無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗教程---zstack協(xié)議棧中綁定

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗教程綁定實驗主講教師：柯宗武2012年12月Copyright：柯宗武本章內(nèi)容n綁定的基本概念n綁定的方法n實例講解Copyright：柯宗武實驗內(nèi)容n協(xié)調(diào)器通過廣播方式綁定終端節(jié)點，在液晶屏上顯示綁定過程。n終端節(jié)點綁定到協(xié)調(diào)器。綁定成功后發(fā)送“Hello World”給協(xié)調(diào)器并顯示。n綁定完成后，按協(xié)調(diào)器中鍵（center）時點亮對方的指示燈。Copyright：柯宗武預(yù)備知識-傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信Copyright：柯宗武預(yù)備知識- ZigBee網(wǎng)絡(luò)地址n網(wǎng)絡(luò)地址q在一個新設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)之后協(xié)調(diào)器會主動為它分配一個網(wǎng)絡(luò)地址，以方便在網(wǎng)絡(luò)中的身分確認(rèn)q理論地址范圍：0-655

2、35n某些專用的地址不會分配給設(shè)備q如：0 xFFFF是廣播地址（所有設(shè)備），0 xFFFE是廣播到FFD設(shè)備（全功能設(shè)備：路由器）Copyright：柯宗武預(yù)備知識-ZStack中網(wǎng)絡(luò)地址定義ntypedef structnn unionn n uint16 shortAddr;n ZLongAddr_t extAddr;n addr;n byte addrMode;n zAddrType_t;枚舉類型enum AddrNotPresent = 0, AddrGroup = 1, Addr16Bit = 2, Addr64Bit = 3, AddrBroadcast = 15;Copyrig

3、ht：柯宗武預(yù)備知識-應(yīng)用框架（Application Framework）nAF層為各個用戶自定義的應(yīng)用對象提供了模板式的活動空間，為每個應(yīng)用對象提供了鍵值對KVP服務(wù)和報文MSG服務(wù)兩種服務(wù)供數(shù)據(jù)傳輸使用。n每個節(jié)點除了64位的IEEE地址，16位的網(wǎng)絡(luò)地址，每個節(jié)點還提供了8位的應(yīng)用層入口地址，對應(yīng)于用戶應(yīng)用對象。端點0為ZDO接口，端點1至240供用戶自定義用于對象使用，端點255為廣播地址，端點241 -254保留將來使用。Copyright：柯宗武預(yù)備知識-應(yīng)用框架（Application Framework）n每一個應(yīng)用都對應(yīng)一個配置文件（Profile）。配置文件包括：設(shè)備ID

4、（Device ID），事務(wù)集群ID（cluster ID），屬性ID（Attribute ID）等。AF可以通過這些信息來決定服務(wù)類型。Copyright：柯宗武預(yù)備知識-profilesn應(yīng)用profiles是一組統(tǒng)一的消息，消息格式和處理方法，允許開發(fā)者建立一個可以共同使用的分布式應(yīng)用程序，這些應(yīng)用是利用駐扎在獨立設(shè)備中的應(yīng)用實體來實現(xiàn)的。這些應(yīng)用profiles允許應(yīng)用程序發(fā)送命令、請求數(shù)據(jù)和處理命令的請求。n總之，配置文件使得ZigBee 設(shè)備可以互操作。ZigBee 聯(lián)盟已經(jīng)定義了很多標(biāo)準(zhǔn)的配置文件，比如遠(yuǎn)程控制開關(guān)配置文件和智能家居等。任何遵循某一標(biāo)準(zhǔn)配置文件的節(jié)點都可以與其他實

5、現(xiàn)相同配置文件的節(jié)點進(jìn)行互操作。n一個public profile也規(guī)定了profile 的ID，比如智能家居就規(guī)定是0 x104。Copyright：柯宗武預(yù)備知識-簇（cluster）n簇標(biāo)識符可用來區(qū)分不同的簇，簇標(biāo)識符聯(lián)系著從設(shè)備流出和向設(shè)備流入的數(shù)據(jù)。在特殊的應(yīng)用profiles范圍內(nèi)，簇標(biāo)識符是唯一的。ncluster要理解成一個大方向下的一個特定對象，比如智能家居下的一個調(diào)光器，操作這個調(diào)光器就需要一些命令，比如變亮，變暗，關(guān)燈，開燈這些，另外，這個調(diào)光器也會有一個attribute，也就屬性，比如當(dāng)前的亮度，由亮變暗的過程經(jīng)歷多長時間。Copyright：柯宗武預(yù)備知識-簇（c

6、luster）n總結(jié)說來，Profile規(guī)范了應(yīng)該包括哪些cluster,一個cluster會有一個ID，在一個cluster下又會有很多command，也會有很多attibute,在一個cluster下面command 和attribute的ID要唯一，不同的cluster下可以重復(fù)，不同的profile下clusterID也可以重復(fù)。Copyright：柯宗武預(yù)備知識- ZigBee設(shè)備對象（ZDO）nZigBee設(shè)備對象（ZDO），描述了一個基本的功能函數(shù)，這個功能在應(yīng)用對象、設(shè)備profile和APS之間提供了一個接口。ZDO位于應(yīng)用框架和應(yīng)用支持子層之間。它滿足所有在ZigBee協(xié)議

7、棧中應(yīng)用操作的一般需要。此外ZDO還有以下作用：q初始化應(yīng)用支持子層（APS），網(wǎng)絡(luò)層（NWK），安全服務(wù)規(guī)范（SSS）。q從終端應(yīng)用集合中配置的信息來確定和執(zhí)行安全管理、發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)管理、以及綁定管理。Copyright：柯宗武預(yù)備知識- ZigBee設(shè)備對象（ZDO）nZDO描述了應(yīng)用框架層中應(yīng)用對象的公用接口以及控制設(shè)備和應(yīng)用對象的網(wǎng)絡(luò)功能。在終端節(jié)點0, ZDO提供了與協(xié)議棧中與低一層連接的接口，如果是數(shù)據(jù)則通過APSDE-SAP，如果是控制信息則通過APSME-SAP。qAPS數(shù)據(jù)實體（APSDE）提供在同一個網(wǎng)絡(luò)中的兩個或者更多的應(yīng)用實體之間的數(shù)據(jù)通信。通過APSDE服務(wù)接入點(AP

8、SDE-SAP)；qAPS管理實體（APSME）提供多種服務(wù)給應(yīng)用對象，這些服務(wù)包含安全服務(wù)和綁定設(shè)備，并維護(hù)管理對象的數(shù)據(jù)庫，也就是我們常說的AIB。Copyright：柯宗武預(yù)備知識- ZDO與Profile的關(guān)系nZDO是ZigBee設(shè)備對象，屬于特殊的Endpoint（特制自己）；Profile面向某個應(yīng)用的公約或準(zhǔn)則，包括5種描述項；AF是應(yīng)用層。nProfile是法律條款， ZDO是邏輯工作實體（自己）； Profile中的多種描述項是條例、是圖紙， ZDO是具體實現(xiàn)。以上內(nèi)容詳見ZigBee2007協(xié)議規(guī)范Copyright：柯宗武綁定 (Binding)的基本概念n綁定是一種兩

9、個 ( 或者多個 ) 應(yīng)用設(shè)備之間信息流的控制機(jī)制 。n綁定允許應(yīng)用程序發(fā)送一個數(shù)據(jù)包而不需要知道目標(biāo)地址。 APS 層從它的綁定表中確定目標(biāo)地址 ，然后將數(shù)據(jù)繼續(xù)向目標(biāo)應(yīng)用或者目標(biāo)組發(fā)送n當(dāng)兩個設(shè)備已經(jīng)在他們的簡單描述符結(jié)構(gòu)中登記為一樣的簇ID,并且一個作為輸入另一個作為輸出時,綁定才能成功。n綁定服務(wù)是針對設(shè)備端點上的簇，用戶程序只需要提供端點號和簇ID，就可以通過綁定表找到對應(yīng)的被綁定的節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)地址和端點號，從而實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的發(fā)送 Copyright：柯宗武建立綁定表n有四種方法可以建立一個綁定表：qZigBee Device Object Bind Request(Match方式)n

10、一個啟動工具可以告訴設(shè)備創(chuàng)建一個綁定記錄qZigBee Device Object End Device Bind Requestn兩個設(shè)備可以告訴協(xié)調(diào)器它們想要建立一個綁定表記錄。協(xié)調(diào)器來協(xié)調(diào)并在兩個設(shè)備中創(chuàng)建綁定表記錄。qDevice Applicationn一個設(shè)備上的應(yīng)用程序建立或者管理一個綁定表q由管理員手工綁定n通過pc機(jī)串口發(fā)送綁定命令，集中管理。Copyright：柯宗武ZigBee Device Object Bind Requestn任何一個設(shè)備都可以發(fā)送一個 ZDO 信息給網(wǎng)絡(luò)中的另一個設(shè)備，用來建立綁定表。稱之為援助綁定，它可以為一個發(fā)送設(shè)備創(chuàng)建一個綁定記錄。nMatc

11、h方式q一個節(jié)點可以通過調(diào)用afSetMatch函數(shù)允許或禁止本節(jié)點被Match(協(xié)議棧默認(rèn)允許，可以手工關(guān)閉)，然后另外一個節(jié)點在一定的時間內(nèi)發(fā)起ZDP_MatchDescReq請求，允許被Match的節(jié)點會響應(yīng)這個Req，發(fā)起的節(jié)點在接收到RSP的時候就會自動處理綁定。Copyright：柯宗武Match方式n網(wǎng)絡(luò)中不一定有協(xié)調(diào)器存在，但是有A、B、C、D等多個節(jié)點，A性質(zhì)是Outcluster，B、C、D的性質(zhì)是Incluster，你可以通過按鍵策略來在一定時間內(nèi)允許B、C、D中的任何一個開啟被Match的功能，同時A發(fā)起Match請求(廣播的)，那么被允許Match的節(jié)點就會在收到請求

12、后將自己的信息返給A，A在得到rsp的時候來處理綁定，Copyright：柯宗武Match方式綁定流程Copyright：柯宗武Match方式綁定流程Copyright：柯宗武ZigBee Device Object End Device Bind Requestn這個機(jī)制是在指定的時間周期 (timeout period) 內(nèi) ， 通過按下選定設(shè)備上的按鈕或者類似的動作來綁定。協(xié)調(diào)器在指定的時間周期內(nèi)，搜集終端設(shè)備的綁定請求信息，然后以配置 ID(Profile ID) 和簇ID(Cluster ID) 協(xié)議為基礎(chǔ)，創(chuàng)建一個綁定表記錄作為結(jié)果。默認(rèn)的設(shè)備綁 定時間周期(APS_DEFAULT

13、_MAXBINDING_TIME) 是 16 秒鐘 ( 在 nwk_globals.h 中定義 ) 。但是將它添加到f8wConfig.cfg 中，則可以更改。 Copyright：柯宗武ZigBee Device Object End Device Bind Request綁定程序流程n在 GenericApp.c 中的GenericApp_HandleKeys 函數(shù)中首先確定目的地址類型及目的地址，然后調(diào)用 ZDApp_SendEndDeviceBindReq()n函數(shù)ZDApp_SendEndDeviceBindReq搜集所有終端節(jié)點的請求信息，然后調(diào)用 ZDP_EndDeviceBin

14、dReq() 【userApp.c】函數(shù)將這些信息通過fillAndSend（）【ZDProfile.c】函數(shù)調(diào)用AF_DataRequest（） 【ZDProfile.c】函數(shù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器。Copyright：柯宗武ZigBee Device Object End Device Bind Request綁定程序流程n協(xié)調(diào)器調(diào)用函數(shù)ZDApp_ProcessOSALMsg（）【ZDApp.c】nZDApp_ProcessOSALMsg調(diào)用函數(shù) ZDP_IncomingData() 【 ZDProfile.c 】函數(shù)接收這些信息。nZDApp_ProcessMsgCBs函數(shù)處理響應(yīng)信息，調(diào)用ZD

15、O_MatchEndDeviceBind()【 ZDObject.c 中】函數(shù)來處理這個請求。Copyright：柯宗武ZigBee Device Object End Device Bind Request綁定程序流程n當(dāng)收到兩個匹配的終端設(shè)備綁定請求，協(xié)調(diào)器在請求設(shè)備中啟動創(chuàng)建源綁定記錄的進(jìn)程。假設(shè)在ZDO 終端設(shè)備中發(fā)現(xiàn)了匹配的請求，協(xié)調(diào)器將執(zhí)行下面的步驟：q發(fā)送一個解除綁定請求給第一個設(shè)備。這個終端設(shè)備鎖定進(jìn)程，這樣解除綁定被首先發(fā)送來去掉一個已經(jīng)存在的綁定記錄。q等待 ZDO 解除綁定的響應(yīng)，如果響應(yīng)的狀態(tài)是 ZDP_NO_ENTRY ，則發(fā) 送一個 ZDO 綁定請求Copyrigh

16、t：柯宗武ZigBee Device Object End Device Bind Request綁定程序流程q在源設(shè)備中創(chuàng)建一個綁定記錄。如果狀態(tài)是 ZDP_SUCCESS ，則繼續(xù)前進(jìn)到第一個設(shè)備的簇ID 。q等待 ZDO 綁定響應(yīng)，如果收到了，則繼續(xù)前進(jìn)到第一個設(shè)備的下一個簇ID 。q當(dāng)?shù)匾粋€設(shè)備完成后，用同樣的方法處理第二個設(shè)備。q當(dāng)?shù)诙€設(shè)備也完成之后，發(fā)送 ZDO 終端設(shè)備綁定請求消息給兩個設(shè)備。Copyright：柯宗武Device Applicationn另一種進(jìn)入設(shè)備綁定記錄的方式是應(yīng)用自己管理綁定表 。 這就意味著應(yīng)用程序需要通過調(diào)用下面的綁定管理函數(shù)在本地進(jìn)入并且刪除綁定

17、記錄：qbindAddEntry() 在綁定表中增加一個記錄qbindRemoveEntry() 從綁定表中刪除一個記錄qbindRomoveClusterIdFromList() 從一個存在的綁定表記錄中刪除一個群 IDqbindAddClusterIdToList() 向一個已經(jīng)存在的綁定記錄中增加一個群 IDqbindRemoveDev() 刪除所有地址引用的記錄Copyright：柯宗武Device ApplicationqbindRemoveSrcDev() 刪除所有源地址引用的記錄qbindUpdateAddr() 將記錄更新為另一個地址qbindFindExisting() 查找

18、一個綁定表記錄qbindIsClusterIdInList() 在表記錄中檢查一個已經(jīng)存在的群 IDqbindNumBoundTo() 擁有相同地址 ( 源或者目的 ) 的記錄的個數(shù)qbindNumEntries() 表中記錄的個數(shù)qbindCapacity() 最多允許的記錄個數(shù)qbindWriteNV() 在 NV 中更新表Copyright：柯宗武實例講解-預(yù)備知識(ENDPOINT 一般描述符)n每個ENDPOINT都必須有一個Zigbee簡單描述。這些描述對Zigbee網(wǎng)絡(luò)刻畫了這個ENDPOINT ，其他設(shè)備可以詢問這個終端以知道這個設(shè)備的類型。Copyright：柯宗武實例講解-

19、預(yù)備知識(ENDPOINT 一般描述符)n/ Simple Description Format Structurentypedef structnn byte EndPoint;n uint16 AppProfId;n uint16 AppDeviceId;n byte AppDevVer:4;n byte Reserved:4; / AF_V1_SUPPORT uses for AppFlags:4.n byte AppNumInClusters;n cId_t *pAppInClusterList;n byte AppNumOutClusters;n cId_t *pAppOutClus

20、terList;n SimpleDescriptionFormat_t;Copyright：柯宗武實例講解-預(yù)備知識(ENDPOINT 一般描述符)nEndPoint 端口號：1-240 這是節(jié)點的子地址，用來接收數(shù)據(jù)nAppProfId 定義了這個終端上支持的Profile ID）， ID最好遵循由ZigBee聯(lián)盟的分配。nAppDeviceId 終端支持的設(shè)備ID，ID最好遵循ZigBee聯(lián)盟的分配。nAppDevVer 此終端上設(shè)備執(zhí)行的設(shè)備描述的版本：0 x00為Version 1.0. nReserved 保留 nAppNumInClusters 終端支持的輸入簇數(shù)目 npAppIn

21、ClusterList 指向輸入Cluster ID列表的指針nAppNumOutClusters 終端支持的輸出簇數(shù)目 npAppOutClusterList 指向輸出Cluster ID列表的指針Copyright：柯宗武實例講解-預(yù)備知識(ENDPOINT 描述符)n節(jié)點中的每一個ENDPOINT都必須有一個設(shè)備描述符ntypedef structnn byte endPoint;n byte *task_id; / Pointer to location of the Application task ID.n SimpleDescriptionFormat_t *simpleDesc

22、;n afNetworkLatencyReq_t latencyReq;n endPointDesc_t;task_id -任務(wù)ID指針，當(dāng)接收到消息時，此任務(wù)ID將指示消息傳遞目的。接收到的消息是以O(shè)SAL消息形式包裝的，將發(fā)送到一個任務(wù)。simpleDesc -指向這個終端的ZigBee簡單描述。 。必須用noLatencyReqs來填充。Copyright：柯宗武實例講解-預(yù)備知識(設(shè)備注冊函數(shù))nafStatus_t afRegister( endPointDesc_t *epDesc );n為設(shè)備注冊一個新的終端nepDesc -指向終端描述符n返回值：afStatus_t -若成功

23、則返回ZSuccess，否則返回ZComDef.h中定義的錯誤Copyright：柯宗武實例講解-預(yù)備知識(發(fā)送數(shù)據(jù)的函數(shù))nafStatus_t AF_DataRequest( afAddrType_t *dstAddr, endPointDesc_t *srcEP, uint16 cID, uint16 len, uint8 *buf, uint8 *transID, uint8 options, uint8 radius );ndstAddr -目標(biāo)地址指針。nsrcEP -發(fā)送終端的終端描述符指針ncID -簇IDnlen -要發(fā)送的字節(jié)數(shù)nbuf -指向要發(fā)送的數(shù)據(jù)緩存的指針ntra

24、nsID -事務(wù)序列號指針。如果消息緩存發(fā)送，這個函數(shù)將增加這個數(shù)字Copyright：柯宗武實例講解-預(yù)備知識(發(fā)送數(shù)據(jù)的函數(shù))noptions -發(fā)送選項，可以由下面一項，或幾項相或得到qAF_ACK_REQUEST 0 x10 要求APS應(yīng)答，這是應(yīng)用層的應(yīng)答，只在直接發(fā)送（單播）時使用。qAF_DISCV_ROUTE 0 x20 總要包含這個選項qAF_SKIP_ROUTING 0 x80 設(shè)置這個選項將導(dǎo)致設(shè)備跳過路由而直接發(fā)送消息。終點設(shè)備將不向其父親發(fā)送消息。在直接發(fā)送（單播）和廣播消息時很好用。nradius 最大的跳數(shù)，用默認(rèn)值A(chǔ)F_DEFAULT_RADIUSnafStat

25、us_t 成功則為ZSuccess(defined in ZComDef.h). 否則 Errors（defined in ZComDef.h）Copyright：柯宗武實例講解-預(yù)備知識（綁定請求）nZDP_EndDeviceBindReq參數(shù)說明qafStatus_t ZDP_EndDeviceBindReq(q zAddrType_t *dstAddr,q uint16 LocalCoordinator,q byte endPoint,q uint16 ProfileID,q byte NumInClusters, cId_t *InClusterList,q byte NumOutCl

26、usters, cId_t *OutClusterList,n byte SecurityEnable )dstAddr：協(xié)調(diào)器地址，有協(xié)調(diào)器協(xié)助進(jìn)行綁定；LocalCoordinator：需要綁定的節(jié)點網(wǎng)絡(luò)地址（本節(jié)點地址）；endPoint：需要綁定的端點號；ProfileID：協(xié)議ID；NumInClusters：輸入簇個數(shù)；InClusterList：輸入簇列表；NumOutClusters：輸出簇個數(shù)；OutClusterList：輸出簇列表；Copyright：柯宗武實例講解-預(yù)備知識（綁定匹配應(yīng)答）nafStatus_t ZDP_MatchDescReq( zAddrType_t

27、 *dstAddr, uint16 nwkAddr,n uint16 ProfileID,n byte NumInClusters, cId_t *InClusterList,n byte NumOutClusters, cId_t *OutClusterList,n byte SecurityEnable )Copyright：柯宗武實例講解n定義輸入、輸出簇n定義兩個設(shè)備描述n用戶任務(wù)初始化n用戶任務(wù)處理函數(shù)q按鍵處理q上鍵-ENDDEVICE 發(fā)起綁定請求q右鍵-CORDINATER發(fā)起綁定請求q左鍵-啟動Match方式q中鍵-要求添加一個程序，按下CORDINATER中鍵控制ENDDE

28、VICE一個燈Copyright：柯宗武綁定表演程序簡介Copyright：柯宗武綁定表演-1n重新依次啟動協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點及終端節(jié)點。n等待節(jié)點都加入網(wǎng)絡(luò)后。n把路由節(jié)點或終端節(jié)點的搖桿按鍵向右拔，OLED顯示：Copyright：柯宗武綁定表演-2n然后把另一個節(jié)點的搖桿按鍵也向右拔，OLED顯示：如果綁定成功，兩個節(jié)點同時顯示：Copyright：柯宗武綁定表演-3n如果兩個節(jié)點綁定成功后，這兩個節(jié)點會啟動超時定時器，每隔3秒向?qū)Ψ桨l(fā)送一次數(shù)據(jù)，另一個節(jié)點接收到數(shù)據(jù)后顯示出來，并顯示接收到數(shù)據(jù)的次數(shù)，如圖：Copyright：柯宗武實例講解2n自動匹配q使用IAR7.51打開“Proje

29、ctszstackSamples GenericApp CC2530DB”中工程文件“GenericApp.eww”。q查看物理地址，兩個節(jié)點物理地址不能相同q修改PANID，每個同學(xué)不一樣。Copyright：柯宗武代碼講解nGenericApp.cqGenericApp_HandleKey()nZDP_MatchDescReq ();發(fā)送綁定請求qfillAndSend ();AF_DataRequest ();將打包好的數(shù)據(jù)通過無線的形式發(fā)送出去 ,注意是發(fā)給ZDO層地址nZDO層接收到無線數(shù)據(jù)包后，會產(chǎn)生一個AF_INCOMING_MSG_CMD消息 Copyright：柯宗武代碼講解

30、nZDApp.cqZDP_IncomingData ();/將消息按指定格式提取出來，并將消息路由到不同函數(shù)進(jìn)行處理：將在ZDO注冊過的回調(diào)消息，轉(zhuǎn)交到回調(diào)消息響應(yīng)部分處理；將指定的簇交由對應(yīng)函數(shù)處理。 n handled = ZDO_SendMsgCBs( &inMsg ); /處理ZDO回調(diào)消息 nzdpMsgProcs ();/ 在文件ZDProfile.c中注冊綁定消息處理函數(shù)ZDO_ProcessMatchDescReq() Copyright：柯宗武代碼講解nZDO_ProcessMatchDescReq ()；/遍歷本設(shè)備中注冊過的端點描述符，使每個端點描述符的簇列表與無

31、線收到簇列表進(jìn)行匹配。 qZDP_MatchDescRsp ();/成功匹配，發(fā)送Match_Desc_rsp 消息n在應(yīng)用層注冊有匹配描述符響應(yīng)消息，當(dāng)無線接收到響應(yīng)數(shù)據(jù)包，在應(yīng)用層回產(chǎn)生一個ZDO_CB_MSG消息。并調(diào)用GenericApp_ProcessZDOMsgs函數(shù)進(jìn)行處理 Copyright：柯宗武代碼講解nGenericApp_ProcessZDOMsgs()qcase Match_Desc_rsp: nZDO_ParseEPListRsp ();/對接收到的信息包進(jìn)行解析，并將解析得到地址信號保存起來，作為通信的依據(jù)。 n在應(yīng)用層注冊匹配描述符響應(yīng)： qZDO_RegisterForZDOMsg( GenericApp_TaskID