基于zigbee技术的家居环境监测系统的设计与实现最终版3085.docx

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1、基于ZiigBeee技术术的家居居环境监监测系统统的设计计与实现现摘 要：环境是是人们赖赖以生存存的必要要条件，随随着现代代化信息息技术的的迅猛发发展和提提高，人人们对自自己的生生活环境境有了更更高的要要求，希希望自己己的生活活环境健健康、舒舒适。近近些年，特特别是人人类在信信息技术术上的快快速发展展，使得得各种无无线通信信技术有有了前所所未有的的突破，无无线技术术在智能能家居上上的应用用将越来来越广泛泛。因此此，本文文利用ZZigBBee技技术设计计出了这这种无线线家居环环境监测测系统。该该系统中中，传感感器节点点（即终端节节点）可可以选择择温度、湿湿度、亮亮度等传传感器，并并且可以以根据需

2、需求添加加或减少少传感器器节点。所所以本文文无线网网络终端端模块选选用的CCC25530芯芯片为平平台，以以实现信信息数据据的接收收与发送送。此芯芯片内置置80551内核核的单片片机内核核，并有有一定的的内存空空间，故故只要加加上些少少许外围围电路就就可以实实现功能能，无需需再加单单片机。在在数据接接收端（即即协调器器节点）收收到的数数据处理理传送到到PC机机上显示示。为了了让用户户方便监监测数据据，本文文在PCC机上设设计了显显示界面面，让人人们更加加方便操操作及监监测数据据。本系系统运行行可靠，能能正确获获取环境境数据，实实现实时时监测。关键词：ZiggBee;无线传传感器网网络;环环境监

3、测测;智能能家居DesiignanddReealiizattionnoffHoouseeholldEEnviironnmenntMoniitorringgSyysteemBBaseedoonZZigBBeeTecchnoologgyAbsttracct：Envviroonmeent is a nneceessaary conndittionn foor ssurvvivaal. Witth tthe rappidddeveeloppmennt aand impprovvemeent of moddernn innforrmattionn teechnnoloogy, peeoplle hhav

4、ee hiigheer rrequuireemennts forr thheirr liivinng eenviironnmennt. Theey hhopee thhey livve hheallthiily andd coomfoortaablyy. DDuriing reccentt yeearss, eespeeciaallyy thhe qquicck ddeveeloppmennt oof iinfoormaatioon ttechhnollogyy whhichh ennablles alll kiindss off wiirellesss coommuuniccatiion t

5、ecchnoologgy tto iimprrovee unnpreeceddenttedlly. So,thee thhesiis uutillizees ZZigBBee tecchnoologgy tto eexplloitt annd ddesiign thee wiirellesss hoome envviroonmeentaal mmoniitorringg syysteem. In thee syysteem, thee seensoor nnodee(ass weell as terrminnal nodde) cann chhoosse ttempperaaturre, hu

6、mmidiity, brrighhtneess etcc. TTherrefoore, thhe wwireelesss nnetwworkk teermiinall moodulle oof tthe theesiss chhoosse tthe CC225300 chhip as thee pllatfformm foor rrealliziing recceivvingg annd ssenddingg off thhe iinfoormaatioon ddataa. TThe chiip hhas a ssinggle chiip wwithh 80051 corre aand has

7、s ceertaain memmoryy sppacee. TThuss, iit ccan reaalizze iits funnctiion by adddingg a litttlee peerippherral cirrcuiit wwithhoutt exxtraa siinglle cchipp. TThe recceivved datta pproccesssingg inn thhe ddataa reeceiivinng ttermminaal(tthatt iss cooorddinaatorr noode) seend to PC forr peeoplless reea

8、l-timme mmoniitorringg. TThe theesiss deesiggnedd thhe ddispplayy innterrfacce iin PPC ffor peooplees opeerattionn annd ddataa moonittoriing connvennienntlyy.Thhe ssysttem worrks relliabbly whiich cann obbtaiin ccorrrectt ennvirronmmenttal datta aand reaalizze rreall tiime monnitoorinng.Keywwordds：

9、ZiggBeee;Wirreleess sennsorr neetwoorkss; ennvirronmmenttal monnitoorinng; smmartt hoome目录前言1第1章 绪论论21.1 本文文的研究究背景221.2 智能能家居环环境监测测系统的的特点221.3 本文文主要研研究内容容31.4 开开发工具具及开发发环境的的介绍331.4.1 系统软软件开发发环境介介绍41.4.2 上位机机软件开开发环境境介绍55第2章 ZiigBeee技术术的概述述72.1 ZiigBeee技术术的概念念72.2 ZiigBeee技术术的特点点82.3 ZiigBeee网络络设备组组成和

10、网网络结构构82.4 ZiigBeee的协协议分析析102.4.1 网络层层（NWWK）1102.4.2 应用层层（APPP）1112.5 本章章小结112第3章 系统统的总体体设计1133.1 系统统结构1133.2 系统统功能定定义1333.3 系统统设计要要求1553.4 本章章小结115第4章 系统统的硬件件设计1164.1 ZiigBeee硬件件选型1164.2 节点点硬件设设计1884.3 本章章小结221第5章 系统统的软件件设计及及实现2225.1 软件件部分总总体介绍绍225.1.1 软件设设计整体体流程2225.1.2 协调器器的自动动组网流流程2225.2 协调调器节点点

11、软件实实现2555.3 传感感器节点点软件设设计2775.4 本章章小结228第6章 上位位机软件件实现及及测试2296.1 上位位机软件件实现2296.2 软件件测试3306.3 本章章小结332结束语333参考文献献34致谢355前言自人类诞诞生以来来，人们们一直都都在努力力改善和和提高着着自己的的生活和和居住条条件。随随着工业业革命和和信息技技术革命命的成功功，进入入21世世纪后，人人类的各各种技术术包括通通信技术术、计算算机网络络、控制制理论、互互联网等等都有了了很大的的发展，另另外，经经济的发发展也使使我们都都希望居居住在一一个舒适适的家居居环境中中，只有有这样我我们的生生活才会会更

12、好，身身体才会会健康。由由于人们们又了这这种想法法，由此此智能家家居(SSmarrt HHomee)11系统统也就越越来越多多的被人人们所重重视了。研研究人员员希望能能通过这这种新的的技术将将家居中中各种智智能化的的设备、家家用电器器和家庭庭安防设设备等整整合一个个智能化化的系统统上进行行资源共共享、分分析、控控制和管管理这些些设备，控控制这些些设备来来对家居居中的环环境参数数符合人人们舒适适居住使使用的要要求，营营造一个个良好的的环境2，从从而可使使用户能能够居住住在一个个更高要要求的环环境中。本文研究究设计了了一种智智能家居居环境监监测子系系统，实实现对家家庭环境境的实时时监测，实实时为用

13、用户提供供可靠并并且全面面的环境境信息。智智能家居居系统中中一个非非常重要要的部分分就是本本文所研研究的环环境监测测子系统统。在这这个系统统中，人人们可以以获得实实时的居居住环境境信息，如如温度和和湿度、各各种有害害气体的的浓度、光光照强度度、火灾灾信息等等。同时时，此系系统中传传感器所所得到的的环境参参数可以以为其它它家居设设备做决决策参考考，最终终由智能能家居系系统实现现对家庭庭环境的的智能调调节，比比如，当当测量到到的光照照强度高高于用户户设定的的一定值值的时候候，系统统就将启启动自动动窗帘系系统的马马达，自自动将窗窗帘关到到一定程程度，以以降低室室内的光光强度，适适合居住住；又如如，当

14、温温度值偏偏低时，系系统就将将启动空空调设备备进行工工作，来来增高室室内温度度。因此此，智能能家居系系统为用用户提供供了安全全、舒适适、便捷捷生活的的环境，从从而使环环境监测测子系统统成为了了智能家家居系统统的一个个非常重重要关键键部分与与基本环环节，能能否拥有有一个好好的智能能家居系系统的关关键在于于能否设设计出好好环境监监测子系系统，这这对改善善人们生生活环境境的舒适适度具有有非常重重要的意意义。第1章 绪论论1.1 本文文的研究究背景随着计算算机软硬硬件技术术、网络络技术和和工业综综合自动动化系统统整合水水平的不不断发展展，对监监控数据据传输的的实时性性、数据据接口的的开放性性以及数数据

15、链接接的安全全性的要要求越来来越高，有有线控制制网络的的局限性性也越来来越突出出，无线线的优势势也越来来越明显显。其中中ZiggBeee短程无无线网技技术以其其数据传传输安全全可靠、组组网简易易灵活、设设备成本本低、电电池寿命命长等优优势，在在工业控控制领域域中展现现了深厚厚的发展展潜力2。将设备数数据采集集之后再再通过无无线ZiigBeee网络络进行传传输是ZZigBBee技技术在工工业现场场环境中中的一种种应用，这这种新兴兴的技术术必将给给工厂现现代化注注入新的的活力。传统的工工业数据据采集与与控制系系统，其其数据传传输一般般以工业业控制总总线作为为介质，以以致大都都局限于于本地的的近距离

16、离范围之之内应用用。随着着国民经经济发展展，企业业及机构构的管理理规模不不断扩大大，其需需要管理理与控制制的对象象更趋多多样性，甚甚至具有有流动性性，分布布的范围围也涉及及到不同同的地域域。为了了对这些些分散的的对象进进行有效效的集中中管理，对对远程及及移动数数据采集集与控制制的需求求也就日日益迫切切3-4。ZigBBee技技术填补补了低成成本、低低功耗和和低速率率无线通通信市场场的空白白，其使使用的便便捷性是是该技术术成功的的关键，它它适用于于短距离离小范围围的基于于无线通通信的控控制领域域，必将将在工业业自动化化等领域域得到广广泛的应应用55。数据采集集技术已已经相对对成熟，将将它重新新构

17、建于于ZiggBeee网络平平台之上上，将成成熟技术术的稳定定性和新新技术的的便捷性性充分结结合起来来，这种种结合对对于工业业现场十十分必要要。减少少了在某某些场所所有线网网络布线线以及工工人人工工采集数数据的不不便，同同时可以以方便的的于各种种传感器器搭配用用于不同同的场合合6。 1.2 智能能家居环环境监测测系统的的特点无线环境境监测系系统拥有有全面、可可靠的环环境信息息采集分分析能力力。为了了实现环环境信息息监测的的精确性性、全面面性并且且方便使使用，本本文的环环境监测测系统应应具有以以下各种种特点：(1)多多对象监监测环境监测测系统需需要检测测多种环环境信息息，如：温度、湿度、有害气体

18、浓度、光照强度等。这样才能为用户提供全面的环境信息参考。(2)多多点监测测需要对同同一环境境参数在在不同地地点和不不同时间间分别进进行测量量，这是是因为环环境中各各种环境境信息不不同的时时间和空空间上分分布不具具有均匀匀性，由由此实现现监测的的全面性性和高精精度性，甚甚至有时时需要对对同一环环境参数数在多点点进行测测量。(3)系系统灵活活当有新的的环境参参数被要要求测量量时，系系统的可可扩展性性要求灵灵活，方方便增加加节点，以以降低成成本。1.3 本文文主要研研究内容容随着我国国经济和和科技的的迅猛发发展，人人们的生生活水准准越来提提高，日日常家居居的环境境更受到到了人们们的关注注。近年来来随

19、着家家庭装修修时工业业板材及及其他有有毒气体体释放源源的使用用，室内内的环境境不容乐乐观。这这就要求求有各种种有害气气体监测测功能的的家居环环境监测测系统介介入，为为我们营营造一个个安全健健康的家家居环境境。此课题旨旨在设计计出一款款能够快快速、实实时、准准确连续续地测出出空气中中温湿度度、一氧氧化碳、光光照强度度等的环环境监测测系统，使使用基于于ZiggBeee 短距距无线通通讯技术术，环境境信息采采集模块块与显示示终端实实现无线线通信，省省去了传传统布线线的麻烦烦。根据以上上介绍，本本文的主主要研究究如下：(1)ZZigBBee协协议的介介绍。主主要介绍绍了ZiigBeee协议议中各个个部

20、分的的组成和和数据结结构，并并对各层层中的重重点内容容进行了了详细的的分析；(2)本本文以无无线传感感网络为为基础，以以ZiggBeee技术纽纽带，详详细设计计出的家家居环境境监测系系统中的的两种节节点-协调器器节点（控控制中心心）和传传感器节节点。在在协调器器节点中中，本文文实现了了电源、串串口通信信、PCCB天线线等主要要电路的的设计；而在传传感器节节点中，由由于其与与协调器器类似，故故仅针对对不同的的环境信信息，设设计出了了不同的的传感模模块；(3)本本论文还还设计了了串口调调试操作作界面，可可以方便便用户的的调试和和使用，由由此用户户就可以以实时的的了解到到家庭中中个中环环境信息息的参

21、数数。1.4 开开发工具具及开发发环境的的介绍1.4.1 系统软软件开发发环境介介绍IAR Embbeddded Worrkbeenchh(简称称 EWW)的CC/C+交叉叉编译器器和调试试器是目目前为止止是业界界较易使使用和较较完整的的的专业业嵌入式式应用开开发工具具。EWW 对不不同的微微处理器器提供了了统一的的直观用用户界面面。EWW 今天天已经可可以支持持35种以以上的88位/166位/322位的各各种微处处理器结结构。EW包括括：嵌入入式C/C+优化编编译器，编编辑器，连连接定位位器，汇汇编器，库库管理员员，C-SPYY 调试试器中和和项目管管理器。使使用IAAR的编编译器可可以得到

22、到较紧凑凑简介的的代码，从从而节省省硬件资资源，最最终得以以最大限限度地降降低产品品的成本本，从而而以提高高产品的的竞争力力。EW80051 目前是是IARR公司发发展较快快的产品品，EWW80551 已已经发展展到了88系列版版本，并并且在同同类产品品中具有有明显价价格优势势。其编编译器可可以对一一些SOOC 芯芯片进行行专门的的优化. 如AAtmeel,TTI,SST,PPhillipss。除了了EW MCSS-511标准版版外，IIAR 公司还还专门为为ARMM、MPP4300等微处处理器开开发出专专门的版版本，方方便了不不同客户户的需求求。IAAR SSysttem是是嵌入式式领域唯唯

23、一能够够提供这这种解决决方案的的公司。EEW支持持35种种以上的的8位/166位/322位的微微处理器器结构。它它配合TTI公司司的仿真真器可以以直接将将程序下下载到CCC25530中中7。IAR Embbeddded Worrkbeenchh集成的的编译器器主要产产品特征征： 完全全兼容标标准C语语言。 内建建对应芯芯片的程程序速度度和大小小优化器器。 高效效PROO Maablee 代码码。 目标标特性扩扩充。 瓶颈颈性能分分析。 高效效浮点支支持。 便捷捷的中断断处理和和模拟。 工程程中相对对路径支支持。 版本本控制和和扩展工工具支持持良好。 内存存模式选选择。本文使用用的是IIAR E

24、W 8.110的版版本的软软件，其其与Wiindoows XP系系统的兼兼容性很很好，在在国内研研究CCC2X330系列列芯片的的人应用用此软件件较多。图1-11为IAAR EEmbeeddeed WWorkkbennch 8.110的软软件界面面。图1-11 IIAR软软件界面面1.4.2 上位机机软件开开发环境境介绍Qt是一一个跨平平台的CC+图图形用户户界面库库，有挪挪威TrrolllTecch公司司开发，目目前包括括Qt/X111、基于于Fraamebbufffer的的Qt/Embbeddded、快快速开发发工具QQt DDesiigneer以及及国际化化工具QQt LLingguis

25、st等。人人们所熟熟知的LLinuux下面面的KDDE环境境就是基基于Qtt开发而而成的。QQt支持持Uniix和LLinuux系统统以及WWinddowss系统。Qt的主主要特点点有：面面向对象象，很容容易扩展展，并且且允许真真正的组组件编程程；Qtt对各个个模块进进行了良良好的封封装，使使各模块块可重用用性较好好；优良良的跨平平台特性性，使用用Qt类类编写的的程序可可以实现现“一次编编码，到到处编译译”，极大大的降低低了跨平平台开发发的难度度；构件件支持，对对于对象象间通信信Qt没没有采用用函数回回调的方方法，而而是采用用了一种种全新并并且可选选的被称称为“信号与与槽”的对象象间通信信机制

26、，通通过一个个对象信信号的发发射，另另一个槽槽函数的的响应，使使各个对对象之间间的通信信安全而而且高效效。Qtt的这些些特点使使它非常常适合于于真正的的构件编编程，同同时使各各个组件件之间的的协同工工作变得得十分简简单，并并且Qtt是直接接基于XXlibb的，不不依赖MMotiif工具具包，所所以它的的执行效效率比一一般的基基于平台台的代码码的执行行效率要要高。图1-22为Qtt的软件件界面图1-22 Qtt软件界界面第2章 ZiigBeee技术术的概述述2.1 ZiigBeee技术术的概念念ZigBBee是是一种基基于IEEEE8802.15.4标准准的低功功耗个域域网协议议，根据据此协议议

27、的规定定，ZiigBeee技术术是一种种短距离离、低功功耗的无无线通信信技术。这这一名称称来源于于蜜蜂的的一种名名叫Ziig的舞舞蹈，由由于通过过持续不不断地跳跳这种舞舞蹈来实实现对新新发现的的食物或或其他信信息的传传递，换换句话说说蜜蜂是是依靠这这样的通通信方式式来实现现了一个个通信网网络，而而每个个个体则是是网络中中的一个个节点。这这样做的的好处是是不需要要专门的的通信蜜蜜蜂，通通过信息息接力就就完成了了整个通通信，从从而实现现了蜜蜂蜂的低成成本、低低数据速速率、自自组织、低低功耗、近近距离、低低复杂度度等的信信息传递递方式。受受蜜蜂的的这种特特殊的通通信方式式的启发发，ZiigBeee技

28、术术的研究究也主要要是在低低速率、低低功耗通通信领域域进行应应用，亦亦可以低低成本地地嵌入各各种设备备中组成成庞大的的网络。总总而言之之ZiggBeee技术就就是一种种低功耗耗，低成成本的无无线网络络通信技技术88。ZigBBee 技术主主要用于于低数据据传输速速率并且且传输距距离要求求不是很很远的各各种通信信设备之之间。ZZigBBee联联盟则于于20001年成成立，而而在20002年年下半年年，Innvennsyss、Miitsuubisshi、MMotoorolla以及及Phiilipps四大大半导体体公司共共同宣布布加盟ZZigBBee技技术联盟盟，以研研发名为为“ZiggBeee”的

29、新一一代无线线通信标标准，而而在20006年年作为中中国通信信行业龙龙头的华华为公司司亦加入入了此联联盟。截截至目前前，该联联盟大约约已有约约27家家成员企企业，所所有这些些公司都都参加了了负责开开发ZiigBeee协议议物理层层（PHHY）和和媒体控控制层（MMAC）技技术标准准的IEEEE 8022.155.4工工作组。ZZigBBee联联盟负责责开发网网络层及及以上的的协议。ZZigBBee协协议则比比蓝牙技技术、高高速率个个人区域域网或 8022.111x无线线局域网网等技术术更简单单而实用用。ZiigBeee使用用的是22.4GGHz波波段，采采用了跳跳频技术术，这和和蓝牙技技术相似

30、似，可以以说是同同族兄弟弟了。但但相比之之下 ZZigBBee协协议比蓝蓝牙更简简单、速速率更慢慢、功率率及费用用也更低低。ZiigBeee的基基本速率率是2550kbb/s，而而若当其其速率降降到288kb/s时，传传输半径径可扩大大到1334米，并并可得到到更低的的功耗和和更高的的可靠性性。此外外，单个个ZiggBeee无线模模块就可可与2554个节节点互联联，若网网络中加加入路由由节点，则则网络最最大承载载量可支支持6555355个节点点设备互互联。由由于它的的低延迟迟和低功功耗性能能优越性性，所以以在支持持鼠标、键键盘等电电脑周边边产品和和家庭自自动化仪仪器等低低速率应应用时可可以比蓝

31、蓝牙做地地更好，人人们更希希望能在在无线玩玩具、传传感器网网络、家家庭监控控、工业业监控和和安全系系统等众众多领域域拓展ZZigBBee的的应用9。2.2 ZiigBeee技术术的特点点ZigBBee网网络采用用的是无无线自组组织网络络技术，与与蜜蜂的的通信类类似，网网络中的的各个节节点间通通信以一一跳或多多跳的形形式自动动建立网网络。网网络节点点则以ZZigBBee协协议为基基础进行行通信，与与各种传传统无线线网络相相比，其其主要优优点有以以下几个个方面:(1) 网络稳稳定性好好。其设设计的网网络自己己组织性性能使网网络各个个节点在在无需人人工干预预的情况况下自己己组网并并实现数数据传输输的

32、任务务，当添添加或去去除网络络中某个个节点时时，其余余节点可可以自行行寻找其其他节点点替代中中转信息息，具有有较强网网络自愈愈能力。(2)成成本低。由由于ZiigBeee联盟盟已经有有二十多多家，他他们的研研发实力力都很强强，好多多公司均均已在220033年正式式推出自自己的ZZigBBee芯芯片，竞竞争较大大，近年年来应用用于主机机端的芯芯片成本本将会比比蓝牙等等模块更更具价格格上的优优势；另另外，因因为ZiigBeee技术术的速率率要求低低，协议议内容简简单，从从而节省省了开发发的成本本，目前前常州市场场CC22XX00等芯片片的零售售价格在在2030元元之间不不等。(3)功功耗低。它它的

33、超低低功耗也也使得在在应用中中三节11.5vv干电池池即可使使用6个个月至22年的时时间，这这也是ZZigBBee的的最大的的一个优优势。(4)网网络容量量大。每每个ZiigBeee设备备可以与与另外2254台台节点设设备相连连接，而而加入路路由节点点的ZiigBeee网络络最多可可容纳多多达655，0000多个个节点的的网络。(5) 数据传传输速率率低。只只有100kb/s2250kkb/ss，符合合本设计计需求。(6)工工作频段段灵活。使使用的频频段中22.4GGHz全全世界通通用，欧欧洲使用用8688MHzz，美国国则使用用9155MHzz频段，但但这些均均是免申申请频段段，可以以直接使

34、使用。(7)网网络延迟迟时间短短。活动动设备信信道接入入延时和和休眠激激活延时时均仅为为15mms，而而搜索设设备延时时时间达达到110。2.3 ZiigBeee网络络设备组组成和网网络结构构根据ZiigBeee联盟盟所设定定的技术术标准，按按功能分分其网络络设备划划分为三三种：ZZigBBee协协调器(ZiggBeee Cooorddinaatorr)，ZZigBBee路路由器(ZiggBeee Roouteer)，ZZig,Beee终端设设备(ZZigBBee Endd Deevicce)。他他们的功功能分别别如下：(1) ZiggBeee协调器器(ZiigBeee CCoorrdinna

35、toor)：它是个个全功能能的设备备，包含含所有的的网络功功能，是是3种设设备中功功能最全全面亦最最复杂的的一种，特特点是计计算能力力强、存存储量大大。它的的作用是是发送网网络信标标、建立立并且管管理一个个网络及及网络节节点、存存储节点点信息并并且不断断地接收收下级节节点所发发来的信信息。(2) ZiggBeee路由器器(ZiigBeee RRoutter)：它也也是全功功能设备备在加入入网络后后，协调调器就会会分配给给它一定定量的十十六位地地址空间间，再由由其分别别分配给给下级节节点使用用，方便便每个节节点接入入或离开开网络，具具有数据据转发及及路由之之功能。(3) ZiggBeee终端设设

36、备(ZZigBBee Endd Deevicce)：其一般般的简化化的功能能设备。只只能自己己的与上上一级如如协调器器或路由由器之间间通信，包包括获取取网络地地址等。 在ZiggBeee协议规规范中，组组网时有有三种网网络拓扑扑结构可可供选择择：星型型结构(Staar)，网网状结构构(Meesh)和簇树树型结构构(CllustterTTreee)，图图2-11所示。星状（start）网状（Mesh）簇状（Cluster）协调器路由器终端设备图2-11 ZiigBeee网络络拓扑结结构图在星状结结构中无无论是路路由器或或终端设设备都是是直接与与协调器器进行通通信，而而ZiggBeee协调器器则负

37、责责运作与与维护着着整个网网络；在在簇状和和网状网网络结构构中，协协调器负负责初始始化和建建立网络络的操作作，而路路由器则则对网络络进行扩扩展，终终端设备备的信息息由路由由器进行行转发,只不过过在簇状状结构中中终端间间的信息息交换只只能通过过一级级级向上传传递到协协调器，再再由协调调器将信信息分发发下去11。2.4 ZiigBeee的协协议分析析2.4.1 网络层层（NWWK）ZigBBee网网络层的的主要功功能就是是确保ZZigBBee的的MACC层(IIEEEE 8002.115.44)正常常工作，同同时定义义了一些些必须的的函数，并并且为应应用层提提供适合合的服务务接口。网网络层提提供了

38、两两个必须须的功能能服务实实体来向向应用层层提供服服务接口口，它们们分别是是管理服服务实体体和数据据服务实实体。通通过网络络层数据据服务实实体服务务接入点点（NLLDE-SAPP），网网络层的的数据实实体（NNLDEE）得以以提供数数据传输输服务；网络层层管理实实体(NNLMEE)与之之不同，它它是通过过网络层层管理实实它体服服务接入入点(NNLMEE-SAAP)来来提供网网络管理理服务的的。网络络层管理理实体则则是利用用网络层层数据实实体完成成一些网网络的管管理工作作，并且且网络信信息库(NIBB)理是是网络层层管理实实体完成成的。1、网络络层数据据实体（NNLDEE） 网络层数数据实体体为

39、数据据提供服服务，在在两个或或多的设设备之间间进行数数据传送送任务时时，则是是按照应应用协议议数据单单元(AAPDUU)的格格式进行行传送的的，并且且所有的的这些设设备必须须是在同同一个网网络中，即即要求在在同一个个个域网网中。网络层数数据实体体提供的的服务如如下三项项：(1) 指定拓拓扑传输输路由，网网络层数数据实体体发送一一个网络络层的协协议数据据单元到到一个合合适的接接受设备备，此设设备可能能是一个个在通信信链路中中的中间间通信设设备，也也可能是是最终的的目的通通信设备备。(2) 生成网网络层的的协议数数据单元元(NPPDU)：通过过增加一一个适当当的协议议头，网网络层数数据实体体从应用

40、用支持层层协议数数据单元元中生成成网络层层的协议议数据单单元。(3) 安全：确保通通信的机机密性和和真实性性。 2、网网络层管管理实体体（NLLME）络层管理理实体允允许应用用与堆栈栈相互作作用，并并且提供供网络管管理服务务。网络络层管理理实体提提供了以以下的几几种服务务：(1) 配置一一个新的的设备：设备应应具有足足够的堆堆栈来保保证其正正常工作作的需要要，并且且满足配配置的需需要。配配置选项项包括对对连接一一个现有有网络设设备或一一个ZiigBeee协调调器的初初始化的的操作。(2) 初始化化一个网网络：使使设备有有能力建建立一个个新的网网络。(3) 连接和和断开网网络。要要求设备备具有断

41、断开网络络的能力力和具有有连接一一个新的的网络的的能力，以以建立一一个ZiigBeee协调调器或者者路由器器。(4) 邻居设设备发现现：需要要具有发发现、汇汇报和记记录相邻邻设备信信息的能能力。(5) 寻址：ZiggBeee协调器器和路由由器具有有分配地地址给新新加入网网络的设设备的能能力。(6) 路由发发现：具具有发现现并且记记录传送送信息的的网络路路由的能能力。(7) 接收控控制：具具有控制制设备是是否处于于接收状状态的能能力，即即控制接接收机接接收信息息时间的的长短和和什么时时候来接接收信息息，以此此来保证证MACC层的正正常接收收和同步步等。2.4.2 应用层层（APPP）应用层主主要

42、由用用户根据据具体的的应用进进行自我我开发，用用以维持持节点的的各种功功能，发发现此节节点工作作空间范范围内其其他节点点的工作作，再根根据服务务的需求求为各个个不同的的节点提提供通信信服务。ZZigBBee应应用层有有三个不不同的部部分分别别是：应应用支持持 (AAppllicaatioon SSuppportt Suub1aayerr，简称称APSS)子层层、ZiigBeee设备备对象 (ZiigBeee DDeviice Objjectt，简称称ZDOO)和制制造商定定义的应应用对象象。1、应用用支持子子层APS层层提供了了这样的的接口：在NWWK层和和APLL层间，从从设备对对象到供供应

43、商的的应用对对象的通通用服务务集。这这服务由由两个实实体得以以实现：APSS管理实实体(AAPSDDE)和和APSS数据实实体APPSDEE。(1) APSSME通通过APPSMEE服务接接入点(APSSME-SAPP)；(2) APSSDE通通过APPSDEE服务接接入点(APSSDE-SAPP)。APSDDE提供供了多种种服务给给应用对对象，维维护管理理对象的的数据库库，也就就是我们们常说的的AIBB，同时时这些服服务包括括绑定设设备和安安全服务务。APSDDE则提提供在同同一个网网络中的的两个或或多个应应用实体体间进行行数据通通信的服服务。2、应用用层框架架为存在ZZigBBee设设备中

44、的的应用对对象提供供活动的的环境的的是ZiigBeee中的的应用框框架。其其最多可可以定义义2400个较为为独立的的应用程程序对象象，任意意一个对对象的端端点编号号都是从从1到2240。另另外还有有两个附附加的节节点终端端为了AAPSDDE-SSAP的的使用：端点号号0专门门应用于于ZDOO数据接接口；而而另外一一端的端端点号2255则则专门应应用于所所有应用用对象广广播数据据的数据据接口；最后，端端点2441-2254则则是要保保留给有有需要扩扩展的时时候使用用的。3、ZiigBeee设备备对象ZigBBee设设备对象象(ZDDO)，描描述了一一个基本本的功能能函数，这这个函数数为在应应用对

45、象象、设备备proofille和AAPS之之间提供供了一个个接口。ZZDO位位于应用用支持子子层和应应用框架架之间，在在ZiggBeee协议栈栈中应用用操作的的一般需需求它有有所满足足。ZDDO还有有以下作作用：(1)初初始化安安全服务务规范(SSSS)，应应用支持持子层(APSS)和网网络层(NWKK)。(2)从从终端的的应用中中集合配配置的信信息来执执行和确确定发现现、网络络管理、绑绑定管理理，以及及安全管管理等作作用。ZDO描描述了应应用框架架层的应应用对象象的网络络功能和和应用对对象的公公用接口口用以控控制设备备。在终终端节点点0处, ZDDO则提提供了与与协议栈栈中低一一层进行行连接

46、的的接口，若若接受的的是数据据，则通通过APPSMEE-SAAP接入入点，而而若是控控制信息息则通过过APSSME-SAPP的接入入点。ZZDO公公用接口口则在ZZigBBee协协议栈的的应用框框架中提提供设备备发现、绑绑定、以以及安全全等各种种功能的的地址管管理服务务。ZigBBee设设备对象象的主要要功能如如下：(1)初初始化网网络层、应应用支持持子层和和安全服服务层；(2)发发起或响响应绑定定请求；(3)在在网络内内部发现现设备，并并且确定定为此发发现的设设备提供供的应用用服务种种类；(4)定定义设备备在网络络中的各各种角色色，如，终终端设备备、路由由器或协协调器；(5)从从终端的的应用

47、来来收集各各个配置置信息来来确定和和执行发发现管理理、网络络管理、安安全管理理和绑定定管理等等；(6)在在网内各各个设备备之间建建立起安安全又可可靠的关关系。2.5 本章章小结本章对ZZigBBee技技术进行行了主要要讨论。首首先对ZZigBBee技技术进行行了概述述，其次次简单介介绍了ZZigBBee技技术的各各种特点点及网络络拓扑图图，最后后对ZiigBeee的协协议，MMAC层层，还有有网络层层和应用用层的各各主要功功能都进进行了介介绍，为为下面的的研究工工作提供供了有力力基础。特特别对最最后在程程序设计计时起了了很大的的作用。第3章 系统统的总体体设计3.1 系统统结构本论文是是基于ZZigBBee技技术的无无线传感感器网络络环境监监测系统统，所以以根据ZZigBBee技技术的标标准和特特点设计计了由多多传感器