基于em250的zigbee无线传感器网络解决方案.doc

基于EM250的ZigBee无线传感器网络解决方案ZigBee协议框架 ZigBee协议是一种低成本、低功耗、低速率嵌入式设备互相间及与外界网络通信的组网解决方案,它是ZigBee联盟基于IEEE技术标准物理层和媒体访问控制层(MAC层)协议对网络层协议和API进行标准化而制定的无线局域网组网、安全和应用软件方面的技术标准。 ZigBee协议栈结构如图1所示。 ZigBee协议物理层和媒体访问控制层采用了IEEE2003协议规范。物理层无线频段为全球通用的、欧洲适用的868MHz、美国适用的915MHz,使用直接序列扩频技术,提供27个信道,20Kb/s、40Kb/s、250Kb/s三种数据速率用于数据收发。物理层功能包括了激活和休眠射频收发器、信道能量检测、信道接收数据包的链路质量指示、空闲信道评估、收发数据等。 ZigBee的MAC层负责设备间无线数据链路的建立、维护和结束,确认模式的数据传送和接收,采用载波侦听多址/冲突避免接入方式,数据包的最大长度为127字节,每个数据包均由头字节和16位CRC校验值组成。网络层为ZigBee协议栈的核心部分,实现节点接入或离开网络、路由查找及传送数据等功能,支持星形、树形、网络三种拓扑结构,网络拓扑结构根据具体的ZigBee应用来选择。节点按功能分为全功能设备(FFD)、简化功能设备(RFD)、协调器(ZCRD)和路由器,协调器与路由器通常也是全功能设备。 ZigBee的应用层包括了应用支持子层(APS)、ZigBee设备对象(ZDO)和制造商制订的应用对象。应用支持子层负责维护绑定表,根据服务和需求在两个绑定实体间传递信息。ZDO负责定义设备节点在网络中的角色,并负责网络设备的发现,决定提供何种应用服务,还负责初始化或响应绑定请求及建立网络设备间安全关系。 ZigBee网络采用多点接入,有使能信标网络或不使能信标网络两种类型。使能信标的网络中,协调器在预定义的时隙周期性发送信标帧用于节点关联、加入网络、同步传送数据。在不使能信标的网络中,协调器也周期性发送信号,但这只用于终端设备并检测协调器的存在,设备要随时准备好进行点对点通信,通过发送数据请求和应答进行通信。 ZigBee支持两种类型的数据格式:KVP关键值对及MSG消息帧。一般KVP帧采用命令响应机制,用于传输一个简单的属性变量值;而MSG帧还没有一个具体格式上的规定,通常用于多信息,复杂信息的传输,其支持二进制数据传输,数据大小受支持的帧大小限制。在安全方面,ZigBee采用IEEE媒体访问控制子层的安全模型,其规范了四个方面的安全服务,即访问控制、数据加密、帧完整性检查及采用顺序更新值防止帧重放。 ZigBee单芯片方案——EM250 EM250是Ember公司推出的ZigBee片上系统,它集成了一个符合IEEE标准的射频收发器和一个功能强大的高速率16位微处理器,支持网络级的调试,系统的软件开发简便。微处理器主频为12MHz,满足作为协调器、全功能设备或简化功能设备的要求。 EM250可以进入三种不同的状态:工作状态、待机状态和深度睡眠状态。在工作状态时可执行程序代码,典型情况电流为。在待机状态,处理器不再工作,但允许中断唤醒,外围器件及射频收发器正常工作。在深度睡眠状态,处理器和射频收发器都不再工作,直至有外部中断或定时中断唤醒,典型情况电流