wsn试验报告0909100825郑祖辉

1、无线传感器网络课程设计报告学 号：0909100825姓 名：祖耀专业班级： 物联网1001指导教师：高建良概述实验容及实验目的无线传感器网络是物联网的基本组成部分， 是物联网用来感知和 识别周围环境的信息生成和采集系统，传感器网络对信息处理来说如 同人体的感觉突触一样重要，为了方便感知和部署并提高网络的可扩 展性，传感器网络一般采用无线通信方式， 从而形成了节点之间可自 组织拓扑结构的无线传感器网络。本课程设计的目的综合应用学生所 学知识，建立系统和完整的传感器网络概念，理解和巩固无线传感器网络基本理论、原理和方法，掌握无线传感器网络开发的基本技能。 本次课程设计的主要任务是无线传感器网络软

2、件仿真与实验箱运用， 理解ZStack协议栈，其中：实验一多点自组织组网实验的实验目的是：1、理解zigbee协议及相关知识。2、在ZX2530A型CC2530节点板上实现自组织的组网3、在ZStack协议栈中实现单播通信。实验二信息广播、组播实验的实验目的是：1、理解zigbee协议及相关知识。2、在ZStack协议栈下实现信息的广播和组播功能。实验三网络拓扑选择实验目的是：1、理解zigbee协议及相关知识。2、在ZStack协议栈下实现网络拓扑的控制。二、实验原理及设计一、多点自组织组网实验1、 实验原理程序执行在进行一系列的初始化操作后程序就进入事件轮询状态。对于终端节点，若没有事件发

3、生且定义了编译选项 POWER_SAVING则节点进入休眠状态。协调器是Zigbee三种设备中重要的一种。它负责网络的建立， 包括信道选择，确定唯一的PAN地址并把信息向网络中广播，为加 入网络的路由器和终端设备分配地址，维护路由表等。本实验在Zstack的事例代码simpleApp修改而来。首先介绍 任务初始化的概念，由于自定义任务需要确定对应的端点和簇等信 息，并且将这些信息在 AF层中注册，所以每个任务都要初始化然 后才会进入OSAL系统循环。在Z-Stack流程图中，上层的初始 化 集中在 OSAL初始化(osal_init_system)函数中。包括了存储空间、 定时器、电源管理和

4、各任务初始化。其中用户任务初始化的流程如 下：开始指定任务ID网络状态初始化指定目的地址注册应用对象结束用户任务初始化流程图任务ID （taskID）的分配是OSAL要求的，为后续调用事件函数、 定时器函数提供了参数。网络状态在启动的时候需要指定，之后才能 触发ZDO_STATE_CHANGE*件，确定设备的类型。目的地址分配 包括寻址方式，端点号和地址的指定，本实验中数据的发送使用单播 方式。之后设置应用对象的属性，这是非常关键的：本实验profile标识符采用默认设置，输入输出簇设置为相同 MY_PROFILE_ID2、 总体设计先启动协调器节点，协调器节点上电后进行组网操作，再启动路 由

5、节点和终端节点，路由节点和终端节点上电后进行入网操作，成功入网后周期的将自己的短地 址，父节点的短地址，自己的节点ID封装成数据包发送给协调器节点，协调器节点接收到数据包后通过串口传给 PC,从PC上的串口监控程序查看组网情况。发送数据格式为（16进制）：FF源节点（16bit） 父节点（16bit） 节点编号ID（8bit）例如FF 4B 00 00 00 01 ,表示01号节点的网络地址为004B,发送数据到父节点，其网络地址为00 00（协调器）。3、详细设计实验设备及工具? 硬件：DZ2530型CC2530节点板、USB接口的仿真器，PC机 Pentium100 以上。 ?软件：PC机

6、操作系统 WinXP、IAR集成开发环境、ZTOOL程 序。实验步骤(1) .打开工程文件夹协议栈实验2.多点自组网 ProjectszstackSamplesSimpleAppCC2530DB 下的工程文件 SimpleApp.eww。(2),选择工程编译，生成协调器代码，并下载到 ZX2530A开发板。此节点为协调 器节点。(3),选择工程编译，生成终端节点代码，并下载到ZX2530开发板。此节点为终端节点。(4),选择工程编译，生成路由器节点代码，并下载到ZX2530开发板，此节点为路由器节点。(5) .用串口线将协调器节点与 pc连接起来，在pc端打开 ZTOOL程序。(ZTOOL程序

7、在zstack安装后自动安装)(6) .开启ZX2530A型CC2530节点板电源。(7) .在ZTOOL程序中观察组网结果。4、分析及结论由接收数据的DebugString可以看出图中有两个节点加入了网 了，其中一个节点的 DEVID是21,网络地址：4f07,父节点地址是 0即协调器。另外一个节点的 DEVID是11,网络地址：A6F7,父 节点地址是4f07即上一节点。实验中可以试着改变不同节点的位 置，然后通过ZTOOL看看组网结果有什么不同。二、信息广播、组播实验1、实验原理当应用层想发送一个数据包到所有网络中的所有设备时使用广 播传输模式，为实现广 播模式，需设置地址模式为 Add

8、rBroadcast, 目的地址被设置为下列值之 NWK_BROADCAST_SHORTADDR_DEVALL (0xFFFF)-言息将被发送到网络中的所有 设备（包括休眠的设备）。对于休眠的设备，这 个信息将被保持在它的父节点，直到该休眠设备获 得该信 息或者该信息时间溢出 （f8wConfig.cfg中的 NWK_INDIRECT_MSG_TIMEOU该项）。NWK_BROADCAST_SHORTADDR_DEVRXON （0xFFFD）该信息将 被发送到网络中 有接收器并处于IDLE（RX ON WHEN IDL孚态下的 所有设备。也就是说，除了休眠模式设 备的所有设备NWK_BROAD

9、CAST_SHORTADDR_DEVZCZR （0xFFFC）该信息被发送 到所有路由 器（包括协调器）。本实验选择的目的地址为 NWK_BROADCAST_SHORTADDR_DEVALL当应用层想发送一个数据包到一个设备组的时候使用组播模式。 为实现组播模式，需 设置地址模式为afAddrGroup。在网络中需预 先定义组，并将目标设备加入已存在的组（看ZStack API文档中的 aps_AddGroup（）。广播可以看作是组播的特例。在 对 ZDO_STATE_CHANG绰件的处理中启动定时器来触发 协 调器发 送数据 的事 件MY_REPORT_EVT在对 MY_REPORT_EV惇

10、件的处理中发送数据 hello world!,并启动定时 器再一次触发MY_REPORT_EV伸件，进行周期广播或组播。为实现组播，应在终端或路由节点的程序中注册一个组（注册的组号应与发送数据的目的地址一致），ZStack中，组是以链表的形式存在， 首先需要定义组表的头节点（在 p2p_test.c 文件中），定义语句 为 apsGroupItem_t*group_t;,然后再定义一个一个组 groupl aps_Group_t groupl;）,在初始化函数中对组表分配空间（调 用函数osal_mem_alloc）,并初始化组号和组名，然后调用 aps_AddGroup将这个组加入到定义的端

11、点应用中（为使用 aps_AddGroup函数，程序中应包含 aps_groups.h头文件）。2、总体设计协调器节点上电后进行组网操作组网操作，终端节点和路由节点 上电后进行入网操作，接着周期向所有节点广播（或部分节点组播）数据包 （Hello World ）,节点收到数据包后通过串口传给PC, 通过ZTOOL程序观察接收情况。3、详细设计实验设备及工具硬件：ZX2530A型CC2530节点板、USB接口的仿真器，PC 机软件：PC机操作系统 WinXP、IAR集成开发环境、ZTOOL程 序实验步骤1 .打ProjectszstackSamplesSimpleAppCC2530DB 文件夹下

12、 iar 工程文件 SimpleApp.eww2 .选择工程 MPCoordinator编译，生成协调器代码，并下载到ZX2530A开 发板。此节点为协调器节点3 .选择工程MPEndPoint编译，生成终端节点代码，并下载到ZX2530开 发板。此节点为终端节点。4 .选择工程MPRouter编译，生成路由器节点代码，并下载到ZX2530开发板，此节点为路由器节点。5 .用串口线将非路由节点与 pc连接起来。6 .开启ZX2530A型CC2530节点板电源。7 .打开ZTOOL程序，观察各个终端节点的输出结果4、分析及结论当地址模式设置为广播模式时（假设终端或路由节点已成功入网），网络中所以

13、的节点都能接收到 sink节点广播的信息。三、网络拓扑选择实验1、实验原理ZigBee有三种网络拓扑，即星形、树形和网状网络，这三种网络拓扑 在zstack协议栈下均可实现。星形网络中，所有节点只能与协调器进行通 信，而他们相互之间的通信是禁止 的；树形网络中，终端节点只能与它的父 节点通信，路由节点可与它的父节点和子节点通信；网状网络中，全功能节 点之间是可以相互通信的。在 zstack中，通过设置宏定义 STACK_PROFILE_ID勺值（在nwk_globals.h 中定义） 可以 选择不同 控 制模式（总共有三种控制模式，分别为 HOME_CONTROLS、 GENERIC_STAR

14、 和 NETWORK_SPECIFIC 默认模式为 HOME_CONTROLS）,再选择不 同的网络拓扑（NWK_MODE ）,也可 以只修改 HOME_CONTROLS的网络模式 （NWK_MODE ）,来选择不同的 网络拓扑，由于网络的组建 是由 协调 器来控 制的，因 此只 需修改 协 调器的程序即可。可以设定数组CskipRtrs和CskipChldrn 的值进 一步控制网络的 形式，CskipChldrn数组的值代表每一级可以加入的子节点 的最大数目，CskipRtrs数组的值代表每一级可以加入的路由节点的最大数 目，如在星型网络中，定义 CskipRtrsMAX_NODE_DEPT

15、H+1 =5,0,0,0,0,0CskipChldrnMAX_NODE_DEPTH+1 = 10,0,0,0,0,0,代表只有协 调器允许节点加入，且协调器最多允许10个子节点加入，其中最多5个路 由节点，剩余的为终端节点。2、总体设计先配置网络拓扑为星形网络，启动协调器节点，协调器节点上电后进 行组网操作，再启动路由节点和终端节点，路由节点和终端节点上电后进行 入网操作，成功入网后周期的将自己的短地址，父节点的短地址，自己的节 点ID封装成数据包发送给sink节点，Sink节点接收到数据包后通过串口 传给PC,从PC上的串口监控程序查看组网情况。发送数据格式为（16进制）: FF源节点（16

16、bit） 父节点（16bit） 节点编号ID（8bit） 例如FF 4B 00 00 01 ,表示01号节点的网络地址为004B,发送数据到父节点，其网 络地址 为00 00（协调器）。再依次配置网络拓扑为树形网络和网状网络，启动网络进 行，进行组网操作。3、详细设计实验设备及工具硬件：ZX2530A型CC2530节点板、USB接口的仿真器，PC机 Pentium100 以上。软件：PC机操作系统 WinXP、IAR集成开发环境、串口监控程序,ZTOOL 程序实验步骤1 .打开工程，将 nwk_globals.h中的STACK_PROFILE_ID勺值设置为 GENERIC_STA R2 .编

17、译工程，将目标代码通过编程调试板分别下载到协调器节点和多个 终端节点和路由节点中，并检查每个节点的长地址，并检 查每个节点的 IEEE地址（确保长地址为非 0XFFFFFFFFFFFFFFFW效长地址）。3 .用串口线将协调器节点连接到 PC上。4 .打开ZTOOL软件。5 .复位各个节点。6 .在ZTOOL软件上观察组网情况。7 .将 STACK_PROFILE_ID值设置为 HOME_CONTROLS 选择网络模 式 NWK_MODE_TREE可以修改 CskipRtrs0的值和 CskipChldrn0的值使得 sink节点只允许路由节点加入，让终端节点加入路由节点（这种情况下终端 节点

18、入网比较困难，若长时间入网不成功，则复位终端节点，重新入网）， 重复步骤三到七，8 . 选择HOME_CONTROLS的网络模式为 NWK_MODE_MESH （组成 网状网络），重复步骤3至U 7。4、分析及结论当组成星形网络时，所以终端节点和路由节点的父节点地址为00 （即协调器节点），当组成树形网络时（已配置协调器节点只允许路由节点加入）， 先让路由节点加入网络，再让终端节点加入，三个节点组成树状网络（终端 节点加入路由节点比较困难，应多次尝试），在组成网状网络时（易于直接 组成星形网络）通过协调器节点接收数据得到的网络结构和树形网络结构一 致（在涉及路由时才能体现出网状网络来）。三、实

19、验结果1、多点自组织组网实验实验结果截图如下:各节点情况:2、 多点自组织组网实验实验结果截图如下:各节点情况3、网络拓扑选择实验实验结果截图如下rr tljCOI - CDBI. Loe EiLtblcd ' X Cle*r H .七 苜5 声|*ia |七|印，HX: i *印 小OML KBUS副子附I PebflifMiQC EEV1KZL SM4f ：ME7? P A±b：iOnffi (DnHj MEj, Mfr.酢何时他0科 配珥一。IkZ，X小曰 Dm&I, Q皿-/ 3箝 X/ 6K»b DK3L MD,CMrtd ChTXCNMi MDj

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