CN110768857A - 一种基于zigbee协议的分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于ZIGBEE协议的分析系统，该系统包括监听模块用于获取数据，通信与供电模块用于数据传送和系统供电，分析模块用于将数据封装与显示，本系统适用于安卓系统和IOS系统，应用非常广泛，通过简单的模块组合，本系统能够实现ZIGBEE数据包的快速抓取与分析，帮助工程师了解ZIGBEE的工作机制，验证其应用程序的合理性。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种用于ZIGBEE(紫蜂协议)工作机制与协议分析的分析工具及软件。
背景技术
ZIGBEE是一种近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本、高安全性，主要用于自动监控领域的无线组网通讯技术。随着物联网的快速发展，ZIGBEE技术广泛应用于工业控制、农业自动化、智能家居、智能照明、智能建筑等领域。而在学习研究及应用ZIGBEE技术的过程中，抓取ZIGBEE数据包进行数据分析，是深入了解ZIGBEE网络建立过程、设备加入网络过程、各个设备通信流程等工作机制以及验证用户应用程序的正确性，解决实际应用难题的重要手段。
传统的ZIGBEE数据包抓取方法是使用ZIGBEE抓取工具连接PC(personalcomputer，个人计算机)或笔记本电脑，使用电脑软件进行数据抓取与分析。这种方法，在室内弊端不明显，若在室外，电脑因其体积与重量原因而携带不便。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于ZIGBEE协议的分析系统，该系统小巧轻便，只需将本发明的ZIGBEE设备插入装有本发明的ZIGBEE协议分析APP所对应的手机USB接口，运行软件后，即可实现ZIGBEE数据包的抓取与分析，从而帮助工程师了解ZIGBEE的工作机制，验证其应用程序的合理性。
本系统主要由监听模块，通信与供电模块，分析模块。
其中，监听模块用于获取数据，所获取的数据可以是广播数据包、信标数据包、网络数据包、地址数据包、通信数据包等。常见的数据包以NO.(序号)、Time(时间)、Length(数据包长度)、Frame Control Field(帧控制字段)、Sequence Number(数据包顺序)、PanID(网络标识)、Destination(目的地址)、Source(源地址)、Radius(半径范围)、SecurityControl Field(安全控制字段)、IEEE地址(64位长地址)、Date(应用数据)、MessageIntegrity Code(一致性编码)、RSSI(received signal strength indicator，接收信号强度显示)及校验包进行封装和显示。一些简单的网路数据可以由其中几个组成即可，对于一些比较复杂的数据，可采用全部组别表示。
其中，帧控制字段字节的取值为0X的6位固定格式，每次测试序号递增，通过序号确定判断次数。
其中，通信与供电模块主要用于数据传送，通信与供电模块中的通信功能主要实现本发明的ZIGBEE设备与本发明的分析APP之间通过请求数据包和应答数据包的形式传递数据。另外，通信与供电模块中的供电功能主要实现本发明的ZIGBEE设备的电源供应。
其中，分析模块主要用于在安卓系统和IOS系统中封装和显示数据。分析模块还包括数据解读模块，其中数据解读模块为编写好的程序、脚本、可执行文件、函数库、源代码、数学公式的一种或多种组合。
其中，本系统的数据传递和接收可以在ZIGBEE Coordinator、ZIGBEE EndDevice等设备之间进行。
本发明提供了一种基于ZIGBEE协议分析系统，该系统小巧轻便，只需将本发明的ZIGBEE抓包设备插入装有本发明的ZIGBEE协议分析APP的手机USB口，运行软件后，即可实现ZIGBEE数据报的抓取与分析，从而帮助工程师了解ZIGBEE的工作机制，验证其应用程序的合理性。
附图说明
图1系统模块组成图
图2系统流程图
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
一、系统工作步骤
本发明提供的包含ZIGBEE监听模块，通信与供电模块，分析模块三部分组成。
首先，第一步将装有该系统的工具装机，打开该系统软件，该系统的ZIGBEE监听模块开始工作，识别网络数据，确定需要抓取的网络数据，实现从ZIGBEE无线传感网络中抓取网络数据，并通过通信与供电模块发送至分析模块；
其次，分析对接收到的数据进行分析处理，转换成为安卓系统或IOS系统可识别的网络数据类型。
最后，通信与供电模块的通信功能将接收的数据推送给安卓系统或IOS系统的手机，手机可自带软件显示网络数据，或者运行系统自带的分析模块，在安卓系统或IOS系统上显示网络数据。通信与供电模块还负责整个运行过程的系统供电功能。
数据可以是广播数据包、信标数据包、网络数据包、地址数据包、通信数据包等。常见的数据包以序号、时间、数据包长度、帧控制字段、数据包顺序、网络标识、目的地址、源地址、半径范围、安全控制字段、IEEE地址、应用数据、一致性编码、RSSI及校验包进行封装和显示。在具体实施上，其帧控制字段数值为0x开头的6位字符。
二、具体实施例
以安卓手机为例，说明使用本发明协议的分析系统的几个过程。
1、在安卓手机中装入本发明的协议分析系统，而后将本发明的ZIGBEE设备接入带有安卓系统的手机USB口。
2、激活带有本系统的软件工具，通信与供电模块负责给系统各模块进行供电，分析系统开始启动和运行。
3、启动ZIGBEE Coordinator(协调器)，建立ZIGBEE网络，随后ZIGBEECoordinator每隔一定时间发送一次广播信息，系统即可抓取到ZIGBEE广播数据包，数据包内容如下：NO.1,Time：0.000000，Length：47，Frame Control Field：0x8841，
Sequence Number:0X63，PanID:0X170b，Destination：0xffff，Source：0xO000，Radius：0x01，Security Control Field：0x28，IEEE：00 12 4b 00 12 e2 39 4b，Date0x57 0x06，Message Integrity Code：0xa0 0x1b 0xa6 0a12，RSSI：-29，ECC：236。
4、启动ZIGBEE EndDevice(终端设备)，ZIGBEE EndDevice会发送信标请求，系统可抓取到其信标数据包，具体如下：：NO.4,Time：35.194506，Length：10，Frame ControlField：0x0803，Sequence Number:0xab，PanID:0xffff，Destination：0xffff，CommandIdentify：0x07，RSSI：-29，ECC：236。
5、设置ZIGBEE Coordinator为允许设备加入状态，系统抓取到允许入网数据包，具体如下：NO.5,Time：42.650956，Length：48，Frame Control Field：0x8841，
Sequence Number:0X66，PanID:0X170b，Destination：0xffff，Source：0xO000，Radius：0x0f，Security Control Field：0x28，IEEE：00 12 4b 00 12 e2 39 4b，Date0x58 0x3c 0x2c 0xa5 0x45 0xfd 0x6d 0x92 0xaf 0x83 0x3d，Message IntegrityCode：0x00 0xf3 0x4b 0x4a，RSSI：-28，ECC：236。
6、设置ZIGBEE EndDevice为请求入网状态，系统抓取到请求入网数据包，具体如下：NO.13,Time：48.168286，Length：21，Frame Control Field：0xc823，Sequence Number:0Xc9，PanID:0X170b，Destination：0x0000，Source：00 12 4b 00 0f f9 bb fc，CommandIdentify：0x01，Association Request Ox80，RSSI：-28，ECC：236。
7、之后ZIGBEE Coordinaor对ZIGBEE EndDevice的入网请求作出应答，系统抓取到入网应答包，具体如下：NO.14,Time：48.169357，Length：5，Frame Control Field：0x0002，Sequence Number:0Xc9，RSSI：-28，ECC：236。
8、ZIGBEE EndDevice接收到ZIGBEE Coordinator的应答后，发送数据请求，请求ZIGBEE Coordinator分配网络地址，系统抓取到请求地址包，具体如下：NO.15,Time：48.606494，Length：18，Frame Control Field：0xc863，Sequence Number:0xca，PanID:0X170b，Destination：0x0000，Source：00 12 4b 00 0f f9 bb fc，Radius：0x01，SecurityControl Field：0x28，IEEE：00 124b 00 12 e2 39 4b，Date 0x57 0x06，CommandIdentify：0x01，Association Request Ox04，RSSI：-28，ECC：236。
9、ZIGBEE Coordinator对ZIGBEE EndDevice的地址请求作出应答，系统抓取到地址请求应答包，具体如下：NO.16,Time：48.607454，Length：5，Frame Control Field：0x0012，Sequence Number:0Xca，RSSI：-28，ECC：236。
10、ZIGBEE Coordinator将分配的网络地址发送给ZIGBEE EndDevice，系统抓取到地址分配包，具体如下：NO.17,Time：48.610692，Length：27，Frame Control Field：0xcc63，Sequence Number:0x47，PanID:0x170b，Destination：00 12 4b 00 0f f9 bb fc，Source：00 12 4b 00 12 c3 39 4b，Command Identify：0x02，Short Address：Oxaa80，Association Request Ox04，RSSI：-28，ECC：236。
11、ZIGBEE EndDevice接收到地址后，给ZIGBEE Coordinator返回配置结果包，具体如下：NO.18,Time：48.611907，Length：5，Frame Control Field：0x0002，SequenceNumber:0x47，RSSI：-28，ECC：236。
12、最后，ZIGBEE Coordinator即可与ZIGBEE EndDevice进行通信了。当ZIGBEEEndDevice向ZIGBEE Coordinator发送数据时，ZIGBEE Coordinator会返回数据接收成功与否应答；同时当ZIGBEE Coordinator向ZIGBEE EndDevice发送数据时，ZIGBEEEndDevice也会返回数据接收成功与否应答，本发明系统均可抓取到通信数据包，具体如下：
1)NO.25,Time：49.525309，Length：12，Frame Control Field：0x8863，SequenceNumber:0x47，PanID:0x170b，Destination：0x0000，Source：0xaa80，Command Identify：0x04，RSSI：-28，ECC：236。
2)NO.26,Time：49.526077，Length：5，Frame Control Field：0x0012，SequenceNumber:0xcc，RSSI：-28，ECC：236。
3)NO.27,Time：49.532394，Length：74，Frame Control Field：0x8861，SequenceNumber:0x49，PanID:0x170b，Destination：0xaa80，Source：0x0000，Radius 0x0f,Security Control Field:0x28,IEEE:00 12 4b 00 12 c2 39 4b,Date:0xc4 0xd3 0xc30x36 0xdd 0x31 0x7a 0x96 0xf3 0xef 0x1e 0xbc 0x64 0xa1 0xe8 0x6f 0xa3 0x450x77 0x32 0x30 0xa5 0x54 0x25 0x2f 0x41 0xf1 0x78 0xb5 0xb4 0x80 0x2a 0xca0x36 0xc9 0x68,Message Integrity Code：0xaf 0x1a 0x40 0x9b，RSSI：-28，ECC：236。
通过本系统，工程师能够快速学习和使用，可实现ZIGBEE数据报的抓取与分析，从而帮助工程师了解ZIGBEE的工作机制，验证其应用程序的合理性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种基于ZIGBEE协议的分析系统，其特征在于，该系统包括监听模块，通信与供电模块，和分析模块。
所述监听模块用于获取数据，
所述通信与供电模块用于数据传送和系统供电，
所述分析模块用于封装和显示数据包。
2.根据权利要求1所述的一种基于ZIGBEE协议的分析系统，其特征在于，所述监听模块获取的数据包括广播数据包、信标数据包、网络数据包、地址数据包、通信数据包。
3.根据权利要求2所述的一种基于ZIGBEE协议的分析系统，其特征在于，所述监听模块获取的数据包以序号、时间、数据包长度、帧控制字段、数据包顺序、网络标识、目的地址、源地址、半径范围、安全控制字段、IEEE地址、应用数据、一致性编码、RSSI及校验包进行封装和显示。
4.根据权利要求1所述的一种基于ZIGBEE协议的分析系统，其特征在于，所述通信模块对象为安卓系统和IOS系统。
5.根据权利要求1所述的一种基于ZIGBEE协议的分析系统，其特征在于，所述通信与供电模块在接收模块与分析模块之间通过请求数据包和应答数据包的形式传递数据。
6.根据权利要求1所述的一种基于ZIGBEE协议的分析系统，其特征在于，所述的分析模块具有数据解读模块，解读模块为编写好的程序、脚本、可执行文件、函数库、源代码、数学公式的一种或多种组合。
7.根据权利要求3所述的一种基于ZIGBEE协议的分析系统，其特征在于，帧控制字段字节的取值为0X的6位固定格式。
8.根据权利要求3所述的一种基于ZIGBEE协议的分析系统，其特征在于，测试过程中，每次测试序号递增，通过序号确定判断次数。
9.根据权利要求1所述的一种基于ZIGBEE协议的分析系统，其特征在于，所述ZIGBEE还包括ZIGBEE Coordinator、ZIGBEE EndDevice。
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