摘要： 本文詳細(xì)探討了使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分析器調(diào)試ZigBee協(xié)議系統(tǒng)的基本方法，從而便于更好地確保網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

關(guān)鍵詞： 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分析器；ZigBee；802.15.4

　　短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)正呈爆炸性增長(zhǎng)。In-Stat稱(chēng)，通過(guò)ZigBee協(xié)議規(guī)范和其他專(zhuān)有協(xié)議，到2009年IEEE 802.15.4無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)(PAN)的市場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)200%的增長(zhǎng)，年發(fā)貨量將超過(guò)1,5000萬(wàn)單位。

　　對(duì)于無(wú)線設(shè)計(jì)人員而言，目前有許多射頻(RF)收發(fā)器和ZigBee協(xié)議棧可用來(lái)在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)ZigBee協(xié)議功能。無(wú)論選擇了哪種收發(fā)器和協(xié)議棧，設(shè)計(jì)工程師都應(yīng)該查找能夠幫助他們快速評(píng)估和開(kāi)發(fā)ZigBee協(xié)議應(yīng)用的設(shè)備和工具。若已確定ZigBee協(xié)議的復(fù)雜度，那么設(shè)計(jì)人員也需要使用合適的開(kāi)發(fā)工具來(lái)幫助他們?cè)O(shè)計(jì)和調(diào)試應(yīng)用程序。

　　有多個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分析器或“嗅探器”可供使用。在您首次開(kāi)始無(wú)線開(kāi)發(fā)時(shí)，獲取一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分析器是一項(xiàng)關(guān)鍵性投資，可為您免去許多麻煩。有些分析器具有圖形界面，而有些分析器則具有更為基于文本的界面。請(qǐng)確保選擇的分析器具有易于閱讀的界面。在以下示例中，我們將使用Microchip的ZENA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分析器，它采用圖形的格式顯示消息。但是不管您選擇了哪種分析器，能夠快速解密ZigBee協(xié)議消息的密鑰部分將有助于您高效地開(kāi)發(fā)和調(diào)試系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

　　設(shè)備加入 ZigBee協(xié)議網(wǎng)絡(luò)時(shí)出現(xiàn)的消息會(huì)告訴我們?cè)S多關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的信息。當(dāng)設(shè)備試圖加入一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它會(huì)發(fā)出一個(gè)信標(biāo)(beacon)請(qǐng)求。鄰近的協(xié)調(diào)器或路由器通過(guò)發(fā)出信標(biāo)作出響應(yīng)。新設(shè)備將選擇一個(gè)信標(biāo)，然后向該設(shè)備發(fā)送一個(gè)關(guān)聯(lián)請(qǐng)求，請(qǐng)求加入網(wǎng)絡(luò)。在一段短暫延時(shí)后，新設(shè)備發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)請(qǐng)求，請(qǐng)求響應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則發(fā)送一個(gè)關(guān)聯(lián)響應(yīng)，指示該新設(shè)備是否已被網(wǎng)絡(luò)接受。這些消息顯示如圖1。


　圖1　網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成(如果您采用了ZENA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分析器，那么在設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)
　　　　應(yīng)顯示與此類(lèi)似的消息。此工具的快照顯示了有關(guān)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的許多信息)

　　第一條消息來(lái)自于新設(shè)備，用于請(qǐng)求信標(biāo)。后兩條消息是信標(biāo)。我們可以從這些信標(biāo)中知道一些關(guān)于設(shè)備的有用信息。首先，我們可以知道第二條信標(biāo)來(lái)自于協(xié)調(diào)器，因?yàn)槠湓吹刂窞?x0000且信標(biāo)有效負(fù)載中指定的深度為0。第一條信標(biāo)來(lái)自于路由器，因?yàn)槠湓吹刂贩橇?。我們也可以知道此路由器?huì)通過(guò)該協(xié)調(diào)器加入網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗谕粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)上(源PAN是相同的)且信標(biāo)有效負(fù)載“深度”為1。我們還可以知道在應(yīng)用層，這兩個(gè)設(shè)備都將接受新設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)槌瑤?guī)范“Assoc”位被置1。但是，如果我們查看信標(biāo)有效負(fù)載，我們可以看到協(xié)調(diào)器不能接受任何其他路由器或終端設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)?ldquo;RtrCap”和“DevCap”位均為0。同時(shí)，路由器仍然可以接受路由器和終端設(shè)備。

　　在第四條消息中，新設(shè)備已決定試圖加入網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)檢查關(guān)聯(lián)請(qǐng)求的目標(biāo)地址，我們可以知道新設(shè)備正試圖加入哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備——路由器。關(guān)聯(lián)請(qǐng)求可告訴我們關(guān)于新設(shè)備的許多信息。其關(guān)鍵元素是“Dev”和“RxOn”位。“Dev”位指示設(shè)備正試圖作為終端設(shè)備加入。而且，可以知道此設(shè)備將總是保持其收發(fā)器開(kāi)啟，因此其父設(shè)備不必為其緩沖消息。  此位對(duì)于以后的通信很重要。如果“RxOn”設(shè)置為關(guān)閉，那么其父設(shè)備將認(rèn)為新設(shè)備保持其收發(fā)器關(guān)閉，它將為新設(shè)備緩沖消息。如果新設(shè)備從未請(qǐng)求消息，那么父設(shè)備也從不會(huì)發(fā)送消息給它！

　　最后，我們可以看到關(guān)聯(lián)請(qǐng)求成功?，F(xiàn)在我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)上有了一個(gè)新的FFD (全功能設(shè)備)終端設(shè)備，其短地址為0x1AF9。

應(yīng)答的發(fā)送

　　ZigBee協(xié)議是一個(gè)高度應(yīng)答的協(xié)議。有三個(gè)應(yīng)答級(jí)別：MAC(介質(zhì)訪問(wèn)控制)、APS(應(yīng)用子層支持)和AF(應(yīng)用框架)。這不但提高了系統(tǒng)的可靠性，也使我們?cè)诎l(fā)生問(wèn)題時(shí)能夠識(shí)別故障所在。在圖2中，設(shè)備0x0001正告知設(shè)備0x0000來(lái)使用應(yīng)答的所有三種級(jí)別將屬性設(shè)置為指定值。


　　　　圖2　消息應(yīng)答(ZigBee協(xié)議的可靠性大多來(lái)自于擴(kuò)展的應(yīng)答功能。
　　　　　　 可使用應(yīng)答的三種級(jí)別來(lái)對(duì)ZigBee協(xié)議網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障診斷)

　　第一條消息是發(fā)送給設(shè)備0x0000、要求設(shè)置屬性的命令。接下來(lái)是一條短MAC應(yīng)答，指示接收設(shè)備的收發(fā)器正確接收消息，通?？捎墒瞻l(fā)器自動(dòng)生成。ZigBee協(xié)議指定所有消息必須請(qǐng)求MAC應(yīng)答。在第一條消息的APS幀控制字段中，有一個(gè)位指示是否請(qǐng)求了APS應(yīng)答。如果該位置1，那么接收方ZigBee協(xié)議棧的APS層將自動(dòng)生成一條APS應(yīng)答，如第三條消息所示。此應(yīng)答指示目標(biāo)設(shè)備的協(xié)議棧接收到了消息。APS應(yīng)答還將生成另外一條MAC應(yīng)答，如第四條消息所示。