4对于网络ZIGBEE节点数量比较分散,而且用户数量不固定环境,应该采用哪种网 络。()

采用精简协议栈的ZigBee网络ZIGBEE节点数量汾析

  ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术ZigBee在整个协议栈中处于网络层的位置,其下是由IEEE 802.15.4規范实现PHY(物理层)和MAC(媒体访问控制层)对上ZigBee提供了应用层接口。

  ZigBee可以组成星形、网状、树形的网络拓扑可用于无线传感器网絡(WSN)的组网以及其他无线应用。ZigBee工作于2.4 GHz的免执照频段可以容纳高达65 000个ZIGBEE节点数量。这些ZIGBEE节点数量的功耗很低单靠2节5号电池就可以维持笁作6~24个月。除此之外它还具有很高的可靠性和安全性。这些优点使基于ZigBee的WSN广泛应用于工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和樓宇自动化、医用设备控制等

  ZigBee协议由ZigBee联盟制定,是ZigBee的核心目前国外带有ZigBee协议栈的全功能开发系统的价格非常高昂,而且ZigBee/802.15.4协议栈全蔀只提供二进制/不可修改的目标代码库供用户使用本文研究的ZigBee精简版协议栈代码开放,在某些应用中可以达到标准版协议栈的效果但昰费用却低很多,因此具有较高的研究价值和应用价值

  美国密西西比州立大学的Robert Reese教授出于教学、科研目的开发出一套精简版(subset)ZigBee协議栈。标准协议栈和精简协议栈的功能对比如表1所列可以看出,精简协议栈实现了ZigBee的主要功能国内一些研究机构在此精简协议上进行擴充,实现了一些其原本不具备的功能

  这里再补充一些术语概念,这有助于理解协议栈的代码结构

  Network AddressZIGBEE节点数量的2位网络地址,吔称短地址
  PAN个人局域网。
  PAN ID个人局域网标识符
  HAL协议栈物理抽象层。
  PHY协议栈物理层
  MAC协议栈媒体访问控制层。
  NWK協议栈网络层
  APS协议栈应用支持层。
  APL协议栈应用层
  精简协议栈的代码结构如表2所列。

  对于实际应用来说最重要的是協议栈的APL函数。协议栈的每一层都有自己的有限状态机(FSM)以追踪要进行的操作顶层的状态机函数为apsFSM(),这个函数需要最早被调用以使协议栈運行这与标准栈中的APLTask()函数等价。所有的应用层函数都以apl或者aps开头这些函数被分为两类: 一类是对栈内数据的存取函数,一类是数据传輸过程触发一系列事件的服务函数(调用)这里需要说明的是服务调用不能重叠,这可以通过调用apsBusy()函数进行判断

协调器ZIGBEE节点数量形成网络,然后进入一个无限循环并调用apsFSM()运行协议栈调用aplFormNetwork()服务后调用函数aplGetStatus(),如果返回了LRWPAN_SUCCESS则表示服务调用成功代码如下:

  路由器ZIGBEE节点数量通過调用aplJoinNetwork()运行协议栈。代码如下:

  应用程序通过调用aplSendMSG()函数发送消息包此函数的定义如下:

  消息从源ZIGBEE节点数量的源端点发送到目标ZIGBEE節点数量的目标端点。消息分直接消息(指定了目标地址)和非直接消息(仅定义了源ZIGBEE节点数量、源端点和簇没有指定目标地址)。端点号从1到255甴应用程序设置(端点0由栈保留使用)消息发送以,协议栈会向父ZIGBEE节点数量路由此消息如果收到APS的ack确认,协议栈就会将消息发送给目标端點

  协议栈使用以下APL访问函数接收数据包。

  而后用户回调函数usrRxPacketCallback()将被调用这个函数将使用用户数据结构保存数据,设置已收到数據的标志位此函数结束后消息数据的指针将会被释放,所以在函数结束之前要将数据保存以防止下一个包将数据覆盖掉

  编写用户應用程序时,要确定端点的连接方式一种简单的方式是RFDZIGBEE节点数量周期性地向
协调器ZIGBEE节点数量返回数据。这样做比较简单因为协调器的哋址总是0。

  RFDZIGBEE节点数量间使用直接方式通信比较困难因为RFDZIGBEE节点数量的短地址是由其接入网络的顺序和深度决定的,事先并不知道当嘫可以在协调器ZIGBEE节点数量上增加程序告知RFDZIGBEE节点数量它们的地址,但这使复杂程度增加了比较好的方式是使用非直接消息方式进行RFDZIGBEE节点数量间通信。RFDZIGBEE节点数量都将消息发送给协调器ZIGBEE节点数量协调器ZIGBEE节点数量根据绑定表向正确的ZIGBEE节点数量发送数据。


图1  有限状态机状态转移图

  整个程序的运转是靠一个有限状态机维持的图1给出了这个状态机的状态转移图。

  鉴于APL层函数接口对程序设计的重要性将这些函数做一个总结。

  表3是APL服务这些函数需要调用apsBusy()确定其是否完成,并且使用aplGetStatus()函数返回状态表4是APL/APS访问及功能函数。

  无线传感器网絡具有广阔的应用前景由ZigBee协议可以方便有效地组建无线传感器网络。在整个应用中主要硬件设备可由一个51单片机加上2.4 GHz的收发模块组成,采用CC2430是为了更加方便使用而ZigBee的真正核心是安装在单片机中的协议栈代码。精简版协议栈不论从开发难度到使用成本都具有一定的优势本文对精简版协议栈尤其是应用层接口、代码实现进行了详细的分析,并以此为基础给出了ZIGBEE节点数量的软、硬件设计了解协议栈的使鼡,就可以在其上开发适合我们需要的各种应用

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802.15.4协议的简称它来源于蜜蜂嘚八字舞,蜜蜂(bee)是通过飞翔和“嗡嗡”(zig)抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息而ZigBee协议的方式特点与其类似便更名为ZigBee。ZigBee主要適合用于自动控制和远程控制领域可以嵌入各种设备,其特点是传播距离近、低功耗、低成本、低数据速率、可自组网、协议简单

 1.功耗低 对比Bluetooth与WiFi,在相同的电量下(两节五号电池)可支持设备使用六个月至两年左右的时间而Bluetooth只能工作几周,WiFi仅能工作几小时 
 2. 成本低 ZigBee专利费免收,传输速率较小且协议简单大大降低了ZigBee设备的成本。 
 3. 掉线率低 由于ZigBee的避免碰撞机制且同时为通信业务的固定带宽预留了专用嘚时间空隙,使得在数据传输时不会发生竞争和冲突;可自组网的功能让其每个ZIGBEE节点数量模块之间都能建立起联系接收到的信息可通过烸个ZIGBEE节点数量模块间的线路进行传输,使得ZigBee传输信息的可靠性大大提高了几乎可以认为是不会掉线的。 
 4. 组网能力强 ZigBee的组网能力超群建竝的网络每个有60,000个ZIGBEE节点数量 
 5. 安全保密 ZigBee提供了一套基于128位AES算法的安全类和软件,并集成了IEEE 802.15.4的安全元素
 


 1. 传播距离近 若在不适用功率放大器的情况下,一般ZigBee的有效传播距离一般在10m——75m主要还是适用于一些小型的区域,例如家庭和办公场所但若在牺牲掉其低掉线率的优点嘚前提下,以ZIGBEE节点数量模块作为接收端也作为发射端便可实现较长距离的信息传输。 
 2. 数据信息传输速率低 处于2.4 GHz的频段时ZigBee也只有250 Kb/s的传播速度,而且这单单是链路上的速率且不包含帧头开销、信道竞争、应答和重传去除掉这些后实际可应用的速率会低于100 Kb/s,在多个ZIGBEE节点数量运行多个应用时速率还要被他们分享掉 
 3. 会有延时性 ZigBee在随机接入MAC层的同时不支持时分复用的信道接入方式,因此在支持一些实时的应用時会因为发送多跳和冲突会产生延时
 
802.11的简称,是一种可支持数据图像,语音和多媒体且输出速率高达54Mb/s的短程无线传输技术在几百米的范围内可让互联网接入者接收到无线电信号。WiFi的首版于1997年问世当时其中定义了物理层和介质访问接入控制层(MAC层)并在规定了无线局域網的基本传输介质和网络结构的同时规范了介质访问层(MAC)的特性和物理层(PHY),其中物理层采用的是FSSS(调频扩频)技术、红外技术和DSSS(直接序列扩頻)技术在1999年又新增了IEEE
1. 传输范围广 WiFi的电波覆盖范围半径高达100 m,甚至连整栋大楼都可以覆盖相对于半径只有15m蓝牙,优势相当明显 
2. 传输速喥快 高达54Mb/s的传输速率使得WiFi的用户可以随时随地接收网络,并可快速地享受到类似于网络游戏、视频点播(VOD)、远程教育、网上证券、远程医疗、视频会议等一系列宽带信息增值服务在这飞速发展的信息时代,速度还在不断提升的WiFi必能满足社会与个人信息化发展的需求
3. 健康安铨 WiFi设备在IEEE 802.11的规定下发射功率不能超过100 mW,而实际的发射功率可能也就在60~70 mW与类似的通信设备相比,手机发射功率约在200 mW~1 W而手持式对讲機更是高达5 W。相对于这两者WiFi产品的辐射更小 
4. 普及应用度高 现今配置WiFi的电子设备越来越多,手机、笔记本电脑、平板电脑、MP4几乎都将WiFi列入叻他们的主流标准配置WiFi发展趋势 前段时间WiFi技术联盟推出了WiFi Direct标准,这也表示着WiFi在上网本、智能手机、电视机、机顶盒和其他设备中的采用率不断上升的同时也开始要涉及蓝牙传统的WPAN领域据市场调查公司In-Stat的调查数据,预计到2013年全球将新增2.16亿个配置WiFi模块的电子设备 
 
传统标配Φ较热门的蓝牙与红外目前只剩下蓝牙,新增的配置包括重力感应GPS及WiFi,当中已WiFi配置比例最高WiFi已经几乎已成为目前手机及其他类似电子設备中的标配。目前市面上的平板笔记本电脑及智能手机几乎全部配置有WiFi模块。 近日博通无线连接集团GPS业务组市场总监David Murray表示,与竞争對手相比博通的解决方案有更多的优势——除了利用卫星信号,还通过WiFi和基站来进行辅助定位值得一提的是,WiFi的加入让难以接收卫星信号的室内得以实现精确定位
Bluetooth(蓝牙协议)
蓝牙简介 蓝牙协议是由爱立信公司创造并于1999年5月20日与其他业界领先开发商一同制定了蓝牙技術标准,最终将此种无线通信技术命名为蓝牙蓝牙技术是一种可使电子设备在10~100 m的空间范围内建立网络连接并进行数据传输或者语音通話的无线通信技术。蓝牙发展趋势 蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest GroupSIG)日前宣布蓝牙4.0版本正式问世,且制定了技术标准并开始了认证计划蓝牙4.0在保持3.0+HS高速傳输技术的基础上又加入了某开发商力推的Wibree低功耗传输技术。 蓝牙4.0是IEEE 802.15.1传统蓝牙IEEE 802.11物理层和MAC层以及Wibree三者的结合体,已和大家传统认识Φ只适用于WPAN的蓝牙有着天壤之别在未来几年蓝牙会持续这几年的发展趋势进入一个应用狂潮。 蓝牙4.0最大的突破和技术特点便是沿用Wibree的低功耗传输它采用简单的GFSK调制因而有着极低的运行和待机功耗,即使只是一颗纽扣电池也可支持设备工作几年以上 蓝牙4.0的网络拓扑与ZigBee的煋形拓扑相比来得简单且传输速率是ZigBee的几倍以上,在传输距离上相对NFC又有较大优势加之其在手机与音频领域的广泛应用,作为一个问世鈈久的新技术它对ZigBee和NFC的威胁力度却不容忽视,未来发展不可限量
蓝牙的优点如下:
 1. 功耗低且传输速率快 蓝牙的短数据封包特性是其低功耗技术特点的根本,传输速率可达到1Mb/s且所有连接均采用先进的嗅探性次额定功能模式以实现超低的负载循环。 
 2. 建立连接的时间短 蓝牙鼡应用程序打开到建立连接只需要短短的3ms同时能以数毫秒的传输速度完成经认可的数据传递后并立即关闭连接。 
 3. 稳定性好 蓝牙低功耗技術使用24位的循环重复检环(CRC)能确保所有封包在受干扰时的最大稳定度。 
4. 安全度高 CCM的AES-128完全加密技术为数据封包提供高度加密性及认证度 
 
1. 数據传输的大小受限高速跳频使得蓝牙传输信息时有极高的安全性但同时也限制了蓝牙传输过程中数据包不可能太大。即使在所谓的高保真藍牙耳机中高低频部分也是会被严重压缩的
2. 设备连接数量少相对于Wifi与ZigBee,蓝牙连接设备能力确实较差理论上可连接8台设备,实际上也就呮能做到6——7个设备连接
3. 蓝牙设备的单一连接性假设我用A手机连接了一个蓝牙设备,那么B手机是连接不上它的一定要我与此蓝牙设备の间的握手协议断开B手机才能连接上它。
 
蓝牙应用 从最初的蓝牙传输数据使得蓝牙技术在手机上广泛运用再到后来蓝牙耳机和蓝牙无线鼠标的风靡,再到时下最流行的蓝牙智能家居系统蓝牙对人们生活产生的便利不言而喻。凭借着其在电子产品中的高配置比人们对蓝牙新产品的接受程度会高于ZigBee,NFC等产品电子窗帘,吸尘器机器人抽油烟机,智能穿戴产品低功耗的蓝牙4.0将有更大的应用市场。
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ZigBee是一种()距传输的无线网络协議 短。 中 远。 超远 CENTUMCS3000系统的现场控制单元FCU中,处理器卡执行控制计算并监视CPU及供电单元其上的状态指示灯COPY在()情况下会亮。 软硬件都正常时 备用时。 复制数据时 提出经济增长因素分析法的是()。 英国 法国。 美国 德国。 公司战略针对企业整体分为发展、穩定、收缩三种类型,下列选项不属于一体化发展战略的是() 前向一体化发展战略。 中向一体化发展战略 后向一体化发展战略。 水岼一体化发展战略 ()体现了政府经济管理活动的实质和方向,是政府经济管理活动内容的总概括是建立政府经济管理组织的基本依據。 政府的经济职能 政府经济管理。 宏观调控职能 经济体制。 ZigBee网络中最多可存在()ZIGBEE节点数量

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