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物联网嵌入式网关的研究及组网实现(毕业设计论文) - 图文

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山东科技大学本科毕业设计(论文)

④ Confirm:确认原语是从N层传递到N+1层,用以传递一个或多个先前相关的服务请求的结果。

2.2.4 ZigBee与其它无线技术比较

将ZigBee、GPRS/GSM、Wi-Fi、Bluetooth几种无线通讯的技术指标汇总成图2-4。与其他几种无线通讯技术相比而言,ZigBee具有低功耗、低价格、低数据传输速率、传输范围小和支持网络节点多的特点,较适合用于具有以下特点的工控领域:

(1)产品设备要求成本较低,传输的数据量较小;

(2)设备体积较小,不便放置较大的充电电池或者电源模块; (3)没有充足的电力支持,只能使用一次性电池;

(4)需要较大范围的通信覆盖,网络中的设备很多,但仅仅需要监测或控制。

只要符合上面的一条,就可以考虑使用ZigBee技术。 市场名称 标准 应用焦点 系统资源需求 电池寿命(天) 网络规模 频宽(KB/s) 传输距离(公尺) 成功因素 ZigBee 802.15.4 监控 4KB-32KB 100-1000+ 接近无限 20-250 1-100+ GPRS/GSM IXRTT/CDMA 广域网语言及数据传输 16MB+ 1-7 1 64-128+ 1000+ Wi-Fi 802.11b 互联网、电邮、视频传输 1MB+ 0.5-5 32 11000+ 1-100 Bluetooth 802.15.1 取代接线 250KB+ 1-7 7 720 1-10+ 高可靠性,低高覆盖、高质高速瓶、富弹低成本、方便成本、低功耗 量 性 性 图2-4 无线网络标准技术指标汇总比较

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2.3 TI Z-Stack协议栈

2007年1月,TI公司宣布推出ZigBee协议栈(Z-Stack),并于2007年4月提供免费下载版本V1.4.1。Z-Stack达到ZigBee测试机构德国莱茵集团(TUV Rheinland)评定的ZigBee联盟参考平台(Golden Unit)水平,目前已为全球众多ZigBee开发商所广泛采用。Z-Stack符合ZigBee 2006规范,支持多种平台,其中包括面向IEEE 802.15.4/ZigBee的CC2430片上系统解决方案、基于CC2420收发器的新平台以及TI公司的MSP430超低功耗微控制器(MCU)。

TI Z-Stack是TI公司的ZigBee协议实现,由ZigBee联盟鉴定符合ZigBee协议的平台。它主要包括以下几个方面:

1) HAL(硬件描述层) 2) OSAL(操作系统描述层) 3) ZigBeestaek+IEEE802.15.4MAC 4) 用户应用层

5) MT(支持通过串口与PC机进行通信)

ZigBee协议栈运行在一个称为OSAL的操作系统层上,所以要进行ZigBee开发必须熟悉OSAL。OSAL (操作系统描述层)基于任务调度机制,它是通过对任务的事件触发来实现任务调度。每个任务都包含若干个事件,每个事件都对应一个事件号。当一个事件产生时,对应任务的Event中该事件的标志位就被设置,这样事件调度就会调用相应的任务处理程序。OSAL中的任务可以通过任务API将其添加到系统中,可以实现多任务机制。

2010年5月推出的Z-Stack 2.3.1软件可与奥尔斯电子的 OURS-IOTV2平台协同工作,该平台基于TI的CC2530片上系统。该软件提供了其所支持的应用范例库,其中包括智能能源、家庭自动化以及无线下载 (OAD) 等

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功能。

● TI Z-Stack 软件架构

事实上,TI Z-Stack协议栈是基于一个轮转查询式操作系统的。 Z-Stack的main函数在ZMain.c中,总体上来说,它一共做了两件工作,一个是系统初始化,即由启动代码来初始化硬件系统和软件构架需要的各个模块,另外一个就是开始执行操作系统实体,如图2-5所示。

图 2-5 协议栈主要流程

★系统初始化

系统启动代码需要完成初始化硬件平台和软件架构所需的要的各个模块,微操作系统的运行做好准备工作,主要分为初始化系统时钟,检测芯片工作电压,初始化堆栈,初始化各个硬件模块,初始化FLASH存储,形成芯片MAC地址,初始化非易失变量,初始化MAC层协议,初始化应用帧层协议,初始化操作系统等十余部分。

★操作系统的执行

启动代码为操作系统的执行做好准备工作以后,就开始执行操作系统入口程序,并由此彻底将控制权交给操作系统,完成新老更替,自己则光荣地退出舞台。其实,操作系统实体只有一行代码:

Osal_start_system(); //no return from here

可以看到这句代码有句注释,意思是本函数不会返回,也就是说他是

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一个死循环,永远不可能执行完。即操作系统从启动代码接到程序的控制权之后,就大全在握,不肯再把这个权利拱手相让给别人了。这个函数就是轮转查询式操作系统的主体部分,他所做的就是不断地查询每个任务是否有事件发生,如果发生,执行相应的函数,如果没有发生,就查询下一个任务。

2.4 ZigBee开发基础

IEEE 802.15.4协议栈的结构基于开放式系统互联(OSI)的七层模型,每一层实现一部分通信功能,并向高层提供服务。

ZigBee协议栈是开发802.15.4/ZigBee技术必须的关键。本文采用TI免费协议栈,工具采用IAR Embedded Workbench for软件8051,在TI免费协议栈的基础上,通过修改其应用层来实现不同的功能。对于不同的项目来说,大部分的代码都是相同的,只是在用户应用层,添加了不同的任务及事件处理函数。无需改动Z-Stack核心代码,大大增加了项目的通用性和易移植性。

用户只需外加三个文件就可以完成一个项目。一个是主文件,存放具体的任务事件处理函数,一个是这个主文件的头文件,另外一个是操作系统接口文件(以Osal开头) ,是专门存放任务处理函数数组tasksArr[]的文件。ampleApp.c;SampleApp.h;Osal_SampleApp.c。

前面讲述了TI Z-Stack的软件架构,为了能进一步地利用Z-Stack协议栈开发实际的Zigbee项目,下面将介绍一些Zigbee的相关概念。

● 设备类型

在Zigbee网络中存在三种逻辑设备类型:协调器(coordinator),路由器(router)和终端设备(end-device)。Zigbee网络由一个协调器以及多个路由器和多个中断设备组成。

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