接触不良，都会造成输出功率的下降甚至消失。
需要注意的是，探头非常容易被静电损坏，必须要带上防静电手套进行操作，返修过程如需要经过德国，则时间长，经费也不便宜，不是很严重的损坏倒是可以在深圳维修中心处理。
图 4 罗德斯与瓦茨公司NRP-Z22
3.应用中
在现场出现问题时，ZigBee节点已经安装到现场，不能挨个拆下来测试，并且周围的电磁环境也是没办法在单个节点上检测到，这时就需要手持式的频谱仪进行现场勘查了，例如安捷伦公司的N9912A手持式频谱仪。
使用该频谱仪，可以完成无线系统设计初期的现场勘查工作，检测现场各个地点是否有异常电磁干扰，对于ZigBee来说，当然是检测是否有持续的WIFI信号干扰了。
同时，更为详细的现场勘查，还包括在定点进行数据发送，预期覆盖点进行信号强度分析，以实地评估墙体等障碍物的信号衰减，在已经架设好的ZigBee网络中，也可以检测信号覆盖，数据通讯是否正常等。
图 5 安捷伦公司的N9912A
除了以上三种场合的测试外，在调试时要用到的还包括具备信号录制功能的信号源，将接收到的ZigBee信号录制下来，以不同的输出功率进行“播放”，以测试模块的接收灵敏度，在必要的情况下，还需要专业的误码率测试仪，进行误码率测试。
1.3 应用层分析
在具备合格的硬件基础上，应用工程师往往更关心的是，我这些数据发出来了没有？信号强度是多少？仅仅检测到有数据发送，但是不知道是谁发给谁的，也不行，因此，在应用层的分析上，需要专门的ZigBee数据分析仪，通过捕获数据帧，我们可以看到数据帧中的每一个域的值，当然前提是数据没有采用AES128加密方式加密。
ZigBee分析软件拆分出数据包，分析软件会将数据包内容完整的呈现于Frame结构中，会在MAC PACKET结构中显示帧类型、源地址、目的地址、序列号和数据帧内容等，这个功能在调试ZigBee路由协议栈的时，或者在检测路由信息时，是非常必要的。
ZigBee Analyser是针对无线ZigBee模块开发的数据包分析仪设备，主要用于帮助用户捕获ZigBee通讯的数据包，用于数据分析，快速寻找ZigBee组网时出现的问题所在。
图 6 周立功公司ZigBee分析仪
Packet Analyzer软件
Packet Analyzer是运行在PC端，配合ZigBee Analyser分析仪的软件，由美国CEL 公司开发，对分析仪提供的数据进行解析，图形化显示，并能进行简单的信道能量扫描功能，如图7所示，分别是Packet Analyzer的帧列表界面、树形帧结构界面，信道能量检测界面和网络地图界面。
图7 Packet Analyzer功能界面
对于客户应用来说，只需要配备一台ZigBee分析仪就可以满足实际需求了，信号强度的检测可以通过发送模块通过射频电缆直接输出到分析仪的天线输入，可获得精度为1dbm 的信号强度指示。
1.4 结语
本文粗略的介绍了ZigBee无线产品在原理、设计、生产和现场调试当中应用到的检测技术，也从另外一个剖面去了解了ZigBee技术，俗话说，工欲善其事，必先利其器，我们看到，只要掌握了合适的测试设备和方法，应用ZigBee技术并不是非常困难的事情。
周立功公司应用文中提到的设备和产品，进行产品设计生产，将尽心竭力为客户提供极具竞争力的精品产品，同时也致力于ZigBee技术在国内的发展，为推动短距离无线通讯技术在市场中的应用做出自己微薄的贡献。
