zigbee学习笔记---入门

首先，本人是一名在读本科生，因为要参加本年度的物联网比赛，故需要掌握一定的Z-Stack知识。一周前本人对Z-Stack了解是完全空白，当时连什么是ZigBee都没听说过，不过本人是本校的物理实验室的常驻人员，有一定的单片机基础。经过近一周的学习现在对Z-Stack也只能说是刚刚入门，把自己的学习笔记分享出来，也算给广大菜鸟级入门童鞋一些参考的东西吧。由于本人本来是做海洋类开发的，兼顾单片机嵌入式系统的学习，所以基础知识各方面不比各位程序员，有些稚嫩，甚至可能有些错误，让大家见笑了，也只能是给如我一般的菜鸟入门的时候做一个参考吧。
       好，闲话少叙，下面是我的学习笔记。

一、        基础定义及知识。1、        何为ZigBee,与普通的RF技术有何区别？
ZigBee是一种具有低成本低复杂度低功耗的小范围低速率的无线传输技术。
相对于普通的RF技术，其重要的特点是;
(1) 低功耗，速率低数据量少。、
（2）自组织网络，可适应网络拓扑结构动态变化。
（3）高可扩充，在有协调器加入的情况下，最高可达65535个ZigBee节点。

2、何为IEEE 802.15.4，其特点。
   是ZigBee无限传感器网络通信标准，具有短距离（10m），低功耗，低速率，低成本的特点，支持单跳星形（10m内）和多跳对等（>10m）两种网络拓扑。

3、何为Z-Stack？
   Z-Stack是TI公司开发的ZigBee协议栈，并且经过了ZigBee联盟的认可而为全球众多开发商所广泛采用。Z-Stack实际上是帮助程序员方便开发ZigBee的一套系统，它采用轮转查询式操作系统，包括两个主要流程（如图）：系统初始化和执行操作系统。系统初始化完成后，就进入执行操作系统，并且在其中是一个死循环。执行操作系统中主函数即为轮询式操作系统的主体部分，也是我们需要重点开发、调用、掌握的部分。欲知其详，且听下文分解。

有关第一部分的题外话，笔者在学习的时候，还是详细看了ZigBee概述和IEEE 802.15.4通信标准的，不过事后发现，如果只是想达到能调用Z-Stack中的函数进行简单的程序编写，尤其像我们这样为了比赛而准备的短期突击学习来说，并没有太大必要去详细了解这些标准，不过看了这些标准之后，的确会对后面的学习有些帮助。另，为了能看懂一些Z-Stack资料，需要知道很多的名词定义和缩写，这部分我就放在了第四章，如果有看不懂的地方，可以先跳到第四章查询。


二、开发Z-Stack须知。

1、ZigBee的体系，数据及管理的方式和方向。ZigBee网络构架。
 

上图是ZigBee协议的体系结构。

上图是zigbee网络构架。黑色是协调器，红色是路由器，白色是终端设备。协调器是网络核心、不休眠、FFD，路由器是接力和扩展信号传输范围、不休眠、FFD，终端可选择睡眠或唤醒、可FFD或RFD。

2、Z-Stack在开发ZigBee中起到的作用，使用Z-Stack开发ZigBee我们需要做什么？
   如刚才的ZigBee协议体系图所示，ZigBee中包括很多的层和各个层之间的数据管理信息传输。如此庞大的体系，如果人为手动编写程序将是一个很浩大的工程。而Z-Stack则在其系统中为我们提供了详细的各个子模块的工作程序。那么我们在开发ZigBee项目的时候，其实我们只需要添加三个文件：主文件，主文件的头文件，操作系统接口文件。
 

3、Z-Stack轮询结构函数工作方式及顺序。
下图是轮询结构工作流程图。进入轮询结构后，Z-Stack开始根据处理任务的优先级一级级向下查询是否有任务要执行，如果需要，就调用该任务的子函数，如果没有就继续询问，最后再循环。这就是轮转查询结构。
 



第二章题外话：如果说第一章基本是科普的话，是为了让行外人也知道我们在干嘛，那么第二章就是在对行内人科普，我在这一阶段的学习基本就是为了搞懂，对于Z-Stack，我到底要从何处下手，到底那些是需要我修改编译的，哪些是可以直接引用的。而真正开始开发，是在第三章。




三、Z-Stack学习，调用，修改，开发。        


1、各层文件意义。
 
（1）        APP：应用层目录，即我们需要开发修改的部分。
（2）HAL：硬件层目录。    （3）MAC：MAC层目录。
（4）MT：监控调试层目录。  （5）NWK:网络层目录。
（6）OSAL：协议栈的操作系统。（7）Profile：AF层目录。
（8）Security：安全层目录。    
（9）Services：设备地址处理函数目录。
（10）Tools：工程配置目录。 （11）ZDO：ZigBee设备对象。
（12）ZMac：Z-Stack MAC导出层接口文件。
（13）ZMain：项目入口函数，对外控制接口函数。
（14）Output：输出文件目录。

2、PANID设定。
   若ZDAPP_CONFIG_PAN_ID值不为0xFFFF时，PANID由其指定，若ZDAPP_CONFIG_PAN_ID为0xFFFF，那么设备将随机加入网络。
通过选择DEFAULT_CHANLIST不同的值可以选择不同频道。
Tools\CC2530DB目录下的f8wConfig.cfg文件中有相应设置。
 



第三章题外话：目前笔者还在处于学习如何修改APP目录下函数的阶段，虽然有些笔记也做了，但是还无法确定是否正确，就不拿出来误人子弟了。可能已经发出来也有错误，还请大家多多指正，如果反响还不错的话，我会继续更新的。


四、细节知识、名词解释及备注。


1、ZigBee是树寻址，PRO是随机寻址，PRO更适用于变动的网络，如由多个移动终端组成的网络。只有PRO可以支持多对一路由选项。大多数情况下，ZigBee和ZigBee PRO无法在同一网络上同时使用。

2、        自我组态功能：让系统中所有的节点，根据现场的网络讯号状态决定要加入的父节点。

3、描述符：ZigBee网络中的所有设备都有一些描述符，用来描述设备类型和应用方式。描述符的定义和创建配置项在文件ZDOCConfig.h和ZDOConfig.c中完成。


备注：PHY：物理层   MAC：媒体介质访问层    NWK：网络层     APL：应用层 
APS:应用支持子层  AF：应用框架  KVP：键值对服务类型  MSG：报文服务类型
      LR-WPAN：低速率无限个人区域网 DSSS：直接序列扩频 ISM：工业科学医学频段
      CSMA-CA：碰撞避免   GTS：保证时隙    ID：个人域网选择信道和识别符
      SAP：服务接入点 MCPS：数据传输服务 MLME：管理服务 NLDE：数据服务实体
      NLME：管理服务实体   NIB：网络层信息数据库    MLDE：MAC子层数据服务  
      ZDO：ZigBee设备对象   FFD：全功能设备  RFD：精简功能设备
          API：应用程序编程接口   HAL：硬件抽象层



再来个题外话：本人的确是从零开始，所以看到这么简单和初级东西请不要笑我。而且本人也不知道文章中是否有错误瑕疵，如果有，还请大家多多指正，互相帮助共同进步。由于本人近日也在准备比赛而赶进度，所以笔记略显简洁和潦草，日后我会更加丰富和完善一下。如果大家觉得还不错的话，我会继续更新。另外，请注重版权意识，转载请注明出处。
                                                                      ————上海海洋大学A421实验室  小左同学

ZigBee网络示意图.jpg (12.75 KB, 下载次数: 2)