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实训Day05

2021-05-28

实训, Zigbee通信

Zigbee通信

这篇文章就是将末尾的PPT重新复制到了文章之中，别问，问就是懒

0x01无线通信

1.无线通信理论

  • Zigbee无线通信，需要高频的载波来提供发射频率，Zigbee模块之间要可以正常通信，接收模块和发送模块的频率要一致。

  • Zigbee有27个载波可以进行通信，载波又叫做信道。这些载波的频率落在某些频率区段，我们把这些区段叫做频段。

    2.4G频段 16个信道

    915M频段 896M频段 11个信道

    但TI的所有支持Zigbee底层协议的芯片只能在2.4G频段的16个信道里进行通信。即1126信道(010信道在915M和896M的频段内)

  • 网络地址

    • 在Zigbee无线局域网里，每一个模块都有一个在该网络里唯一的2个字节的地址，这个地址我们叫做网络地址(或者叫做网络短地址)。

  • PANID

    • 这也是一个2个字节的编号，用来区分不用的Zigbee无线局域网，我们称为个域网ID。两个模块之间要进行通信，PANID一定要一样。

  • 信道与PANID的设置

    • 在Tools文件组里的f8wConfig.cfg文件中

    • (1)设置信道

      -DDEFAULT_CHANLIST=0x00000800 // 11 - 0x0B

    • (2)设置PANID

      -DZDAPP_CONFIG_PAN_ID=0x1234

      注意:如果把PANID设置为0xFFFF,则意味着该模块不受PANID的限制

2.网络组建理论

  • 在Zigbee无线局域网里，节点(无线模块)按照在网络里的功能可以划分为:协调器、路由器、终端这三种角色

  • 它们的硬件可以是一模一样的，之所以在网络里表现出不同的功能，是因为它们下载了不同功能版本的程序，在同一个网络里担当了不同的角色功能。

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  • 下载了路由器和终端代码的模块，它们上电后的第一件事情去寻找网络，请求加入。然而网络不会无缘无故产生，是由下载了协调器代码的模块创建的。

  • 下载了协调器代码的模块上电后的第一件事就是创建网络。

  • 任何一个网络里，第一个节点一定是该网络的协调器，有且只能有一个协调器

  • 任何一个Zigbee模块要加入到某个网络，一定要一个处于该网络里的节点作为介绍人，并且这个介绍人不能是终端节点(即路由器或者协调器)。在加入网络以后，介绍人节点和被介绍加入的节点互为父子关系。

  • 介绍人是被介绍人的父节点，被介绍人是介绍人的、子节点。有多个可作为介绍人资格的节点，会选择信号强度高的节点作为介绍人。

  • 协调器在创建完网络后，在网络里的功能与路由器没有任何区别，只不过协调器的网络地址比较特殊只能是0x0000，而其他加入的节点的网络地址是动态分配的。

  • 终端节点与其他模块的通信必须要通过它的父节点，而路由器(协调器)之间通信可以直接通信的。

  • 因此，路由器在网络里充当的是拓扑扩展的中转站的功能。

  • 综合

    • 我们可以在GenericApp.c文件中的GenericApp_ProcessEvent函数中的switch语句的 case ZDO_STATE_CHANGE中修改代码内容，让模块在不同的网络状态下亮不同的灯。
    • 注意:下载了协调器的代码的模块，创建了网络之后就是协调器状态，而终端和路由器要加入了网络才是对应的状态。终端和路由器要加入网络的条件是，信道和PANID要一致。

3.三种网络架构

  1. 星形拓扑

    • 星形拓扑是最简单的一种拓扑形式，他包含一个Co-ordinator（协调者） 节点和一系列的 End Device（终端）节点。每一个End Device 节点只能和 Co-ordinator 节点进行通讯。如果需要在两个 End Device 节点之间进行通讯必须通过Co-ordinator 节点进行信息的转发。

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  2. 树形拓扑

    • 树形拓扑包括一个Co-ordinator（协调者）以及一系列的 Router（路由器） 和 End Device（终端）节点。Co-ordinator 连接一系列的 Router 和 End Device， 他的子节点的 Router也可以连接一系列的 Router 和End Device. 这样可以重复多个层级。

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  3. Mesh拓扑（网状拓扑）

    • 包含一个Co-ordinator和一系列的Router 和End Device。这种网络拓扑形式和树形拓扑相同；请参考上面所提到的树形网络拓扑。但是，网状网络拓扑具有更加灵活的信息路由规则，在可能的情况下，路由节点之间可以直接的通讯。这种路由机制使得信息的通讯变得更有效率，而且意味这一旦一个路由路径出现了问题，信息可以自动的沿着其他的路由路径进行传输。 网状拓扑的示意图如下所示：

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  4. 架构比较

    • MESH 网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过“多级跳”的方式来通信；该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能；

    • 星型和族树型网络适合点多多点、距离相对较近的应用。

    • 代码设置，在“nwk_global.h”文件中进行设置,159行处

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0x02 单播通信

1.单播通信理论

  • Zigbee网络通信方式有4种：单播，广播，组播，绑定(MAC)。

  • 单播通信的特点:在Zigbee网络里，模块之间要进行通信，发射模块要明确知道接收模块的网络地址。

  • Zigbee模块的地址特点:模块在加入网络的时候，父节点随机分配网络地址给子节点。但是协调器模块在网络里的地址永远都是0x00。

  • 单播发送数据需要明确的信息

    • (1)目标地址
    • (2)目标端点与簇
    • (3)要发送的数据大小

2.GenericApp_SendTheMessage()

  • 该函数在GenericApp.c里的GenericApp_SendTheMessage函数里:
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AF_DataRequest(
              &GenericApp_DstAddr, //目标的网络地址指针
              &GenericApp_epDesc,//端点描述符指针
              GENERICAPP_CLUSTERID,//目标簇
              (byte)osal_strlen( theMessageData ) + 1,//发送数据的大小
              (byte *)&theMessageData,//发送数据缓冲区的地址
              &GenericApp_TransID,//这是个全局变量，用来保存发送的次数
              AF_DISCV_ROUTE, AF_DEFAULT_RADIUS );//发送路径，don't care

3.网络地址结构体

  • 网络地址结构体就是定义在GenericApp.c前面的一个结构体变量，该类型为afAddrType_t，系统已经默认定义了一个网络地址结构体变量GenericApp_DstAddr，我们可以在GenericApp_Init()函数中，对网络地址结构体变量的成员进行赋值。
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// 网络地址结构体:
typedef struct
{
      union
     {
            uint16      shortAddr;//网络地址
            ZLongAddr_t extAddr; //MAC地址
     } addr;
     afAddrMode_t addrMode;//通信模式
     byte endPoint; //指定的端点
     uint16 panId;  //don't care
} afAddrType_t;
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// 通信模式枚举类型:
typedef enum
{
        afAddrNotPresent = AddrNotPresent,//当前不确定
        afAddr16Bit      = Addr16Bit,//单播通信模式
        afAddr64Bit      = Addr64Bit,//MAC通信模式
        afAddrGroup      = AddrGroup,//组播通信模式
        afAddrBroadcast  = AddrBroadcast//广播通信模式
} afAddrMode_t;

4.端点

  • (1)通常发送的数据要明确该数据是给接收模块的哪个任务层用的，而这个就是用端点来指定的

  • (2)端点是一个字节的编号，通常为定义在GenericApp.h中的一个宏。端点必须要与任务层绑定，而这个就是用端点描述符来实现的。

  • (3)端点描述符是一个结构体变量，该变量定义在GenericApp.c开头，我们也可以定义新的端点描述符。该结构体的类型为 endPointDesc_t，系统也默认定义了一个端点描述符GenericApp_epDesc。

  • (4)我们可以在 GenericApp_Init()函数中，把新的端点描述符变量赋值，使新的端点与某个任务层绑定。

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// 端点结构体类型:
typedef struct
{
       byte endPoint;//端点的值
       byte *task_id;  //与端点绑定的任务层ID
       SimpleDescriptionFormat_t *simpleDesc;//端点的描述信息,don’t care
       afNetworkLatencyReq_t latencyReq;//don’t care
} endPointDesc_t;

5.簇

  • (1)在接收模块中，每个任务层可以对不同种类的数据采取不同的处理方式，这里的数据种类就是簇(CLUSTER)

  • (2)在发送模块中，簇是定义在GenericApp.h中的一个宏，我们也可以定义新的簇。

  • (3) 系统也默认定义了一个簇 GenericApp_CLUSTERID，在GenericApp.h中

6.应用任务层数据接收函数

  • (1)该函数为GenericApp.c中的 void GenericApp_MessageMSGCB( afIncomingMSGPacket_t *pkt )

  • (2)在switch语句中可以定义对不同的簇采用不同的方式处理数据

  • (3)该函数中的pkt->cmd.Data就是接收数据的首地址

0x03 无线通信代码编写过程

1.设置信道与PANID

在Tools文件组里的f8wConfig.cfg文件中

-DDEFAULT_CHANLIST=0x00000800 // 11 - 0x0B

-DZDAPP_CONFIG_PAN_ID=0x1234

2.设置AF_DataRequest结构体

在GenericApp.c里的GenericApp_SendTheMessage函数

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AF_DataRequest(
    &GenericApp_DstAddr, //目标的网络地址指针
    &GenericApp_epDesc,//端点描述符指针
    GENERICAPP_CLUSTERID,//目标簇
    (byte)osal_strlen( theMessageData ) + 1,//发送数据的大小
    (byte *)&theMessageData,//发送数据缓冲区的地址
    &GenericApp_TransID,//这是个全局变量，用来保存发送的次数
    AF_DISCV_ROUTE, AF_DEFAULT_RADIUS );//发送路径，don't care

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