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    2014-03-06 12:09:47
    Zigbee入门与实践》第五章 Zigbee组网实战入门
  • ZIGbee组网

    2012-05-22 21:38:34
    zigbee相关的技术资料,组网,CC2530等
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    2010-04-03 18:40:39
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    万次阅读 2013-11-05 16:56:44
    组网方案设计:组建一个完整的zigbee网状网络包括两个步骤:网络初始化、节点加入网络,其中节点加入网络又包括两个步骤:通过与协调器连接入网和通过已有父节点入网。 网络初始化: Zigbee网络的建立是由网络协调...

    组网方案设计:组建一个完整的zigbee网状网络包括两个步骤:网络初始化、节点(路由器或终端)加入网络,其中节点加入网络又包括两个步骤:通过与协调器连接入网和通过已有父节点入网。


    一、网络初始化:
        Zigbee网络的建立是由网络协调器发起的,任何一个zigbee节点要组建一个网络必须要满足以下两点要求:
            1.节点是FFD节点,具备zigbee协调器的能力;
            2.节点还没有与其他网络连接,当节点已经与其他网络连接时,此节点只能作为该网络的子节点,因为一个zigbee网络中有且只有一个网络协调器。

        任何不满足这两个条件的节点发起建立一个新网络的进程都会被网络层管理实体终止,网络层管理实体将通过参数值为INVALID_REQUEST的NLME_NETWORK_FORMATION.confirm的原语来通知上层这是一个非法请求。

        网络初始化的流程如下:
        1.确定网络协调器,首先判断节点是否是FFD节点,接着判断此FFD节点是否在其他网络里或者网络里是否已经存在协调器。通过主动扫描,发送一个信标请求命令(Beacon request command),然后设置一个扫描期限(T_scan_duration),如果在扫描期限内都没有检测到信标,那么就认为FFD在其pos内没有协调器,那么此时就可以建立自己的zigbee网络,并且作为这个网络的协调器不断地产生信标并广播出去。
        2.进行信道扫描过程。包括能量扫描和主动扫描两个过程:首先对指定的信道或者默认的信道进行能量检测,以避免可能的干扰。以递增的方式对所测量的能量值进行信道排序,抛弃那么些能量值超出了可允许能量水平的信道,选择可允许能量水平的信道并标注这些信道是可用信道。接着进行主动扫描,搜索节点通信半径内的网络信息。这些信息以信标帧的形式在网络中广播,节点通过主动信道扫描方式获得这些信标帧,然后根据这些信息,找到一个最好的、相对安静的信道,通过记录的结果,选择一个信道,该信道应存在最少的zigbee网络,最好是没有zigbee设备。在主动扫描期间,mac层将丢弃phy层数据服务接收到的除信标以外的所有帧。
        3.配置网络参数(设置网络ID)。找到合适的信道后,协调器将为网络选定一个网络标识符(PAN ID,取值<=0x3FFF),这个ID在所使用的信道中必须是唯一的,也不能和其他zigbee网络冲突,而且不能为广播地址oxFFFF(此地址为保留地址,不能使用)。PAN ID可以通过侦听其他网络的ID然后选择一个不会冲突的ID的方式来获取,也可以人为的指定扫描的信道后来确定不和其他网络冲突的PAN ID。在zigbee网络中有两种地址模式:扩展地址(64位)和短地址(16位),其中扩展地址由IEEE组织分配,用于唯一的设备标识;短地址用于本地网络中设备标识,在一个网络中,每个设备的短地址必须唯一,当节点加入网络时由其父节点分配并通过使用短地址来通信。对于协调器来说,短地址通常设定为0x0000,
    上面步骤完成后,就成功初始化了zigbee网状网络,之后就等待其他节点的加入。


    二、 节点入网时将选择范围内信号最强的父节点(包括协调器)加入网络,成功后将得到一个网络短地址并通过这个地址进行数据的发送和接收,网络拓扑关系和地址就会保存在各自的flash中。


         
    节点通过协调器加入网络
         当节点协调器确定之后,节点首先需要和协调器建立连接加入网络。考虑到网络的容量和FFD/RFD的特点,本文只讨论FFD节点情况,FFD节点与协调器连接加入网络的流程图:

         为了建立连接,FFD节点需要向协调器提出请求,协调器接收到节点的连接请求后根据情况决定是否允许其连接,然后对请求连接的节点做出响应,节点与协调器建立连接后,才能实现数据的收发。具体的流程可以分为下面的步骤:
         1.查找网络协调器。首先会主动扫描查找周围网络的协调器,如果在扫描期限内检测到信标,那么将获得了协调器的有关信息,这时就向协调器发出连接请求。在选择合适的网络之后,上层将请求mac层对物理层和mac层的phyCurrentChannel、macPANID等PIB属性进行相应的设置。如果没有检测到,间隔一段时间后,节点重新发起扫描。
         2.发送关联请求命令(Associate request command)。节点将关联请求命令发送给协调器,协调器收到后立即回复一个确认帧(ACK),同时向它的上层发送连接指示原语,表示已经收到节点的连接请求。但是这并不意味着已经建立连接,只表示协调器已经收到节点的连接请求。当协调器的mac层的上层接收到连接指示原语后,将根据自己的资源情况(存储空间和能量)决定是否同意此节点的加入请求,然后给节点的mac层发送响应。
         3.等待协调器处理。当节点收到协调器加入请求命令的ACK后,节点mac将等待一段时间,接受协调器的连接响应。在预定的时间内,如果接收到连接响应,它将这个响应向它的上层通告。而协调器给节点的mac层发送响应时会设置一个等待响应时间(T_ResponseWaitTime)来等待协调器对其加入请求命令的处理,若协调器的资源足够,协调器会给节点分配一个16位的短地址,并产生包含新地址和连接成功状态的连接响应命令,则此节点将成功的和协调器建立连接并可以开始通信。若协调器资源不够,待加入的节点将重新发送请求信息,直到入网成功。
         4.发送数据请求命令。如果协调器在响应时间内同意节点加入,那么将产生关联响应命令(Associate response command)并存储这个命令。当响应时间过后,节点发送数据请求命令(Data request command)给协调器,协调器收到后立即回复ACK,然后将存储的关联响应命令发给节点。如果在响应时间到后,协调器还没有决定是否 同意节点加入,那么节点将试图从协调器的信标帧中提取关联响应命令,成功的话就可以入网成功,否则重新发送请求信息直到入网成功。
         5.回复。节点收到关联响应命令后,立即向协调器回复一个确认帧(ack),以确认接收到连接响应 命令,此时节点将保存协调器的短地址和扩展地址,并且节点的MLME向上层发送连接确认原语,通告关联加入成功的信息。


         
    节点通过已有节点加入网络
         当靠近协调器的FFD节点和协调器关联成功后,处于这个网络范围内的其他节点就以这些FFD节点作为父节点加入网络了,具体加入网络有两种方式,一种是通过关联(associate)方式,就是待加入的节点发起加入网络;另一种是直接(direct)方式,就是待加入的节点具体加入到那个节点下,作为该节点的子节点。其中关联方式是zigbee网络中新节点加入网络的主要途径。

         对于一个节点来说只有没有加入过网络的才能进行加入网络。在这些节点中,有些是曾经加入过网络中,但是却与它的父节点失去联系(这样的被称为孤儿节点),而有些则是新节点。当是孤儿节点时,在它的相邻表中存有原父节点的信息,于是它可以直接给原父节点发送加入网络的请求信息。如果父节点有能力同意它加入,于是直接告诉它的以前被 分配的网络地址,它便入网成功;如果此时它原来的父节点的网络中,子节点数已达到最大值,也就是说网络地址已经分配满,父节点便无法批准它加入,它只能以新节点身份重新寻找并加入网络。
         而对于新节点来说,他首先会在预先设定的一个或多个信道上通过主动或被动扫描周围它可以找到的网络,寻找有能批准自己加入网络的父节点,并把可以找到的父节点的资料存入自己的相邻表。存入相邻表的父节点的资料包括zigbee协议的版本、堆栈的规范、PAN ID和可以加入的信息。在相邻表中所有的父节点中选择一个深度最小的,并对其发出请求信息,如果出现相同最小深度的两个以上的父节点,那么随机选取一个发送请求。如果相邻表中没有合适的父节点的信息,那么表示入网失败,终止过程。如果发出的请求被批准,那么父节点同时会分配一个16位的网络地址,此时入网成功,子节点可以开始通信。如果请求失败,那么重新查找相邻表,继续发送请求信息,直到加入网络或者相邻表中没有合适的父节点。


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  • 浅谈DigiXBee3 ZigBee组网和通信测试XBee3和Micro XBee是最新推出的,能够支持ZigBee 3.0的硬件平台,它提供了和S2C一样大小的封装型号,同时还提供了一种XBee Micro的封装,它大约只有原来尺寸的三分之一大小,这...

    浅谈Digi XBee3 ZigBee组网和通信测试

    XBee3和Micro XBee是最新推出的,能够支持ZigBee 3.0的硬件平台,它提供了和S2C一样大小的封装型号,同时还提供了一种XBee Micro的封装,它大约只有原来尺寸的三分之一大小,这使得用XBee实现无线穿戴式设备成为可能。新的产品和新的项目设计,建议都用XBee3模块来进行开发。

    下面谈谈XBee3 ZigBee组网和通信测试:

    请确保您购买了正确的XBee3开发套件,Digi的XBee3开发套件带有多个无线模块,以及多个可以用于同电脑连接的开发板和一些天线,使您可以很方便地利用串口调试助手或Digi XCTU开发工具来进行ZigBee的组网和通信测试。XBee开发板上带有USB转UART电路,这样在没有串口的笔记本电脑上也很容易进行串口通信测试。

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    一、透传模式通信您需要有Digi的XBee ZigBee mesh网络开发套件来进行组网和通信操作,在进行下一步操作之前,您需要装备好至少两个模块和对应的开发底板。首先,确保您的电脑上已经安装好Digi的开发工具XCTU,请下载对应您的电脑操作系统的最新版本。将两个Digi的XBee ZigBee模块通过开发底板和电脑连接起来,打开XCTU,用左上角的带有放大镜图标的查找按钮来查询连接到电脑上的模块,并把它添加到XCTU左侧的无线模块列表中。在XCTU软件中,默认是位于配置窗口中,点击左边模块,便会读取模块相关的参数,在配置窗口中展现出来。

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    XCTU的参数区域的上方,有一排常用的按钮,分别是读取(read),写入(write)参数,加载默认参数(default),升级固件(update),配置导入导出(profile)。首次使用,建议用Update按钮更新一下到最新固件,在firmware version中选择最上方最新的固件,确定是ZigBee协议的固件,去掉“强制模块保留当前配置”的选项,然后点update按钮,这样就恢复模块到出厂的设置。如果您的模块已经是最新固件,请用参数区上方的“Default”按钮加载模块的默认参数,并按“Write”写入模块,使模块恢复出厂的配置,确保不会因为之前使用时的不恰当参数影响通信效果。写入默认值后,再按“Read”按钮重新加载一下参数到XCTU右侧的参数栏上。点击左侧另一个模块,用同样的方式恢复一下模块的出厂设置。在配置模式下,如果仅对某个参数进行读取和写入,可以使用对应参数右方的刷新和写入按钮。两个ZigBee模块要相互通信,必须在同一个网络中,所以我们需要将一个模块配置成协调器,另一个模块配置成路由器并加入到协调器的网络中。注意:模块默认的NJ为254s,所以在5分钟内会关闭允许加入,为了避免加入窗口被关闭,可以把NJ改为FF,也就是永远允许加入。以下两个模块简称A和B。A模块:CE=1(配置为协调器),DL=FFFF(DH为0,DL=FFFF是广播地址),NJ=FF(表示永远允许加入);B模块:不改任何参数(默认的路由器的出厂配置)。将A模块的CE改为1,就把模块配置成协调器了,这时模块会生成一个网络号为ID指定值的ZigBee网络,默认ID=0,因此协调器会生成一个随机64bit的网络号的ZigBee网络。如果刷新模块参数,会发现OP和CH有一个值了,这里OP是指当前的网络号,CH是指当前的信道号。DH和DL组成模块的目标地址,我们把DL改为FFFF,是因为默认DH和DL都为0,这样指代协调器本身,DH为0而DL=FFFF则是广播地址。B模块是默认的路由器的出厂配置,ID=0表示可以加入任意网络。如果周边没有其它ZigBee网络,B模块又是首次使用,那么它肯定会在10s内加入A模块的网络,可以读取一下B模块的OP和CH,观察它是否和A模块相同,以此来判断是否在同一个网络中。默认B模块的DH和DL都是0,表示目标地址是协调器。入网后,模块的入网指示灯会均匀地闪烁(每秒两次),这样我们已经配置好两个对发的模块了。如果B模块的Assoc指示灯没有闪烁而是常亮,那表示还没有入网,这时可以手动在commissioning按钮上连按四下,让这个模块离开原来网络,以便加入A模块的网络,通常只要天线连着,就可以看到B模块入网,然后我们就可以做透传对发测试。这时我们可以点击右上角的图标切换到终端窗口,来观察串口数据透传的效果。终端窗口实际上是个带有ASCII和16进制显示终端的串口调试工具,有个串口打开/关闭按钮,以及一个视图分离按钮,方便查看两个模块各自的收发数据。分别选中模块,并在终端模式中打开串口,将其中一个模块的串口终端视图分离,我们在任意一个终端中输入数据,另一个模块的终端就能收到相同的数据。如下图所示:

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    在透传模式下,数据送入A模块的串行UART接口,就会被发到目标地址指定的B模块上,从B模块的串行UART中输出,所以称之为透传。平时模块处于空闲或传输数据的状态,当我们需要更改模块参数时,就可以通过向串口发指定时序的特定字符串来进入命令模式,以便更改模块配置。默认地,在空闲期间连续输入三个“+”号可进入命令模式,这时可以通过向串口发AT命令来实现特定功能。比如,我们之前设置协调器的目标地址为0xFFFF,这样网络内所有的模块则能收到该数据并转发,如果我们只需向特定的模块发送数据,就不应该用广播模式,而需要把目标地址设置为特定的模块的MAC地址。下面AT命令演示了读取B模块的自身地址并将它设置为A模块的目标地址的过程。在B模块上,用“+++“进入命令模式,发ATSH,ATSL分别读出模块64位MAC地址的高位和低位。切换到A模块的终端窗口中,用ATDH和ATDL把刚才获取得的参数设置目标地址,并用ATWR写入flash,这样断电重启后配置不会被清空。注意:默认地在命令模式中如果10s内无任何输入,就会退出命令模式,回到透传模式的空闲状态。所以AT命令中的字符请连续输入不要间停超过10秒;否则您需要重新用”+++“进入命令模式。

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    静静等待约10秒钟后模块退出命令模式(也可以发ATCN命令直接退出命令模式),这时在终端窗口中输入数据,另一个模块的终端也能收到数据,只不过,此时作为协调器的A模块不再是广播模式,而是只定向往B模块发数据了。通过AT命令可以设置很多参数,比如NI是设置模块的ASCII名称,NR是退网命令,ID是指定网络名称,还可以通过AT命令读取或设置模块的IO口状态等。请查阅XCTU或产口手册获取更多信息。下面我们将把A模块的网络ID更改,让B模块重新加入,以下是完整操作过程的相关AT命令。A模块:读一下CE,以确定是要操作的协调器A模块;读一下当前ID值;写入新的网络ID;配置写入flash;稍等片刻后查询当前工作的网络ID。

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    B模块:读一下CE,确定是路由器;读一下当前网络ID;读一下当前信道;发退网命令,离开之前加过的网络;稍等片刻查询新加入的网络ID;查询当前信道。

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    由于透传模式下,需要通过特定字符组合和时序进入命令模式,在一些需要频繁使用AT命令的场景下就显得很不方便,因此Digi的模块除了支持透传模式外,还可以通过API模式更灵活地使用模块。

    二、API模式通信

    API模式,是指外部MCU通过向XBee模块的UART发送指定格式的命令帧,来实现发送数据或执行AT命令等功能。API模式下,XBee模块能够实现比透传模式更多的功能,包括:1、无需配置DHDL,直接向网络内任意模块进行通信DH,DL是透传模式下才会用到的参数,在API模式下,命令帧中带有目标地址字段和数据字段2、随时进行发送本地和远程AT命令,而无需切换模式API模式下,通过命令帧的识别码来区别是数据发送请求,还是本地AT命令或远程AT命令,无需进行模式切换。3、发送状态可通过反馈包判断,接收到的数据可识别来源可以通过开启反馈包,判断每个数据包发送成功与否,接收到的数据可以通过数据帧中的源地址判断是从哪个模块发过来的。4、可以进行ZDO和ZigBee协议的通信API模式下的明确寻址数据发送命令帧中,可以使用ZigBee协议的Profile,Cluster,Endpoint字段来实现ZigBee协议的通信。并且固件中自带有ZDO协议栈处理ZCL请求和响应。XBee模块可以通过ATAP命令来设置模块的工作模式,AP=0时是透传模式,AP=1是API模式。在XCTU上方的工具菜单或工具按钮中,可以找到API组帧和解析工具。在API模式的模块终端窗口中,也会有发送帧的生成向导和接收帧的解析窗口。下面是用API帧生成工具生成的一个发送数据帧例子:

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    ZigBee网络内的无线模块,可以全部配置成透传模式或API模式,也可以部分配置成API模式,它们之前可以相互通信。下面将演练一下API模式的模块A和透传模式的模块B进行相互通信实验。A模块:在配置窗口中,直接设置CE=1, AP=1,并按一下配置窗口上方“Read”按钮刷新一下模块信息,我们会发现API模式下左侧列表协调器图标会多出一个红色”C”字。切换到终端模式,我们会发现API的终端模式和透传模式不太一样,它是以API帧为主的信息框和工具框,如下图所示:

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    这里,我们利用新增命令帧向导添加一个准备用来发送“test”字符的命令帧,注意目标地址字段要用B模块的Mac地址,如下图所示: 

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    根据向导提示,按“OK”和“Add Frame”按钮,把生成的帧添加到发送列表当中。B模块:保持透传模式不变,确保DH和DL为默认值0,并且是加入A模块的网络。同样地,将B模块的终端视图分离出主窗口,以便观察它们的相互通信。当在A模块中选中刚才生成的发送“test”字符的命令帧,按下发送按钮时,B模块的窗口中就收到了“test”字符。如下图所示:

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    我们还可以看到,默认地,API带有反馈包,在发送端可以看到发送成功与否的结果。我们在B模块的终端打一个字符“a”,同样地,A模块就收到带有这个字符的API接收帧,我们可以通过A模块的帧信息详情的下拉滑块查看帧的详细说明。f4a724f3a52a9db50e4304d3a2530ff3.png如对DIGI产品感兴趣,请联系:武经理18611101552。

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  • Zigbee 组网

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    学会在 Z-STACK 中配置 ZigBee 网络参数,入网络 PANID、网络通道、路由深度、网络结构(星状、串状、网状)等,同时学会如何判断设备是否成功建立或者加入网络。









    MAX_NODE_DEPTH:为路由深度,这里为 20。 
    NWK_MODE:网络拓扑模式,这里为网状结构。 



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  • 该系统以内置段式LCD显示控制器的Atmega 169p温湿度传感器来进行大棚内温湿度信号的采集,采用ZIGBEE组网方式实现单片机与上位机之间的通讯。系统具有操作简单、工作稳定、低功耗、低成本等优点。点击文末阅读原文可...

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