Zigbee网络组网研究与实现

大连理工大学硕士学位论文 4.2CC243O无线单片机简介.................................................................................……27 4.2.1CC2430芯片的主要特点...................……、............................................……27 4.2.2CC243O内部结构..................................................................................……28 4.2.3CC243O外围参考电路....... ...................................................................……29 4.3无线收发模块设计....……‘.……，.......……，......……，，.，…，............……，.……，..........……30 4.3.1无线收发模块设计原理及功能............................................................……30 4.3.22.4GHz微带天线参考设计..................................................................……31 4.3.3巴伦(Balun)参考设计......................................................................……犯 4.4无线测试模块设计...........................................................................................……33 4.4.1无线测试模块设计原理及功能..…，.，…，，……，.......................................……33 4.4.2供电电路设计..……，..................……，.................……，..............................……34 4.4.3RS232串口转换电路设计....................................................................……35 4.5节点硬件实现.............……，...................................……，.....................................……35 5基于MSSTATE_LRWPAN协议栈的Zigbee网络组网实现..................................……37 5，l基于 MSSTATELRWPAN协议组网概述....................................................……37 5.2MSSTATELRWPAN协议栈分析与设计.....................................................……38 5.2.1MSSTATELRWPAN协议栈实现机制..............................................……38 5.2.2协议数据包格式....................................................................................……44 5.2.3协议栈数据存储空间分配....................................................................……45 5.2.4短地址冲突与非关联检测处理............................................................……46 5.2.5MSSTAT几LRWPAN协议与Zighee标准的不兼容性.....................……47 5.3Zigbee树路由算法的实现...............................................................................……47 5.4基于RS232串口通信的节点应用程序设计..................................................……48 5.5PC机与协调器节点通信约定.........................................................................……51 5.6WINDOWS平台下的PC绑定程序分析与设计...........................................……53 5.6.1windows环境下的PC绑定应用程序..................................................……53 5.6.2PC绑定程序界面及功能简介..............................................................……54 5.7网络组网测试...................................................................................................……57 5，7.1节点性能参数测试................................................................................……57 5.7.2网络性能参数测试................................................................................……58 5.7.3节点数据多跳传输测试........................................................................……59 总结与展望........................................................................................................................……62 厉 1绪论............................................................................................................................……2 1.1Zighee技术概述.................................................................................................……2 1.2课题背景及国内外研究概况...............................................................……，.......……2 1.2.1课题背景......................................................................................……，.....……2 1.2.2国内外研究概况.........……，.，..……，二，................……，...............................……3 1.3本论文主要工作...................................................................................................……4 2Zighee标准与Zighee技术应用前景...............................................................……，.....……5 2.1Zighee标准概述.................................……，.........................................................……5 2.1.1IEEE802.巧.4亿igbee标准简介..............................................................……5 2.1.2Zigbee标准中关键概念描述，…，.............................................................……5 2.2Zigbee协议栈架构.......................................................……，...............................……7 2.2.1Zighee协议栈架构..................................................................................……7 2.2.2原语概念..........................................................................................……、..…12 2.3Zigbee网络数据传递机制...............................................................................……13 23.1网络寻址规定……，.................................................................................……13 2.3.2网络中的数据传递机制........................................................................……14 2.4Zighee技术应用前景.............................……，........……，.…，......……，.........……，.……巧 3Zigbee网络组网方案.……，..........................................................................................……17 3.1组网方案概述....……，.............................................................................……，......……17 3.2Zigbee网络拓扑...............................................................................................……17 3.2.1Zigbee网络拓扑概述...............................................................................……17 3.22Zighee网络拓扑结构...............................................................................……18 3.3Zigbee组网流程........................................................................................……，……22 3.4Zighee树路由算法....................……，.……，二，…，.....……，.…，................................……23 4Zigbee网络节点硬件设计................................……，...................................................……27 4.1Zighee网络节点硬件设计概述..............................................................……，.，……27 芍- zighee网络组网研究与实现 参考文献..........................……，...........................................................................................……64 附录 APCB微带天线参数测量结果...........................................................................……66 附录B元器件清单........................................................................................................……67 附录C电原理图............................................................................................................……69 附录 DPCB图...............................................................................................................……71 攻读硕士学位期间发表学术论文情况............................................................................……73 致谢................................................................................................................................……74 大连理工大学学位论文版权使用授权书........................................................................……75 ...................................................................……29 4.3无线收发模块设计....……‘.……，.......……，......……，，.，…，............……，.……，..........……30 4.3.1无线收发模块设计原理及功能............................................................……30 4.3.22.4GHz微带天线参考设计..................................................................……31 4.3.3巴伦(Balun)参考设计......................................................................……犯 4.4无线测试模块设计...........................................................................................……33 4.4.1无线测试模块设计原理及功能..…，.，…，，……，.......................................……33 4.4.2供电电路设计..……，..................……，.................……，..............................……34 4.4.3RS232串口转换电路设计....................................................................……35 4.5节点硬件实现.............……，...................................……，.....................................……35 5基于MSSTATE_LRWPAN协议栈的Zigbee网络组网实现..................................……37 5，l基于 MSSTATELRWPAN协议组网概述....................................................……37 5.2MSSTATELRWPAN协议栈分析与设计.....................................................……38 5.2.1MSSTATELRWPAN协议栈实现机制..............................................……38 5.2.2协议数据包格式....................................................................................……44 5.2.3协议栈数据存储空间分配....................................................................……45 5.2.4短地址冲突与非关联检测处理............................................................……46 5.2.5MSSTAT几LRWPAN协议与Zighee标准的不兼容性.....................……47 5.3Zigbee树路由算法的实现...............................................................................……47 5.4基于RS232串口通信的节点应用程序设计..................................................……48 5.5PC机与协调器节点通信约定.........................................................................……51 5.6WINDOWS平台下的PC绑定程序分析与设计...........................................……53 5.6.1windows环境下的PC绑定应用程序..................................................……53 5.6.2PC绑定程序界面及功能简介..............................................................……54 5.7网络组网测试...................................................................................................……57 5，7.1节点性能参数测试................................................................................……57 5.7.2网络性能参数测试................................................................................……58 5.7.3节点数据多跳传输测试........................................................................……59 总结与展望........................................................................................................................……62 厉 1绪论............................................................................................................................……2 1.1Zighee技术概述.................................................................................................……2 1.2课题背景及国内外研究概况...............................................................……，.......……2 1.2.1课题背景......................................................................................……，.....……2 1.2.2国内外研究概况.........……，.，..……，二，................……，...............................……3 1.3本论文主要工作...................................................................................................……4 2Zighee标准与Zighee技术应用前景...............................................................……，.....……5 2.1Zighee标准概述.................................……，.........................................................……5 2.1.1IEEE802.巧.4亿igbee标准简介..............................................................……5 2.1.2Zigbee标准中关键概念描述，…，.............................................................……5 2.2Zigbee协议栈架构.......................................................……，...............................……7 2.2.1Zighee协议栈架构..................................................................................……7 2.2.2原语概念..........................................................................................……、..…12 2.3Zigbee网络数据传递机制...............................................................................……13 23.1网络寻址规定……，.................................................................................……13 2.3.2网络中的数据传递机制........................................................................……14 2.4Zighee技术应用前景.............................……，........……，.…，......……，.........……，.……巧 3Zigbee网络组网方案.……，..........................................................................................……17 3.1组网方案概述....……，.............................................................................……，......……17 3.2Zigbee网络拓扑...............................................................................................……17 3.2.1Zigbee网络拓扑概述...............................................................................……17 3.22Zighee网络拓扑结构...............................................................................……18 3.3Zigbee组网流程........................................................................................……，……22 3.4Zighee树路由算法....................……，.……，二，…，.....……，.…，................................……23 4Zigbee网络节点硬件设计................................……，...................................................……27 4.1Zighee网络节点硬件设计概述..............................................................……，.，……27 芍- zighee网络组网研究与实现 参考文献..........................……，...........................................................................................……64 附录 APCB微带天线参数测量结果...........................................................................……66 附录B元器件清单........................................................................................................……67 附录C电原理图............................................................................................................……69 附录 DPCB图...............................................................................................................……71 攻读硕士学位期间发表学术论文情况............................................................................……73 致谢................................................................................................................................……74 大连理工大学学位论文版权使用授权书........................................................................……75