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出版者:北京航空航天大学

作者:李文仲//段朝玉

出品人:

页数:314

译者:

出版时间:2009-3

价格:35.00元

装帧:

isbn号码:9787811244939

丛书系列:

图书标签:

zigbee
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具体描述

《ZigBee2007/PRO协议栈实验与实践》没有太多的理论描述，主要从实践人手，让读者更多地体会ZigBee协议如何用程序实现，如何利用ZigBee协议达到需要的目的，如何在ZigBee协议栈之上建立自己的应用，从而更快速地完成项目。介绍掌握ZigBee技术的关键——ZigBee协议栈。从ZigBee1.0到ZigBee1.1，再到目前的ZigBee PRO，协议栈的结构、功能调用、参数设置、软件代码等都有了重大的变化，掌握的难度也在不断增加。如何在这复杂的协议栈技术手册和浩瀚的代码中抓住其中的精髓？如何驾驭协议栈和实现自己的应用设计？只有靠具体动手实践，靠大量的实验去体验和观察。同时介绍了《ZigBee2007/PRO协议栈实验与实践》涉及的ZigBee芯片CC2520及相关低功耗微控制器MSP430。

《ZigBee2007/PRO协议栈实验与实践》可作为从事单片机，无线应用、自动化控制、无线传感等技术的工程技术人员的学习、参考用书，也可作为高等院校的计算机、电子、自动化专业无线通信课程的教材。

ZigBee 2007/PRO 协议栈深度探索与实战指南一、概述本书旨在为读者提供一个全面、深入且极具实践性的 ZigBee 2007/PRO 协议栈学习平台。我们并非简单罗列协议规范，而是致力于将抽象的协议概念转化为可操作的代码和可验证的实验，帮助读者真正理解 ZigBee 网络的构建、通信机制以及在实际应用中的部署。本书内容覆盖了 ZigBee 2007/PRO 协议栈的核心组成部分，从物理层到应用层，再到网络层和安全机制，都进行了详细的讲解和实验验证。通过本书的学习，您将能够独立设计、开发和调试基于 ZigBee 2007/PRO 的无线传感器网络（WSN）和物联网（IoT）应用。二、内容深度解析 1. ZigBee 协议栈架构与基础理论 ZigBee 标准概览：本章将从宏观角度介绍 ZigBee 标准的发展历程、核心理念及其与 IEEE 802.15.4 等相关标准的联系。我们将深入剖析 ZigBee 协议栈的多层结构，详细解析每一层的功能及其与其他层之间的交互关系。 IEEE 802.15.4 协议详解：作为 ZigBee 的底层基础，IEEE 802.15.4 协议在本书中占据重要篇幅。我们将详细讲解其物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）的协议细节，包括信道访问机制（CSMA/CA）、帧格式、地址分配、数据传输模式（帧的发送、接收、确认）以及低功耗模式（如信标帧、休眠唤醒机制）等。我们将通过实际抓包分析，直观展示 MAC 层协议的工作流程。 ZigBee 网络层（NWK）详解：网络层是 ZigBee 实现路由、设备发现和拓扑管理的关键。本书将深入讲解 ZigBee 的拓扑结构（星型、网状、树型），以及各种设备角色的功能（协调器Coordinator, 路由器Router, 终端设备End Device）。我们将详细阐述设备加入网络、路由发现（AODV 变种）、路由维护、网络广播和单播等机制。特别地，对于 ZigBee 2007/PRO 中引入的优化路由机制，我们将进行深入的剖析和实验验证。 ZigBee 应用层（APL）详解：应用层定义了 ZigBee 设备的具体功能和通信模式。本书将重点介绍 ZigBee 设备对象（ZDO）的功能，包括设备描述、服务发现、绑定管理等。我们将详细讲解 ZigBee 集群库（Cluster Library）的结构和常用集群，如基本设备集群、智能能源集群、家庭自动化集群等。通过实际案例，展示如何利用应用层协议实现特定功能。 ZigBee 安全机制： ZigBee 2007/PRO 提供了强大的安全功能，以保护无线通信免受窃听、篡改和伪造。本书将全面解析 ZigBee 的安全模型，包括密钥管理（网络密钥、链路密钥）、加密算法（AES-128）、认证和完整性校验。我们将通过实验演示如何配置和使用 ZigBee 安全功能，确保网络的安全性。 2. ZigBee 2007/PRO 协议栈实战开发开发环境搭建：本部分将指导读者如何搭建 ZigBee 2007/PRO 的开发环境，包括选择合适的硬件平台（如 CC2530、XCVR02 等 ZigBee SoC）、安装相应的 SDK、IDE 以及调试工具。我们将提供详细的软件安装和配置步骤，确保读者能够顺利启动开发工作。 ZigBee 节点开发入门：从最基础的“点亮一个 LED”开始，逐步引导读者掌握 ZigBee 节点的创建和基本通信。我们将详细讲解如何编写 ZigBee 节点的固件，包括任务管理、事件处理、消息发送与接收等。协调器（Coordinator）开发：深入讲解协调器的配置和初始化过程，包括网络启动、设备加入的管理、网络拓扑的监控以及与其他节点的通信。我们将通过实验演示如何让协调器成功组建网络，并接收来自其他节点的数据。路由器（Router）开发：重点阐述路由器的功能实现，包括加入现有网络、转发数据包、维护路由表以及支持终端设备的休眠唤醒。我们将通过实验验证路由器在网络中的转发能力和拓扑构建作用。终端设备（End Device）开发：详细介绍终端设备的设计，包括如何实现数据的采集、发送以及如何进入低功耗休眠模式以节省电量。我们将通过实验展示终端设备在网络中的数据上报和低功耗特性。设备间的通信协议设计与实现：除了 ZigBee 标准本身提供的通信机制，本书还将引导读者学习如何在应用层设计自定义的通信协议，以满足更复杂的应用需求。我们将演示如何通过 ZDO 的绑定机制实现设备间的点对点或一对多通信，以及如何利用应用层集群实现特定功能的数据交互。网络组网与拓扑管理实验：通过一系列精心设计的实验，读者将亲身实践不同拓扑结构（星型、树型）的构建过程，并观察和分析网络在不同条件下的行为。我们将重点关注网络层的路由发现和维护机制，通过抓包分析来直观理解数据包在网络中的传输路径。低功耗模式与节能策略： ZigBee 的核心优势之一在于其低功耗特性。本书将深入解析 ZigBee 的各种低功耗模式，包括协调器的信标周期、终端设备的休眠策略、以及路由器如何配合终端设备实现唤醒。我们将通过实验测量不同模式下的功耗，并给出优化节能的实践建议。 ZigBee 安全配置与应用：本章将指导读者如何在实际项目中配置和应用 ZigBee 的安全机制。我们将通过实验演示如何设置网络密钥，如何配置加密和认证，并验证安全通信的有效性。 ZigBee 与上位机通信：多数 ZigBee 应用最终需要与上位机进行数据交互。本书将介绍如何通过串口（UART）等接口将 ZigBee 网络的数据传输到 PC 机，并讲解如何开发相应的上位机软件（如使用 Python、C 等）来接收、解析和展示 ZigBee 数据。 3. 典型应用场景与案例分析智能家居应用：涵盖智能照明、环境监测（温湿度、光照）、智能门锁、家电控制等典型智能家居场景的 ZigBee 解决方案设计和实现。工业自动化与监测：针对工业环境下的无线传感器网络应用，如设备状态监测、环境参数采集、无线数据采集系统等进行案例分析。农业物联网：讲解如何在农业领域应用 ZigBee 技术，如土壤墒情监测、精准灌溉、环境参数采集等。智慧医疗：探索 ZigBee 在医疗健康领域的应用，如可穿戴健康监测设备、病人监护系统等。复杂网络调试与故障排查：针对实际项目中可能遇到的各种网络问题，提供系统的调试方法和故障排查技巧，帮助读者快速定位和解决问题。三、学习目标与读者群体学习目标：掌握 ZigBee 2007/PRO 协议栈的整体架构和核心原理。深入理解 IEEE 802.15.4 物理层和 MAC 层的关键技术。熟练掌握 ZigBee 网络层（NWK）的路由、设备管理和拓扑构建。理解并能应用 ZigBee 应用层（APL）的设备对象（ZDO）和集群库。能够独立设计、开发和调试基于 ZigBee 2007/PRO 的无线节点（协调器、路由器、终端设备）。掌握 ZigBee 的低功耗模式和节能优化技术。理解 ZigBee 的安全机制，并能在实际应用中进行配置和部署。能够将 ZigBee 网络与上位机进行有效的数据通信。具备分析和解决 ZigBee 网络实际应用中常见问题的能力。读者群体：在校本科生与研究生：学习嵌入式系统、无线通信、物联网等相关专业的学生。嵌入式系统工程师：希望深入了解 ZigBee 技术并将其应用于产品开发的工程师。物联网从业者：致力于 ZigBee 技术在各类物联网应用场景中的实践和探索。无线通信技术爱好者：对低功耗无线通信技术感兴趣，希望进行系统学习和实践的个人。项目开发人员：需要为项目选择合适的无线通信方案，并进行技术选型和方案设计的相关人员。四、实践导向与创新性本书的核心特色在于其强大的实践导向性。我们不仅仅提供理论知识，更重要的是通过大量的实验和实际案例，让读者能够“动手”去体验和验证 ZigBee 协议栈的运作。每个重要的协议概念都配有相应的实验代码和操作指南，读者可以对照书籍内容，在自己的开发平台上进行复现和修改。此外，本书还注重引导读者进行创新性的思考。在讲解完基础理论和实践技巧后，我们将鼓励读者结合自身需求，设计和实现更复杂的 ZigBee 应用。我们相信，通过扎实的理论基础和丰富的实践经验，读者将能够充分发挥 ZigBee 2007/PRO 协议栈的优势，在物联网时代创造出更多具有价值的产品和解决方案。本书将带您踏上一段精彩的 ZigBee 2007/PRO 协议栈探索之旅，从理论的海洋驶向实践的彼岸，让您成为一名真正的 ZigBee 技术专家。

作者简介

目录信息

第1章 ZigBee技术概述 1.1 ZigBee技术的演变与进展1 1.1.1 ZigBee技术的由来2 1.1.2 ZigBee技术的发展历程2 1.2 ZigBee技术特点5 1.3 ZigBee2007/PRO特性6 1.3.1 ZigBee与ZigBee PRO比较6 1.3.2 不同ZigBee版本的兼容分析8 1.4 ZigBee无线网络使用频谱和ISM开放频带16 1.5 ZigBee技术的广阔应用前景17第2章低功耗微控制器MSP430与ZigBee芯片CC2520 2.1 低功耗微控制器MSP43022 2.1.1 关键特性22 2.1.2 MSP430模块化架构23 2.1.3 16位RISC先进CPU24 2.1.4 超低功耗性能25 2.1.5 灵活的时钟系统26 2.1.6 智能外设27 2.1.7 MSP430应用29 2.2 MSP430F2618简介29 2.2.1 MSP430F2xxx介绍30 2.2.2 MSP430F2618特性30 2.3 ZigBee芯片CC252031 2.3.1 CC2520的特性32 2.3.2 CC2520引脚描述34 2.3.3 CC2520与CC2420的区别35 2.3.4 CC2520典型设计36第3章 ZigBee无线网络多功能开发系统 3.1 无线网络ZigBee开发系统平台选择39 3.1.1 如何选择嵌入式无线开发工具和平台40 3.1.2 需要的设备和必要条件42 总结43 3.2 多功能可视化ZigBee无线网络开发系统C51RF3PK44 3.2.1 C51RF3PK仿真器44 3.2.2 网络液晶扩展板45 3.2.3 C51RF3PK电池板51 3.2.4 ZigBee模块53 3.3 图形化ZigBee2007开发系统56 3.3.1 ZigBee模块CC252057 3.3.2 网络液晶扩展板58 3.4 ZigBee软件集成开发平台63 3.4.1 IAR集成开发环境的安装65 3.4.2 添加文件或新建程序文件72 3.4.3 设置工程选项参数74 3.4.4 编译、链接、下载78 3.4.5 仿真调试79第4章 ZigBee开发入门 4.1 认识ZigBee协议栈88 4.2 ZigBee网络数据传输90 4.2.1 实验目的90 4.2.2 ZigBee数据传输原理解析90 4.2.3 实验设备准备110 4.3 ZigBee协议栈编译/下载111 4.3.1 设备选择及设置111 4.3.2 编译/下载程序112 4.4 ZigBee源代码剖析113 4.4.1 发送一个信息包113 4.4.2 收发数据过程113 4.4.3 接收一个信息包116 4.5 实验流程117 4.5.1 流程图117 4.5.2 路由器代码118 4.5.3 协调器代码120 4.6 ZigBee分析仪分析ZigBee数据包121 4.6.1 协议分析仪121 4.6.2 ZigBee数据格式122 4.6.3 加入网络数据分析125 4.6.4 收发数据分析126 4.7 实验效果128第5章 ZigBee无线网络开发进阶 5.1 ZigBee协议栈结构129 5.2 ZigBee协议栈实时操作系统132 5.2.1 OS术语介绍132 5.2.2 OSAL API介绍133 5.2.3 OSAL任务142 5.3 ZigBee2006应用接口144 5.3.1 实验目的144 5.3.2 原理介绍144 5.3.3 软件准备SAPI介绍145 5.4 网络形成145 5.4.1 协调器格式化网络146 5.4.2 路由器和终端设备加入网络146 5.4.3 ZDO_StartDevice147 5.5 绑定148 5.5.1 绑定表格149 5.5.2 绑定建立151 5.5.3 绑定解除156 5.6 命令156 5.6.1 命令定义及使用156 5.6.2 串159 5.6.3 ZCL介绍159 5.6.4 Profile介绍160 5.7 灯光控制实验165 5.7.1 APP函数分析165 5.7.2 灯光控制实验过程176 5.7.3 实验总结178 5.8 无线温度传感器实验179 5.8.1 设备179 5.8.2 命令180 5.8.3 发现和绑定180 5.8.4 数据包发送和接收181第6章 ZigBee2007/PRO入门 6.1 ZigBee2007/PRO入门实验185 6.2 实验设备185 6.2.1 硬件介绍185 6.2.2 硬件组成186 6.3 实验基础知识186 6.3.1 ZigBee2007简介186 6.3.2 ZigBee2007/PRO协议栈简介187 6.3.3 ZigBee设备在Zstack中的体现189 6.4 实验内容191 6.4.1 建立任务192　　6.4.2 按键处理函数197　　6.4.3 发送函数198　　6.4.4 接收处理函数200　6.5 实验步骤和结果200　　6.5.1 建立网络200　　6.5.2 路由设备加入网络202　　6.5.3 发送数据203　　6.5.4 退出小组203　　6.5.5 加入小组203　6.6 实验拓展204　　6.6.1 项目分析204　　6.6.2 协调器函数的设计204　　6.6.3 路由器设备函数设计205　6.7 实验总结206第7章 ZigBee2007/PRO进阶　7.1 实验目的207　7.2 实验设备207　　7.2.1 硬件介绍207　　7.2.2 硬件组成208　　7.2.3 ZigBee2007协议栈208　7.3 实验基础知识209　　7.3.1 ZigBee PRO简介209　　7.3.2 ZigBee PRO中的路由210　　7.3.3 ZigBee PRO新功能211　　7.3.4 信息包格式211　7.4 实验内容212　　7.4.1 初始化任务213　　7.4.2 任务处理215　　7.4.3 UART_RX_CB_EVT事件219　　7.4.4 串口发送函数222　　7.4.5 串口接收中断函数223　　7.4.6 串口读取函数224　　7.4.7 ZigBee发送函数225　　7.4.8 ZigBee接收处理函数226　7.5 实验步骤和现象228　　7.5.1 建立网络228　　7.5.2 路由设备加入网络229　　7.5.3 查看网络中节点230　　7.5.4 配置地址231　　7.5.5 收发数据231　7.6 实验总结233第8章 ZigBee2007/PRO高级应用——家庭自动化　8.1 家庭自动化概念234　8.2 ZigBee2007/PRO的家庭自动化236　8.3 家庭自动化实验目的236　8.4 家庭自动化体系236　8.5 实验设备237　8.6 家庭自动化实验工程238　8.7 家庭自动化工程剖析239　　8.7.1 实验操作流程图240　　8.7.2 灯和控制器主函数程序流程图240　　8.7.3 其他初始化关键函数242　　8.7.4 网络状态变化函数243　　8.7.5 绑定相关函数246　8.8 操作系统250　　8.8.1 操作系统关键参数251　　8.8.2 操作系统关键函数252　8.9 灯设备关键任务256　8.10 控制器关键任务260　8.11 实验操作步骤265　8.12 家庭自动化例程总结268第9章 ZigBee2007无线传感器网络　9.1 无线传感器网络概述269　　9.1.1 什么是无线传感器网络269　　9.1.2 无线传感器网络现状270　　9.1.3 ZigBee在无线传感器网络上的应用272　　9.1.4 ZigBee无线传感器网络系统特点272　9.2 ZigBee2007无线传感器网络实验概述273　9.3 ZigBee2007无线传感器网络硬件设计274　　9.3.1 网关底板设计275　　9.3.2 传感器底板设计276　9.4 网关与PC机的数据连接281　9.5 ZigBee2007无线传感器网络建立与网络管理287　　9.5.1 网络通信过程介绍287　　9.5.2 网关网络节点的地址管理288　9.6 网关与节点间的无线采集过程293　9.7 程序编译、下载303　9.8 实验效果304附录A 网络层所定义的特性常量311附录B 网络层信息库属性312参考文献315
· · · · · · (收起)

读后感

评分☆☆☆☆☆

这次我想评论的又是一本北航出版社出的书，属于无线单片机技术丛书系列。虽然之前已经翻阅过这个系列中的另一本书，感觉写得很是混乱，但无奈和ZigBee Pro相关的文献资料太少，所以不得不掏钱从卓越上订了这么一本新书，这也是市面上唯一一本涉及ZigBee Pro技术内容的图书。实...

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

说实话，这本书的装帧和排版给我留下了非常深刻的印象，它有一种老派工程师手册的严谨美感。我习惯于在工作时，将它平摊在桌面上，随时查阅关键参数和寄存器定义。它最大的价值在于其详尽的实验指导部分，这一点是许多同期出版物所不具备的。我不是一个喜欢照猫画虎的读者，我更倾向于“魔改”和“深挖”。这本书提供的实验平台，那种基于特定硬件平台的软硬件结合的调试环境，简直是为我这种“爱折腾”的工程师量身定做的。我尝试着修改了其中几个低功耗模式下的唤醒时序，虽然初期引发了一连串的错误报告，但正是通过对比书中标准流程和我的修改结果，我才找到了性能优化的关键瓶颈。作者在描述实验步骤时，那种精确到小数点后几位的时序要求，以及对可能出现的干扰源的预警，体现出作者深厚的现场经验。这已经超越了一本教科书的范畴，更像是一份凝结了多年血泪教训的“排雷指南”。每当我在项目遇到那些看起来微不足道却能致命的系统级稳定性问题时，翻开这本书的某一页，往往就能找到对应的解决方案或至少是排查的方向。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值感是随着使用强度的增加而不断攀升的，属于那种“越嚼越有味”的技术读物。我发现，当我开始进行深度优化和性能调优时，这本书的价值才真正爆发出来。例如，在尝试降低特定应用场景下的功耗时，我需要精确控制射频的开启时长和数据缓存机制。书中关于睡眠周期管理和数据包延迟补偿的讨论，提供了非常精细化的调优思路。它不仅描述了标准规范，更探讨了在硬件资源受限的实际芯片平台上，如何做出最优的折中选择。很多时候，工程实践就是一系列妥协的艺术，而这本书提供了一套衡量这些妥协的“标尺”。它没有提供一步到位的“银弹”，而是提供了一套严谨的分析工具集。我记得有一次，我在一个低速率、高丢包率的环境中调试，按照书中指出的利用重传机制和确认包反馈来动态调整发送间隔的策略，最终成功地将业务数据的传输可靠性从70%提升到了99%以上。这本手册，与其说是学习资料，不如说是一套经过时间检验的工程实践方法论。

评分☆☆☆☆☆

这本厚重的技术手册，初捧在手，便有一种扎实的工业气息扑面而来。我记得当时购买它，正是因为在项目初期遇到了关于网络拓扑建立和路由选择的棘手难题。市面上关于无线通信的书籍汗牛充栋，但大多要么过于理论化，堆砌着晦涩的数学公式，让人望而却步；要么就是过于肤浅的应用指南，只停留在软件的简单配置层面，无法深入理解底层机制。而这本书，似乎找到了一个绝佳的平衡点。它没有将人直接丢进深奥的协议栈源码里，而是巧妙地将理论的严谨性与实践操作的直观性结合起来。我尤其欣赏它对关键概念——比如簇头选举、安全密钥交换这些核心流程——的图文并茂的阐述。很多时候，我们学习新技术就像在黑暗中摸索，而作者提供的那些精心绘制的状态机图和时序流程图，就像是指路的灯塔，瞬间点亮了原本混沌的思路。正是通过对其中几个实验环节的反复调试和验证，我才真正明白了数据包是如何在复杂的无线环境中穿越障碍，最终可靠地到达目的地的。这本书不只是教会你“怎么做”，更重要的是让你明白“为什么这样做”。这种由内而外的理解，对于解决实际工程中的“疑难杂症”至关重要，远非翻阅几篇官方文档可以比拟。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验上，这本书的叙事风格是极其克制且逻辑清晰的，它完全没有试图用花哨的语言来吸引眼球，一切都围绕着协议的实现逻辑展开。我发现，对于那些已经对嵌入式系统和低速无线通信有初步了解的读者来说，这本书的上手难度并不高，但其深度却足以支撑你从一个初级开发者成长为能够设计和优化中大型无线传感网络的架构师。我特别关注了书中关于网络层和应用层数据交互的那几章。它没有简单地介绍API调用，而是深入剖析了数据结构是如何在不同层之间进行封装和解封装的。我印象特别深的是对“邻居表管理”这一块的描述，作者用近乎代码级的伪逻辑展示了节点如何动态地发现、验证和维护其相邻设备列表，这对于理解大规模网络下的动态重构能力至关重要。老实说，这本书更像是为那些希望“知其所以然”的人准备的，如果你只是想快速搭一个点对点的简单链路，市面上那些快速入门手册可能更适合你。但如果你想构建一个健壮、可扩展且能长期稳定运行的工业级网络，这本书提供的底层洞察是无可替代的。

评分☆☆☆☆☆

对我个人而言，这本书最大的收获在于它构建了一个完整的知识体系框架。在接触这本书之前，我对该协议栈的理解是碎片化的，东一榔头西一棒子，依赖于零散的社区帖子和不同厂商的SDK文档。这些资料虽然有用，但缺乏一种自洽的、统一的理论基础来串联。这本书就像一位经验丰富的导师，它用一种非常系统化的方式，将MAC层、网络层、安全层等各个模块紧密地焊接在一起，展示了它们之间是如何协同工作的。尤其是关于设备加入（Joining）和掉线重连（Rejoining）的处理逻辑，书中给出的详细状态转移图，清晰地解释了在各种异常情况下系统应该如何自愈。这极大地提升了我对系统鲁棒性设计的认知。我甚至开始反思过去项目中一些看似合理的快速实现方案，发现它们在面对边界条件时其实是非常脆弱的。这本书的价值不在于教你使用特定的库函数，而在于让你掌握构建这类系统的核心设计哲学，这才是技术投资中最有价值的回报。

评分☆☆☆☆☆