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学 号 1207040208
电子系统综合设计
课程设计说明书
Zigbee协议栈的研究
起止日期： 2015年12月7日 至 2015年12月31日
学班成
生姓名 级 绩
刘浩男 12电信2班
指导教师(签字)
计算机与信息工程学院电子信息工程系
2015年12月31日
天津城建大学
课程设计任务书
2015—2016学年第1学期
计算机与信息工程学院电子信息工程 系 电子科学与技术 专业2班级 课程设计名称： 电子系统综合设计 设计题目：Zigbee协议栈的研究
完成期限：自 2015年12月7 日至2015年12月 31 日共4 周 一．课程设计依据
在掌握常用通信原理和网络技术的基础上，根据所学知识利用CC2530芯片、IAR EW8051软件，实现对IEEE802.15.4协议和Zigbee协议的研究。 二．课程设计内容
1.完成对IEEE802.15.4协议PHY层和MAC层的研究； 2.完成对Zigbee协议NWK层和APL层的研究；
3.基于IAR EW8051软件简要叙述Z-Stack+OSAL的实现方法。 三．课程设计要求
1. 要求独立完成设计任务。
2. 课程设计的说明书要求简洁、通顺，计算正确，图纸表达内容完整、清楚、规范。
3. 测试要求：用IAR EW8051进行简要程序框架的设计。 4. 课设说明书要求：
1) 说明题目的设计原理和思路、采用方法及设计流程。 2) 对协议各子层的功能以及各子层之间的关系作明确的描述。 3) 对实验和调试过程，简要程序的框架进行说明和分析。 4) 包含系统框图、各子层框图、软件使用方法、C程序设计。
指导教师（签字）： 系 主任（签字）：
批准日期： 2015 年 12 月 3 日
目 录
第一章 Zigbee协议概述 .......................................................................................................... 1
1.1 Zigbee联盟的由来 ....................................................................................................... 1 1.2 Zigbee技术概述 ........................................................................................................... 1 1.3 Zigbee网络体系结构 ................................................................................................... 2
1.3.1 功能类型 ............................................................................................................ 2 1.3.2 节点类型 ............................................................................................................ 2 1.3.3 拓扑结构 ............................................................................................................ 2 1.3.4 工作模式 ............................................................................................................ 3 1.4 Zigbee协议结构 ........................................................................................................... 4 第二章 Zigbee协议浅析 .......................................................................................................... 6
2.1 PHY层 .......................................................................................................................... 6
2.1.1 服务规范 ............................................................................................................ 6 2.1.2 帧格式（PPDU） .............................................................................................. 7 2.2 MAC层 ......................................................................................................................... 7
2.2.1 服务规范 ............................................................................................................ 8 2.2.2 帧格式（MPDU） ............................................................................................ 8 2.3 NWK层 ........................................................................................................................ 9
2.3.1 服务规范 .......................................................................................................... 10 2.3.2 帧格式（NPDU） ........................................................................................... 10 2.4 APL层 ......................................................................................................................... 11
2.4.1 APS子层 ........................................................................................................... 11 2.4.2 ZDO（ZigBee设备对象层） .......................................................................... 12 2.4.3 应用框架对象 .................................................................................................. 12
第三章 Z-Stack+OSAL简介 .................................................................................................. 13
3.1 协议中文件结构 ........................................................................................................ 14 3.2 任务事件建立和处理程序 ........................................................................................ 16 3.3 任务消息传递 ............................................................................................................ 18 3.4 任务响应运行过程 .................................................................................................... 19 3.5 设置定时轮循方法 .................................................................................................... 20 3.6 问题与措施 ................................................................................................................ 21 第四章 总结 ............................................................................................................................ 21 参考文献 .................................................................................................................................. 22
第一章 Zigbee协议概述
随着无线网络市场对网络的高效性及标准化的需求日益增长，ZigBee协议作为一种支持低速率、低功耗、安全可靠的无线网络标准应运而生。它是目前远程监控传感网络应用领域唯一的标准化技术，还处于不断成长与发展中，但已显示出强大的生命力。
1.1 Zigbee联盟的由来
2000年12月IEEE成立了IEEE802.15.4工作组。这个工作组致力于定义一种提供廉价的固定、便携或者移动设备使用的低复杂度、低成本、低速率的无线连接技术。ZigBee是这种技术的商业化命名。ZigBee来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜂群通过跳ZigZag形状的舞蹈来分享所发现食物的具体的位置、距离和方向等信息。
IEEE802.15.4工作组主要负责制定物理层和MAC层协议，其余协议主要参照和采用现有的标准，高层应用、测试和市场推广等方面的工作将由ZigBee联盟负责。2002年ZigBee联盟正式成立，她由英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司等组成，如今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备开发商和制造商的加入。ZigBee联盟负责制定网络层及以上层协议。
1.2 Zigbee技术概述
ZigBee协议栈的体系结构是基于标准开放网络互联（OSI）七层协议模型，IEEE802.15.4-2003标准定义了较低的两层：物理层（PHY）和媒体接入控制子层（MAC），ZigBee联盟定义了网络层（NWK）和应用层结构。ZigBee应用层包括应用支持子层（APS），ZigBee设备对象（ZDO）和制造商定义的应用对象。
IEEE802.15.4-2003有三个PHY层，包括单个分离的频率范围：868MHz、915MHz和2．4GHz。低频率Pay层包括868MH欧洲频段和915MHz美国和澳大利亚频段，高频率PHY层是全球通用的。
IEEE802.15.4-2003 MAC子层控制使用CSMA-CA机制接入到无线信道，它的职责还包括传输信标帧，同步和提供可靠传输机制。
ZigBee NWK层的责任包括节点加入和离开网络所用的机制、应用帧安全机制和路由机制。两个设备之间路由的发现和维护也是NWK层的责任。一跳邻居的发现和储存相关的信息也在NWK层里完成。ZigBee协调器的NWK层还负责建立一个新网络，分配地址到新的设备。
ZigBee应用层包括APS应用框架（AF）、ZDO和制造商定义的应用对象。APS子
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