ZigBee网络设置基础实验

一、实验目的

1、学习和掌握IAR软件的安装。

2、学习和掌握ZigBee协议栈在IAR软件开发环境中的应用。

二、实验设备

（1）硬件设备

● PC机一台；

● CC2530-DEBUG仿真器一台；

● ZigBee通信模块（插接在传感器模块的ZigBee通信模块）；

● ZigBee协调器（插接在嵌入式网关或PC机上的ZigBee通信模块）。

（2）软件工具

● IAR Embedded Workbench Evaluation for 8051 8.10版；

● PL2303-USB转串口驱动程序；

●串口调试软件4.5。

三、实验原理及关键知识点

3.1 ZigBee网络设备

ZigBee网络有三种逻辑设备类型，即协调器(Coordinator)、路由器(Router)和终端设备

(End-device)。一般情况下一个ZigBee网络由一个协调器节点、若干个路由器节点和若干个终端节点组成（星形网络拓扑结构除外）。

（1）协调器（Coordinator）

协调器的作用是创建和维护ZigBee网络，也是形成网络的第一个设备。ZigBee网络中的协调器与路由器和终端的硬件电路并无区别，只是其软件设置有所不同。

协调器的设置内容包含网络拓扑结构、信道和网络标识（即网络号PAN ID），也可使用默认值而省略设置，然后开始启动这个网络（各个节点上电即为启动）。一旦启动网络，在与协调器的有效通信距离范围内且设置为相同网络标识和信道的路由器和终端就会自动加入这个网路。

注意:协调器的主要作用是建立和设置网络。网络一旦建立完成，该协调器的作用就与路由器节点相同，甚可以退出着这个网络（仅限于树形和网形网络）。

（2）路由器（Router）

路由器是在网络中起支持关联设备的作用，实现其它节点的消息转发功能。ZigBee的树形网络和网形网络可有多个ZigBee路由器，ZigBee的星形网络不支持路由器。

路由器功能如下：

i) 使其子树中的设备（路由器或终端）加入这个网络；

ii) 路由；

iii)辅助其子树终端的通信。

（3）终端（End-device）

ZigBee终端节点是具体执行数据传输的设备，不能转发其它节点的消息。因此，在不发射和接收数据时可以休眠，所以它可作为电池供电节点。

ZigBee网络的拓扑结构

ZigBee网络有三种网络拓扑结构，即星形网络拓扑结构、数形网络拓扑结构和网形网络拓扑结构，三种网络结构的特点和优缺点已在ZigBee概述及基础实验进行了介绍，本实验不再赘述。本实验的任务是熟悉和掌握网络的设置并根据实验箱的硬件条件建立一个小型的ZigBee星形网络和一个小型的ZigBee树形网络。

信道的分配

ZigBee有三种频带，分别是用于欧洲的868MHz、用于美国的915MHz以及全球通用的2.4GHz，不同频带拥有不同的速率，分别提供了20kbps（868MHz）、40kbps（915MHz）和250kbps（2.4GHz）的原始数据吞吐率。由于三个频带的物理层不相同，其各自信道带宽也不相同，分别为0.6MHz, 2MHz和5MHz。并

表5-1

表5-1所列某个信道的中心频率按如下公式定义(x为信道数):

f = 868.3 MHz(x=0)

c

f = 906 MHz + 2(x-1) MHz (x=1,2, (10)

c

f = 2405 MHz + 5(x-11) MHz (x=11,12, (26)

c

网络号（PAN ID）的设置

PAN ID是一个16位的标识，PAN ID也称为网络地址（也称为个人局域网识别标志），设置范围为0X0000～0xFFFF。

ZigBee无线网络的协调器是通过选择网络工作信道和网络号（PAN ID）启动一个ZigBee无线网络。如果未设置网络号，PAN ID的默认值为0xFFFF，事实上会随机产生一个网络号并建立网络。如果设置为一个非0xFFFF网络号，则按照设定的网络号建立网络。

当ZigBee无线网络的路由器或终端的网络号设置为默认的0xFFFF时，此节点会自动加入附近现有的网络。如果将某节点设定为一个非0xFFFF的网络号，则该节点会加入相同网络号的网络（前提条件是在有效通信距离内确有此网络）。

需要注意的是，所设置的同一个网络中的各种设备（协调器、路由器或终端）的网络号必须一致，各个设备的信道号必须一致（此时网络号和信道号可选用不同的数值）。如果各设备的网络号不一致（网络号为0xFFFF除外）或信道号设置不一致，设备将不能加入到该网络中。

网内地址（也叫短地址）的分配方式

表5-2

当设备加入网络时，按照一定的算法计算得到并分配给加入网络的设备。

ZigBee无线网络的地址分配机制（原理）

ZigBee有两种地址分配方式：分布式分配机制（也叫ZigBee特性集）和随机分配机制（也叫ZigBee-Pro 特性集）。