Nghiên cứu kit picdem z và ứng dụng kết nối thiết bị theo chuẩn zigbee

621.382 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG -    - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU KIT PICDEM Z VÀ ỨNG DỤNG KẾT NỐI THIẾT BỊ THEO CHUẨN ZIGBEE GV hướng dẫn SV thực Lớp Khóa học : : : : ThS Phạm Mạnh Toàn Phạm Văn Hòa 51K1 - ĐTVT 2010 - 2015 NGHỆ AN – 01/2015 MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ix Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ZIGBEE 802.15.4 1.1 Giới thiệu chung ZIGBEE/IEEE 802.15.4 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Đặc điểm công nghệ ZigBee 1.1.3 Ưu điểm ZigBee/IEEE802.15.4 với Bluetooth/IEEE802.15.1 1.2 Mạng ZIGBEE PWAN 1.2.1 Thành phần mạng LR-WPAN 1.2.2 Kiến trúc liên kết mạng [2] 1.3 Mơ hình giao thức ZigBee/IEEE802.15.4 1.3.1 Tầng vật lý ZigBee/IEEE 802.15.4 1.3.2 Tầng điều khiển liệu ZigBee/IEEE 802.15.4 MAC 1.3.3 Tầng mạng ZigBee/IEEE802.15.4 14 1.3.4 Tầng ứng dụng ZigBee/IEEE 802.15.4 17 1.4 Các thuật toán định tuyến Zigbee/IEEE802.15.4 17 1.4.1 Thuật toán định tuyến theo yêu cầu AODV (Ad hoc On Demand Distance Vector) 18 1.4.2 Thuật tốn hình 21 1.4.3 Thuật toán tránh xung đột đa truy cập sử dụng cảm biến sóng mang CSMA-CA 27 1.5 Kết luận 29 Chương GIỚI THIỆU VỀ KIT PICDEM Z VÀ PHẦN MỀM PHÂN TÍCH MẠNG KHÔNG DÂY ZENATM 31 2.1 Giới thiệu trình diễn PICDEM Z 31 2.2 Thành phần trình diễn PICDEM Z 32 i 2.2.1 Board mạch chủ PICDEM Z 32 2.2.2 Card RF PICDEM Z 34 2.2.3 Đĩa phần mềm picdem Z 35 2.3 Giới thiệu phần mềm phân tích mạng khơng dây ZENATM 35 2.4 Cơng cụ cấu hình Microchip Stack [2] 36 2.4.1 Xác định thông tin thiết bị giao thức Zigbee 36 2.4.2 Xác định thơng tin thu phát sóng 38 2.4.3 Xác định trạng thông tin điểm cuối 39 2.4.4 Xác định thông tin bảo mật 41 2.4.5 Xác định thông tin tầng ZDO/APS 42 2.4.6 Xác định thông tin tầng NWK/MAC 44 2.4 Xác định thông tin PIC MCU 46 2.5 Kết luận 48 Chương ỨNG DỤNG KIT PICDEM Z KẾT NỐI THIẾT BỊ THEO CHUẨN ZIGBEE 49 3.1 Lắp ráp cài đặt gói phần mềm thiết bị 49 3.1.1 Lắp ráp hoàn thiện kit Picdem Z 49 3.1.2 Cài đặt tập tin phần mềm PICDEM Z 50 3.2 Thực thi ứng dụng demo lập trình sẵn PICDEM Z 50 3.2.1 Quá trình gửi nhận tin FFD RFD quan sát thông qua phần mềm “hyper teminal” 52 3.2.2 Kết thu 54 3.3 Giám sát mạng 55 3.3.1 Giám sát thời gian thực Read-Time 56 3.3.2 Phân tích liệu bắt 59 3.3.3 Sử dụng lọc gói: 60 3.4 Kết luận 61 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 ii LỜI CẢM ƠN Lời cho phép em gửi l i c ả m n c h â n t h n h t i q u ý t h ầ y c ô t r o n g k h o a đ i ệ n t v i ễ n t h ô n g giảng dạy em suốt khóa học, tạo điều kiện thuận lợi để chúng em học tập, làm việc sáng tạo Trong suốt trình học tập trường, thầy dạy cho em kỹ tốt để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin cảm ơn ThS Phạm Mạnh Toàn hướng dẫn nội dung phương pháp, giúp em hoàn thành đồ án tiến độ Do thời gian thực đồ án cịn nhiều thiếu sót iii LỜI NĨI ĐẦU Ngày cáp dây điện đóng vai trị truyền nhận thơng tin việc sử dụng tai nghe không dây, lướt web điểm truy cập wifi trở nên quen thuộc tác động đến đời sống hàng ngày Với chuẩn kết nối không dây quen thuộc phổ biến chuẩn kết nối internet Wi-fi 802.11b/g, Bluetooth phổ biến thiết bị điện thoại di động Hiện công nghệ không dây hướng tới thiết bị gia dụng kết nối phận chức nhà để điều chỉnh kiểm soát từ xa v việc sử dụng chuẩn Wi-fi 802.11 khơng cịn lựa chọn thiết thực giá thành đắt, Bluetooth lại kết nối khoảng khơng gian ngắn khoảng 10m Do cơng nghệ ZigBee đời Công nghệ Zigbee hoạt động dải tần 868/915 MHz 2,4GHz, với ưu điểm bật độ trễ truyền tin thấp, tiêu hao lượng, lỗi, dễ mở rộng, khả tương thích cao giá thành thiết bị thấp Với ý nghĩa thực tiễn vậy, em lựa chọn đề tài đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu kit PICDEM Z ứng dụng kết nối thiết bị theo chuẩn Zigbee” Nội dung đồ án trình bày chương: - Chương Tổng quan chuẩn ZIGBEE/IEEE 802.15.4 Trong chương tìm hiểu chung cơng nghệ ZigBee khái niệm, đặc điểm, ưu nhược điểm công nghệ - Chương Giới thiệu kit Picdem Z phần mềm phân tích mạng khơng dây ZenaTM Chương trình bày khái quát cấu tạo chức khối kit Picdem Z tìm hiểu phần mềm phân tích mạng Zena - Chương Ứng dụng kit Picdem Z kết nối thiết bị theo công nghệ Zigbee Trong chương thực trình gửi, nhận tin kit Picdem Z thực thi trình giám sát mạng Vinh, tháng 01 năm 2015 Sinh viên thực Phạm Văn Hịa iv TĨM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án nghiên cứu Kit Picdem Z, Kit thiết kế cho phép phát triển thử nghiệm với giải pháp Microchip cho giao thức ZigBee Kit Picdem Z gồm hai nút để tạo mạng gồm hai nút đơn giản Nếu cần thiết, bổ sung nút để mở rộng mạng lưới Đồ án trình bày tổng quan cơng nghệ ZigBee ứng dụng nó, cho phép nhà thiết kế hệ thống không dây quản lý, phát triển lĩnh vực cảm biến không dây điều khiển mạng Đồ án cung cấp nhìn tổng quan hữu ích công nghệ không dây, cho người đọc tảng cần thiết cho hiểu biết ZigBee Đi vào tìm hiểu chi tiết ngăn giao thức ZigBee, mô tả ZigBee theo chuẩn IEEE 802.15.4 ứng dụng kết nối thiết bị theo giao thức ZigBee ABSTRACT This thesis studies PICDEM Z Kit, this Kit is designed to allow developers to evaluate and experiment with Microchip solutions for the ZigBee protocol The PICDEM Z Demonstration Kit provides two ZigBee nodes to create a simple twonode network If required, additional nodes may be purchased to expand the network The preprogrammed demo application firmware allows multiple operational configuration without modifying a single line of code This thesis presents an overview of the ZigBee technology and its applications, allowing the wireless system designer, manager, growing field of wireless sensor and control networking This thesis provides a helpful overview of wireless technology, giving the reader the background necessary for understanding ZigBee It goes into detail about the ZigBee protocol stack, describing ZigBee is use of IEEE 802.15.4 and applications in connect ZigBee device v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT IEEE Institute of Electrical and Viện công nghệ điện điện Electronic Engineers tử mỹ WPAN Wireless Personal Area Network Mạng cá nhân không dây QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ FFD Full Funtion Device Chức thiết bị đầy đủ RFD Reduced Function Giảm chức thiết bị CID Cluster Identifier Cụm nhận dạng SHR Synchronization Header Đồng hóa tiêu đề Ack Acknowledgment Xác nhận PAN ID PAN identifier Chỉ số nhận dạng cá nhân MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trường PHY Physical Layer Tầng vật lý GTS Guaranteed Time Slot Khe thời gian đảm bảo CCA Clear Channel Assessment Đánh giá kênh truyền LQI Link Quality Indication Chỉ số chất lượng đường truyền ED Energy Detection Năng lượng truyền PLME Physical Layer Mannagement Quản lý tầng vật lý PPDU PHY Protocol Data Unit Đơn vị số liệu giao thức PHY PHR PHY Header Chứa thông tin độ dài khung MLMESAP MAC sublayer management Điểm truy cập dịch vụ entity service access point thực thể quản lý tầng MAC SAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ MPDU MAC Protocol Dat Unit Giao thức liệu MAC CAP Contention Access Period Giai đoạn tranh chấp truy cập CFP Contention Free Period Giai đoạn tranh chấp tự CSMA-CA Carrier Sense Multiple Access Phương pháp tránh xung đột truy Collision Avoidance cập nhờ cảm biến sóng mang MAC Header Đầu khung MAC MHR vi MFR MAC Footer Cuối khung MAC CFP Contention Free Period Khoảng thời gian tranh chấp tự BI Beacon Interval Khoảng thời gian báo hiệu SD Superframe Duration Khoảng thời gian siêu khung FCS Frame Check Sequence Chuỗi kiểm tra khung MIC Message Integrity Tin nhắn toàn vẹn RREQ Router Request Yêu cầu chuyển mạch NWK Network Layer Tầng mạng vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Băng tần tốc độ liệu Bảng 1.2 Kênh truyền tần số Bảng 1.3 Định dạng khung PPDU Bảng 1.4 Định dạng khung MAC 14 Bảng 2.1 Bảng lựa chọn cấu hình thiết bị gia thức Zigbee 37 Bảng 2.2 Bảng lựa chọn cấu hình thu phát Zigbee 38 Bảng 2.3 Cấu hình Pro File/End point giao thức Zigbee 40 Bảng 2.4 Cấu hình thiết bị Zigbee 41 Bảng 2.5 Cấu hình ZDO giao thức Zigbee 42 Bảng 2.6 Cấu hình bảng APS giao thức Zigbee 43 Bảng 2.7 Cấu hình NWK giao thức Zigbee 44 Bảng 2.8 Cấu hình MAC giao thức Zigbee 45 Bảng 2.9 Cấu hình PIC MCU giao thức Zigbee 46 Bảng 3.1 Cấu hình lựa chọn giám sát thời gian thực 56 Bảng 3.2 Mã màu bảng Packer Sniffer 57 Bảng 3.3 Giao thức Zigbee với chọn lựa cấu hình VERBOSENESS 58 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Cấu trúc liên kết mạng Hình 1.2 Cấu trúc mạng hình Hình 1.3 Cấu trúc mạng mắt lưới Hình 1.4 Cấu mạng hình Hình 1.5 Mơ hình giao thức ZigBee Hình 1.6 Băng tần hệ thống ZigBee Hình 1.7 Cấu trúc siêu khung 10 Hình 1.8 Liên lạc mạng khơng hỗ trợ Beacon 11 Hình 1.9 Liên lạc mạng có hỗ trợ Beacon 12 Hình 1.10 Kết nối mạng hỗ trợ Beacon 12 Hình 1.11 Kết nối mạng khơng hỗ trợ Beacon 13 Hình 1.12 Khung tin mã hóa tầng MAC 16 Hình 1.13 Khung tin mã hóa tầng mạng 16 Hình 1.14 Định tuyến đường giao thức AODV 20 Hình 1.15 Quá trình chọn mốc gốc (CH) 22 Hình 1.16 Thiết lập CH nốt thành viên 22 Hình 1.17 Quá trình hình thành nhánh nhiều bậc 23 Hình 1.18 Gán địa nhóm trực tiếp 24 Hình 1.19 Gán địa qua nút trung gian 25 Hình 1.20 Gán địa qua nhóm nút gốc 25 Hình 1.21 Gán địa qua nhóm nút gốc nút trung gian 26 Hình 1.22 Mạng đa nhánh nút trung gian 27 Hình 1.23 Lưu đồ thuật tốn 28 Hình 2.1 Bo mạch chủ Picdem Z 34 Hình 2.2 Ảnh thực tế bo mạch chủ 34 Hình 2.3 Mạch phân tích mạng không dây 36 Hình 2.4 Giao diện phần mềm phân tích mạng ZENATM 36 Hình 2.5 Bảng ZigBee Device 37 ix Chương ỨNG DỤNG KIT PICDEM Z KẾT NỐI THIẾT BỊ THEO CHUẨN ZIGBEE Chương trình bày cách lắp ráp phần cứng kit PICDEM Z cài đặt phần mềm phần mềm phân tích mạng khơng dây ZENA Các công việc cần làm chương lắp ráp board mạch chủ kit PICDEM Z đồng thời cài đặt phần mềm cần thiết để quan sát, ghi chép, phân tích tín hiệu thu cách sử dụng demo 3.1 Lắp ráp cài đặt gói phần mềm thiết bị 3.1.1 Lắp ráp hoàn thiện kit Picdem Z Bộ trình diễn PICDEM Z gồm có hai board mạch nút ZigBee Mỗi nút ZigBee gồm có board mạch chủ card RF đóng gói rời Ta phải lắp ráp nút hoàn chỉnh trước cấp nguồn Hình 3.1 Kit Picdem Z lắp đặt Hãy làm theo bước sau để chuẩn bị cho nút: - Mở hộp đựng tháo bao đóng gói cho board mạch đặt chúng bề mặt không dẫn điện - Cẩn thận cắm card RF vào chỗ kết nối J2 board mach chủ Lưu ý chỗ kết nối board mạch chủ card RF phân cực không cho phép sai cắm vào - Nếu cấp nguồn điện DC 9V với đầu cắm 2.5mm, board mạch bật nguồn Nếu khơng, cấp cục pin vng 9V vào chỗ cắm BT1 đẩy 49 công tắc S7 lên vị trí ON Quan sát đèn Diode D1 D2 sáng lên Điều để xác thực board mạch hoạt động bình thường 3.1.2 Cài đặt tập tin phần mềm PICDEM Z Bộ trình diễn PICDEM Z chứa đầy đủ mã nguồn cho Microchip Stack theo giao thức ZigBee ứng dụng demo Microchip Stack theo giao thức ZigBee nạp miễn phí cho khách hàng Microchip Như phần trình cài đặt, phải chấp nhận thỏa thuận điện tử quyền phần mềm để tiếp tục việc cài đặt Để cài đặt tập tin theo bước sau: - Đưa CD phần mềm PICDEM Z vào ổ đĩa CD-ROM - Sử dụng Windows Explorer để mở CD bắt đầu trình cài đặt cách đúp click vào biểu tượng MpZBeev1.00.00.exe Con số phiên 1.00.00 thay đổi phiên - Thực xong, xem lại thỏa thuận quyền phần mềm click I accept để chấp nhận thỏa thuận quyền tiếp tục trình cài đặt Nếu muốn hủy click I not accept cài đặt bị hủy - Sau hoàn tất q trình cài đặt, nhóm chương trình có tên “Microchip Stack for ZigBee” tạo tất tập tin nguồn chép đến thư mục “MpZBee” thư mục gốc máy tính Nhóm chương trình cung cấp shortcut cho tất tài liệu 3.2 Thực thi ứng dụng demo lập trình sẵn PICDEM Z Để mà quan sát đầy đủ chức ứng dụng demo, ta phải có node demo Coordinator có nốt DemoRFD với card RF giống Ở phần cuối tài liệu này, ta cấu hình lại board mạch để sử dụng nhiều nốt RFD Hai ứng dụng demo Coordinator RFD lập trình sẵn thực thường lệ điều khiển từ xa ứng dụng LED công tắc Để hiểu thêm thông tin ứng dụng demo đó, tham khảo đến ghi AN965 Microchip application, Microchip Stack for the ZigBee™ Protocol( DS00965) [2] 50 Các ứng dụng demo hồn tồn độc lập không yêu cầu giao diện cho máy tính chủ Tuy nhiên, vào máy tính chủ, ta sử dụng để theo dõi hoạt động nhật ký lại ứng dụng Một giao diện cho máy tính chủ có ích cho việc hiểu sửa chữa vấn đề cài đặt mà ta mắc phải Làm sau để thực thi ứng dụng demo lập trình sẵn: - Chắc chắn ta ráp node cách gài card RF vào board mạch chủ - Cắt nguồn cung cấp cho hai board mach, cấp nguồn từ trước - Tại vị trí nút Coordinator tìm kiếm nhãn “COORD v3.6 U4”trên điều khiển - Không bắt buộc: kết nối nút Coordinator tới cổng nối tiếp máy tính PC bắt đầu chương trình Terminal, ví dụ hyerTerminal Windows XP Chọn cổng COM thích hợp đặt tốc độ 19200 bps, 8-N-1, no flow control - Cấp nguồn cho nút Coordinator Theo dõi hai đèn diode D1 D2 sáng đồng thời, sau đèn D2 sáng Nếu kết nối PC, quan sát chương trình Terminal hiển thị thơng điệp “ New network successfully started ” - Bây xác định vị trí nút RFD cách tìm nhãn “RFD v3.6 U4” điều khiển - Không bắt buộc: kết nối nút RFD tới cổng nối tiếp máy tính PC bắt đầu chương trình Terminal Chọn cổng COM thích hợp đặt tốc độ 19200 bps, 8-N-1, no flow control -Trong giữ nút Coordinator có điện, cấp nguồn cho nút RFD Quan sát hai đèn Diode D1 D2 sáng đồng thời, sau đèn D2 sáng Nếu kết nối đến PC, quan sát đèn D2 vòng đến giây, chương trình Terminal hiển thị thơng điệp “Rejoin successful” Nếu khơng thấy thơng điệp thấy thông điệp “Rejoint failed”, chắn có node Coordinator hỗ trợ chạy tốt, xác lập lại nút RDF thử lại lần -Tại thời điểm này, node RFD liên kết thành công với node 51 Coordinator -Nhấn S2 node RFD quan sát D1 node Cordinator công tắc on/off -Nhấn S2 Coordinator quan sát D1 nút RFD công tắc on/off Khi nhấn S2 Coordinator, D1 node RDF thay đổi sau vài phút Sự trì hỗn xảy tần số mà node RFD thăm dị node Coordinator Lưu ý : Trên thực tế phạm vi song vô tuyến cho nút PICDEM Z phụ thuộc vào loại card RF anten sử dụng Hãy tham khảo hướng dẫn sử dụng card RF để biết thông tin phạm vi 3.2.1 Quá trình gửi nhận tin FFD RFD quan sát thông qua phần mềm “hyper teminal” - Kết nối nút PICDEM Z tới cổng nối tiếp có sẵn máy tính, sử dụng cáp nối DB9 RS-232 thẳng male-to-female - Chạy HyperTerminal (Start>Programs>Accessories>Communications) - Khai báo tên Hình 3.2 Giao diện hộp thoại Connection Description - Trong hộp thoại “Connect To”, chọn cổng COM mà board mạch PICDEM Z kết nối đến Nhấn OK 52 Hình 3.3 Giao diện hộp thoại Connect To - Cấu hình cổng nối tiếp kết nối đến nút PICDEM Z với thông số cấu sau: 19200 bps, data bits, Stop bit, no parity, no flow control - Nhấn OK để bắt đầu kết nối - Mở hộp thoại “Properties” cách chọn File>Properties Hình 3.4 Giao diện hộp thoại New Connection Properties - Chọn tab “Settings” nhấn ASCII Setup… - Đánh chọn “Echo typed characters locally” 53 Hình 3.5 Giao diện hộp thoại ASCII Setup - Nhấn OK để tắt tất hộp thoại mở - Cấp nguồn cho Nút giữ công tắc S3, nhấn giữ Reset cơng tắc S3 sau cắt điện cơng tắc Reset 3.2.2 Kết thu Khi cấp nguồn cho board Coordinator PICDEM Z ta nhận tín hiệu thơng báo sau: Hình 3.6 Hình ảnh quan sát phần mềm hyper terminal Ta nhận thông báo “Joining permitted” có nghĩa thiết bị thu phát MFR 24J40 phép tham gia vào mạng 54 - Tiếp theo ta cấp nguồn cho RDF board kit Picdem Z nhấn nút reset board Coordinator (FFD) Ta thấy hình xuất thơng báo “Node 796F just joined ”rằng nút có địa 796F vừa tham gia mạng - Khi nút RFD có địa 796F kết nối thành công, nhấn nút S2 board RFD để gửi tín hiệu tới FFD FFD kết nối với máy tính thị lên phần mềm hyper terminal thông báo “Message sent successfully”là gửi thành cơng cịn “Error 03 sending message” tin nhắn gửi từ RFD bị lỗi 3.3 Giám sát mạng Phần cứng phần mềm trình phân tích mạng khơng dây ZENA cung cấp cơng cụ giám sát mạng mạnh mẽ để sử dụng cho việc phát triển thông qua cài đặt Kết nối phần cứng trình phân tích mạng khơng dây ZENA với PC sử 55 dụng cáp USB mini-B Từ cửa sổ phần mềm phân tích ZENA, chọn Zigbee™ Tools ->Network Monitor Cửa sổ sau mở: Hình 3.7 Cửa sổ giám sát mạng giao thức Zigbee™ Một cửa sổ trống Packet Sniffer để giám sát mạng mở Nếu cửa sổ bị đóng, mở lại cách nhấn nút Network Messenges, cách chọn tùy chọn mục View>Network Messages Cửa sổ giám sát mạng Zigbee dùng để khởi động dừng q trình phân tích mạng, save load liệu, cấu hình hiển thị thơng điệp 3.3.1 Giám sát thời gian thực Read-Time Trước khởi động giám sát thời gian thực, thiết lập tùy chọn sau cửa sổ Zigbee Network Monitor: Bảng 3.1 Cấu hình lựa chọn giám sát thời gian thực CẤU HÌNH MƠ TẢ TÙY CHỌN Real-Time Display Lựa chọn tùy chọn để hiển thị thơng điệp mà phần cứng phân tích mạng nhận Channel Lựa chọn kênh để giám sát Lưu ý ứng dụng định nhiều kênh cho phép, để làm biểu mẫu tham gia vào mạng ta phải thử nhiều kênh để tìm thấy mạng Sự lựa chọn bị thay đổi giám sát thời gian thực bị dừng lại 56 Clear Messages on Lựa chọn tùy chọn muốn tất thông điệp Start hiển thị trước xóa bắt đầu giám sát Nếu muốn thơng điệp trước giữ lại bỏ tùy chọn tùy chọn muốn gói kiểm tra IgnoreInvalid Lựa chọn Packets không hợp lệ bị bỏ qua Nếu muốn tất hiển thị (kể tín hiệu nhiễu) bỏ tùy chọn Auto Scroll Lựa chọn tùy chọn muốn cửa sổ Packet Sniffer tự động trượt xuống, thông điệp luôn xuất cửa sổ Packet Sniffer Nhấn nút Play chọn Operation>Start Sniffing/Playback để bắt đầu giám sát thời gian thực Những thông điệp nhận hiển thị cửa sổ Packet Sniffer Hình 3.7 cho thấy ví dụ điển hình nốt mạng tham gia vào mạng giao thức Zigbee Bảng 3.2 Mã màu bảng Packet Sniffer [1] VÙNG MÀU MAC Header Trắng MAC Commands and Beacons Đỏ NWK Header Vôi NWK Commands Fushia APS Header Vàng APS Playload/Decoding Nước Security Header and Encrypted Data Xanh dương Unknown Olive Hình 3.8 cho thấy thơng điệp định tuyến từ nơi gửi đến đích cuối APS cấp độ Acknowledge định tuyến ngược lại Chú ý sử dụng trình phân tích ZENA, ta thấy thông điệp định tuyến dọc theo mạng, Acknowledge định tuyến trực tiếp hình 3.9 57 Hình 3.8 Yêu cầu liên kết trả lời Hình 3.9 Thơng điệp ứng dụng với APS level Acknowledge Mỗi thơng báo chứa đựng nhiều thơng tin, làm cho trở nên khó để quan sát ảnh Cửa sổ Packet Sniffer trược, trình phân tích ZENA đưa ba cấp độ quan sát khác MAC, thơng tin mức NWK APS Mỗi lớp cấu hình riêng rẽ cửa sổ Network Monitor cách điều chỉnh “Verboseness Level” Có ba cấp độ quan sát đưa (nhìn Bảng 3.3 sau) Bảng 3.3 Giao thức ZigBee™ với chọn lựa cấu hình VERBOSENESS CẤU HÌNH MƠ TẢ TÙY CHỌN Verbose Những Header cho vùng cấp mô tả giá trị tương ứng header Hình 3.10 cho thấy tất lớp cấu hình “Verbose” Numeric Những Header cho vực cấp với giá trị số vùng Header Xem hình 3.11 Khơng có vùng Header cấp Tất Byte vùng đại diện số với Byte giá trị nhỏ Xem hình 3.14 Condensed 58 Hình 3.10 Thông điệp ứng dụng với chế độ hiển thị NUMERIC Hình 3.11 Thơng điệp ứng dựng với chế độ hiển thị CONDENSED Dữ liệu quan sát phân tích tới mức giám sát thời gian thực xử lý Để dừng trình phân tích nhấn nút Stop chọn Operation>Stop Sniffing/Playback nhấn nút Save File>Save để lưu liệu phân tích cho lần sau 3.3.2 Phân tích liệu bắt Khi dừng việc giám sát, trình phân tích mạng khơng dây ZENA dùng để thực việc phân tích liệu bắt Nếu giám sát thời gian thực xử lý, dừng việc xử lý cách nhấn nút Stop chọn Operation>Start Sniffing/Playback Để xử lý liệu bắt trước đó, nhấn nút Open chọn File>Open chọn tập tin liệu muốn phân tích 59 3.3.3 Sử dụng lọc gói: Nhấp chuột vào nút Filter chọn Tools>Filter để mở rộng cửa sổ Network Monitor hiển thị tùy chọn cho lọc Hình 3.12 Cấu hình lọc gói Bộ lọc có ích cho việc hiển thị gói lựa chọn cửa sổ Packet Sniffer Cho ví dụ, giả sử muốn thấy tất tín hiệu gói MAC Beacon hiển thị cài đặt cho lọc sau: Bỏ tất checkboxes bảng “MAC” ngoại trừ “MAC Beacon” Bỏ tất checkboxes bảng “NWK” Bỏ tất checkboxes bảng “APS” Bỏ tất “Source Address” “Destination Address” Chọn tùy chọn “OR” Nhấn Apply Filter 60 Hình 3.13 Giao diện MAC Beacon Hình 3.14 Tín hiệu gói MAC Beacon Cửa sổ Packet Sniffer hiển thị tất tín hiệu gói MAC Beacon ẩn tồn tín hiệu khác Như hình 3.14 3.4 Kết luận Sau thời gian tìm hiểu, bắt tay vào thực nghiên cứu, tìm hiểu kit Picdem Z phần mềm giám sát mạng Zena thực đa số ứng dụng Nhưng nhiều ứng dụng mở rộng thực kit Picdem Z phần mềm phân tích mạng chưa có thực Một số ứng dụng thay đổi địa node, thay đổi công suất hay chưa quan sát hiểu nghĩa thông tin chứa khung thu từ phần mềm giám sát mạng 61 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Việc nghiên cứu đề tài cho em hiểu cách rõ cơng nghệ truyền dẫn khơng dây cịn mẻ Zigbee 802.15.4, nghiên cứu từ mơ hình giao thức đến thuật toán truyền tin Đưa ưu điểm vượt trội, giá thành thiết bị thấp, tiêu hao lượng, lỗi, dễ mở rộng, khả tương thích cao Trong đồ án cịn nghiên cứu, tìm hiểu kit Picdem Z giới thiệu phần mềm phân tích mạng Zena Và thực Demo nhà cung cấp có kèm theo thiết bị việc thiết lập trình gửi nhận tin kit Picdem Z hiển thị lên máy tính phần mềm hyper terminal q trình giám sát mạng phần mềm phân tích mạng ZenaTM Tuy nhiên thời gian thiết bị hạn chế nên chương trình cịn nhiều thiếu sót chưa thực thay đổi ID node thiết bị cũ firmware chưa hỗ trợ nên chưa hồn thiện mơ thuật tốn tìm đường tối ưu cho nốt cụ thể đến tất nốt thành viên khác mạng, tính tốn nhiễu xun kênh đến thành viên lân cận Việc tìm đường tối ưu yêu cầu quan trọng cơng nghệ Zigbee giải vấn đề hiệu lượng truyền tin vấn đề chống xung đột mạng Trong thời gian tới có điều kiện em tiếp tục hồn thiện, phát triển mở rộng chương trình, phân tích thêm nhiều ứng dụng, mơ thuật toán định tuyến Zigbee nhằm đưa phương pháp định tuyến tối ưu cho nốt cụ thể, lập trình ứng dụng nhúng vào thiết bị điều khiển 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh: [1] Nilesh Rajbharti, David Flowers, Zena Analyzer Users Guide, Microchip Technology Inc, 2007 [2] Nilesh Rajbharti, David Flowers, Kim Otten, Yifeng Yang, AN965, Microchip, Technology Inc, 2007 [3] Samir R.Das, Charles E Perkins, Elizabeth M Royer, Performance Comparison of Tow On-demand Routing Protocols for Ad Hoc Networks Santa Barbara, CA 93106 U.S.A [4] Don Wright, Hoaward M Frazier, Judith Gorman, IEEE Standards 802.15.4, IEEE 2003, ISBN 0-7381-3677-SS 95127, 12 May 2003, Piscataway, NJ 08855- 1331 [5] Johan Lonn, Jonas Olsson, ZigBee for Wireless networking, Microchip Technology Inc, 15th March 2005 [6] http://www.Microchip.com, truy cập cuối ngày 18/01/2015 [7] http://www.Zigbee.org, truy cập cuối ngày 18/01/2015 Tiếng Việt: [8] Ngô Quang Anh, Nghiên cứu chuẩn kết nối không dây ZIGBEE/IEEE.15.4, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, 2005 [9] Nguyễn Duy Anh, Mạng cảm biến không dây, Nhà xuất Trường Đại học Khoa học Huế, 2009 63 ... thiết cho hiểu biết ZigBee Đi vào tìm hiểu chi tiết ngăn giao thức ZigBee, mô tả ZigBee theo chuẩn IEEE 802.15.4 ứng dụng kết nối thiết bị theo giao thức ZigBee ABSTRACT This thesis studies PICDEM. .. chức khối kit Picdem Z tìm hiểu phần mềm phân tích mạng Zena - Chương Ứng dụng kit Picdem Z kết nối thiết bị theo công nghệ Zigbee Trong chương thực trình gửi, nhận tin kit Picdem Z thực thi... thiết bị lân cận Thiết bị nhận khung tin yêu cầu kết nối vào mạng với CLH Nếu điều phối mạng PAN (PAN coordinator) đồng ý cho thiết bị kết nối ghi tên thiết bị vào danh sách Cứ thiết bị kết nối