ZigBee协议栈简介

文章目录

  • Zigbee协议栈简介
  • 如何理解Zigbee协议栈
  • 如何使用Zigbee协议栈

Zigbee协议栈简介

  Zigbee协议分为2部分:

  1. IEEE 802.15.4定义了PHY(物理层)和MAC(介质访问层)技术规范。
  2. Zigbee联盟定义了NWK(网络层)、APS(应用程序支持层)、APL(应用层)技术规范。

  Zigbee协议栈就是将各个层定义的协议都集合在一起,以函数的形式实现,并给用户提供API,用户可以直接调用。

ZigBee协议栈简介_第1张图片

如何理解Zigbee协议栈

  TI推出的ZigBee 2007协议栈也称为Z-Stack,它是Chipcon推出其CC2430开发平台时,开发的一款商业级协议栈软件。
  Chipcon公司为自己设计的Z-Stack协议栈中提供了一个名为操作系统抽象层OSAL的协议栈调度程序。
  下图是TI公司的基于ZigBee 2007的协议栈Z-Stack-CC2530-2.3.0,所有文件目录如红色框所示,我们可以把它看做一个小型的操作系统,采用任务轮询的方法运行。
ZigBee协议栈简介_第2张图片

如何使用Zigbee协议栈

  以简单的无线数据通信为例,其一般步骤为:

  • 组网:调用协议栈组网函数、加入网络函数,实现网络的建立和节点的加入。
  • 发送:发送节点调用协议栈的发送函数,实现数据无线发送。
  • 接收:接收节点调用协议栈的无线接收函数,实现无线数据接收。

  由于协议栈都把这些函数都封装好了,因此我们用起来比较方便。大家可以了解一下下面的关键字:

  • CCMCounter with CBC-MAC(Mode of Operation)
  • HALHardware Abstraction Layer(硬件抽象层)
  • PANPersonal Area Network(个人局域网)
  • RFRadio Frequency(射频)
  • RSSIReceived Signal Strength Indicator(接收信号强度指示)

  CC2530 BasicRF文件夹结构如下图:
ZigBee协议栈简介_第3张图片

  • docs文件夹:打开文件夹,里面仅有一个名为CC2530_Software_ExamplesPDF文档,文档的主要内容是介绍Basic RF的特点、结构及使用。从中我们可以知道,里面Basic RF包含三个实验例程:无线点灯、传输质量检测、谱分析应用。
  • Ide文件夹:打开文件夹后会有三个文件夹,以及一个cc2530_sw_examples.eww工程,这个工程是上面提及的三个实验例程工程的集合。在IAR环境中打开该工程,在workspace看到如下文件夹:Ide\Settings文件夹是在每个基础实验的文件夹里都会有的,它用于保存读者自己的IAR环境设置;Ide\srf05_CC2530文件夹里面放有三个工程,即light_switch.ewwper_test.ewwspectrum_analyzer.eww
  • Source文件夹:该文件夹里面有apps文件夹和components文件夹。Source\apps文件夹存放Basic RF三个实验的应用实现的源代码;Source\components文件夹包含着Basic RF的应用程序使用不同组件的源代码。

  打开文件夹WeBee CC2530 BasicRF\ide\srf05_cc2530\iar路径里面的工程light_switch.eww(无线点灯),我们的实验就是对它进行修改的。在介绍Basic RF之前,来看看这个实验例程设计的大体结构。
ZigBee协议栈简介_第4张图片

  • Hardware layer:这是实现数据传输的基础。
  • Hardware Abstraction layer:它提供了一种接口来访问TIMERGPIOUARTADC等,这些接口都通过相应的函数进行实现。
  • Basic RF layer:为双向无线传输提供一种简单的协议。
  • Application layer:它是用户应用层,相当于用户使用Basic RF层和HAL的接口。我们通过在Application layer就可以使用到封装好的Basic RFHAL的函数。

  Basic RFTI公司提供,它包含了IEEE 802.15.4标准的数据包的收发功能,但并没有使用到协议栈,仅仅让两个结点进行简单的通信。也就是说,Basic RF仅仅是包含IEEE 802.15.4标准的一小部分。其主要特点有:

  1. 不会自动加入协议,也不会自动扫描其他节点也没有组网指示灯(LED3)。
  2. 没有协议栈里面所说的协调器、路由器或者终端的区分,节点的地位都是相等的。
  3. 没有自动重发的功能。

  Basic RF的工作过程有启动、发射和接收。使用Basic RF实现无线传输只要学会使用这些过程的相应函数就可以了。
  启动的要求如下:
  1. 确保外围器件没有问题。
  2. 创建一个basicRfCfg_t的数据结构,并初始化其中的成员,在basic_rf.h代码中可以找到:

typedef struct {
    uint16 myAddr;    /* 16位的短地址(就是节点的地址) */
    uint16 panId;     /* 节点的“PAN ID”             */
    uint8 channel;    /* RF通道(必须在11至26之间     */
    uint8 ackRequest; /* 目标确认就置为true          */
#ifdef SECURITY_CCM   /* 是否加密,预定义里取消了加密 */
    uint8 *securityKey;
    uint8 *securityNonce;
#endif
} basicRfCfg_t;

  3. 调用basicRfInit函数进行协议的初始化,在basic_rf.c代码中可以找到:

uint8 basicRfInit ( basicRfCfg_t *pRfConfig );

函数功能是对Basic RF的数据结构初始化,设置模块的传输通道、短地址和PAD ID
  发送过程如下:
  1. 创建一个buffer,把payload放入其中,Payload不大于103个字节。
  2. 调用basicRfSendPacket函数发送,并查看其返回值。在basic_rf.c中可以找到:

uint8 basicRfSendPacket ( uint16 destAddr, uint8 *pPayload, uint8 length )

参数destAddr是目的短地址,pPayload是指向发送缓冲区的指针,length是发送数据长度。函数功能是给目的短地址发送指定长度的数据,发送成功刚返回SUCCESS,失败则返回FAILED
  接收过程如下:
  1. 上层通过basicRfPacketIsReady函数来检查是否收到一个新数据包。在basic_rf.c中可以找到:

uint8 basicRfPacketIsReady ( void );

函数功能是检查模块是否已经可以接收下一个数据,如果准备好了,则返回TRUE
  2. 调用basicRfReceive函数,把收到的数据复制到buffer中。代码可以在basic_rf.c中找到:

uint8 basicRfReceive ( uint8 *pRxData, uint8 len, int16 *pRssi );

函数功能是接收来自Basic RF层的数据包,并为所接收的数据和RSSI值配缓冲区。

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