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半导体技术、微系统技术、通信技术、计算机技术、自动控制和人工智能等技术的飞速发展孕育一种新型的测控网络:无线传感器网络。无线传感器网络是一种以数据为中心的自组织无线网络,网络中节点密集,数量巨大而且部署在十分广泛的区域;网络拓扑结构动态变化,网络具有自组织和自调整的特点;网络节点具有成本低体积小、能量受限,计算能力、存储能力和通信能力有限的特点。
ZigBee协议作为无线传感器网络的通信协议之一,以其低功耗、低成本、短时延、短距离操作、高容量、高安全、免执照频段等特点逐渐成为无线传感器网络首选网络协议。
ZigBee的物理层和MAC层采用IEEE802.15.4标准,网络层、应用层由ZigBee联盟制定。在短距离低速率无线通信方面,ZigBee比蓝牙技术以及无线局域网更具优势,在家用系统控制、楼宇自动化、工控等领域具有广阔前景。
本论文首先对ZigBee标准进行深入分析,重点研究了其网络的组网技术和路由技术,为ZigBee协议栈的设计提供基础。在设计ZigBee协议栈的过程中,首先分析了现有协议栈设计方案的不同和各自的优缺点,在此基础上提出了自己的设计方案。论文详细地分析了ZigBee协议栈的实现过程,并给出了实现的核心代码函数,介绍了协议栈的用户接口设计。最后给出ZigBee协议栈使用范例。
为了配合ZigBee协议栈的使用,需要设计ZigBee网络监控平台辅助二次开发。本论文详细介绍了ZigBee网络监控平台的设计和实现过程。首先使用UML用例图对ZigBee网络监控平台进行需求分析;在需求分析的基础上建立系统模型,并对系统模型中各个组成模块进行详细描述;最后给出ZigBee网络监控平台的两个子程序设计流程图与实现界面。
本论文设计的ZigBee协议栈采用μCOS-II嵌入式实时操作系统,已经在华立CC2430硬件开发平台上设计完成,并在稳定性测试过程中表现良好。ZigBee网络监控平台软件的大部分功能已经设计实现完成。