信息安全技术 实验一

 

 

 

《信息安全技术》实验报告

 

 

 

 

 

实验一 物联网实验箱基本使用

1、实验目的

  掌握ZXBee物联网开发套件的使用。

 

2、实验环境

  硬件：ZXBee CC2530 节点板 2 块、USB  接口的 CC2530 仿真器，PC 机；

  软件：Windows 7/Windows XP、IAR 集成开发环境、串口监控程序。

 

3、实验内容

    以下内容均使用《基于 CC2530 Zigbee 无线传感网协议开发》一书作为实验指导书，以后简称《指导书》。其中的代码不提供copy，请同学们自己输入。

1）自行阅读《指导书》第1章有关ZXBee开发环境的介绍，并完成1.5“创建第一个IAR应用程序”。

2）完成第2章基本接口实验：2.2“LED控制实验”和2.5“串口实验”。

3）完成第4章无线射频实验：4.1“点对点通信实验”、4.2“广播通信实验”和4.4“信道监听实验”。

 

2.2 LED 控制实验

实验目的

 通过 I/O 控制小灯闪烁的过程；

 在 ZXBee CC2530 节点板上运行自己的程序。

实验环境

 硬件： ZXBee CC2530 节点板一块， CC2530 仿真器， PC 机；

 软件： Windows 7/Windows XP， IAR 集成开发环境。

实验原理

通过 CC2530 的 I/O 引脚，输出高低电平来控制 D6 及 D7 的亮与灭。

CC2530 的 I/O 控制口一共有 21 个，分成 3 组，分别是 P0、 P1 和 P2；由电路原理图可以看

出 D7 所对应的 I/O 口为 P1_0， D6 所对应的 I/O 口为 P1_1。

如图为 LED 灯的驱动电路，本实验选择 P1_0 和 P1_1 I/O 引脚， P1_0 与 P1_1 分别控制

LED4(D7)和 LED3(D6)，因此，在软件上只要配置好 P1_0 口及 P1_1 口

实验步骤

1） 正确连接 CC2530 仿真器到 PC 机和 ZXBee CC2530 节点板，确定按照第一章 1.2 节设置 节点板跳线为模式一，打开 ZXBee CC2530 节点板电源（上电）。

2） 打开实验工程：在文件夹“05-实验例程\第 2 章\2.2-LED”下双击打开工程 LEDs.eww， 选择 Project->Rebuild All 重新编译工程。

3） 将连接好的硬件平台上电（CC2530 务必按下开关上电），然后按下 CC2530 仿真器上的复 位按键。接下来选择 Project->Download and debug 将程序下载到 CC2530 节点板。

4） 下载完后将 CC2530 重新上电或者按下复位按钮，观察两个 LED 的闪烁情况。

5） 修改延时函数，可以改变 LED 小灯的闪烁间隔时间。

实验截图

 

 

 

 

2.5

串口实验

实验目的

本次实验将会学习如何使用串口实现与 PC 机的通讯（实验中需要 PC 机与开发板之 间使用 RS232 交叉串口连接线）； Ø 能正确配置 CC2530 的串口。

实验环境

硬件：ZXBee CC2530 节点板一块，CC2530 仿真器，PC 机，交叉串口线一根；软件：Windows 7/Windows XP，IAR 集成开发环境、串口调试助手。

实验步骤

1） 正确连接 CC2530 仿真器到 PC 机和 ZXBee CC2530 节点板，确定按照第一章 1.2 节设置 节点板跳线为模式一，打开 ZXBee CC2530 节点板电源（上电）。用 RS-232 串口线一端连接 ZXBee CC2530 节点板，另一端连接 PC 机串口。

2） 在 PC 机上打开串口终端软件，设置好波特率为 19200。

3） 打开实验工程：在文件夹“05-实验例程\第 2 章\2.5-UART”下双击打开工程 uart.eww， 选择 Project->Rebuild All 重新编译工程。

4） 将连接好的硬件平台上电（CC2530 务必按下开关上电），然后按下 CC2530 仿真器上的复 位按键。接下来选择 Project->Download and debug 将程序下载到 CC2530 节点板。

5） 下载完后可以点击“Debug”->”Go”程序全速运行；也可以将 CC2530 重新上电或者按下 复位按钮让刚才下载的程序重新运行。

6） 程序运行后，在 PC 机上的串口软件中会看到串口输出“Please Input string end with '@'”。在 PC 机通过键盘发送数据到 CC2530，输完后按@结束。然后检查 CC2530 回送给 PC 机的数据。

实验截图

 

 

 

4.1点对点通信实验

实验目的

• Ø 在 ZXBee CC2530 节点板上运行相应实验程序；
• Ø 熟悉通过射频通信的基本方法；
• Ø 练习使用状态机实现收发功能。

实验环境

• Ø 硬件：ZXBee CC2530 节点板 2 块、USB 接口的 CC2530 仿真器，PC 机；

 Ø 软件：Windows 7/Windows XP、IAR 集成开发环境、串口监控程序。

实验原理

Zigbee 的通讯方式主要有三种：点播、组播、广播。点播，顾名思义就是点对点通信，也就是 2 个设备之间的通讯，不容许有第三个设备收到信息；组播，就是把网络中的节点分组，每一个组 员发出的信息只有相同组号的组员才能收到；广播，最广泛的也就是一个设备上发出的信息所有设 备都能接收到。这也是 ZigBee 通信的基本方式。 在点对点通信的过程中，先将接收节点上电后进行初始化，然后通过指令 ISRXON 开启射频接 收器，等待接收数据，直到正确接收到数据为止，通过串口打印输出。发送节点上电后和接收节点 进行相同的初始化，然后将要发送的数据输出到 TXFIFO 中，再调用指令 ISTXONCCA 通过射频前 端发送数据。

实验步骤

1）准备两个 CC2530 无线节点板（参考 1.2 章节，将无线节点板跳线设置为模式一），分别接上出厂电源；将其中一个 CC2530 无线节点板通过 RS-232 交叉串口线连接到 PC 机串口。

2）在 PC 机上打开串口终端软件，设置好波特率为 19200。

3）双击本实验程序“第 4 章\4.1-P2P”双击 p2p.eww，打开本实验工程文件。

4）打开 main.c 文件，下面对一些定义进行介绍。RF_CHANNEL 宏定义了无线射频通信时使

用的信道，在实验室中，多个小组同时进行实验时建议每组选择不同时信道，即每个小组使用不同的 RF_CHANNEL 值（可按顺序编号）。但同一组实验中两个节点需要保证在同一信道，才能正确通信。

5）PAN_ID 个域网 ID 标示，用来表示不同在网络，在同一实验中，接收和发送节点需要配置为相同的值，否则两个节点将不能正常通信。

SEND_ADDR 发送节点的地址；

RECV_ADDR 接收节点的地址。

6）NODE_TYPE 节点类型：0-接收节点，1-发送节点。在进行实验时一个节点定义为发送节点用来发送数据，一个定义为接收节点用来接收数据。

7）修改 main.c文件中的 NODE_TYPE 的值为 0，保存，然后选择 Project->Rebuild All 重新编译工程。

8 ） 将 CC2530 仿 真 器 连 接 到 串 口 与 PC 机 相 连 接 的 CC2530 节 点 上 ， 点 击 菜 单Project->Download and debug 下载程序到节点板。此节点以下称为接收节点。

9）修改 main.c 文件中的 NODE_TYPE 的值为 1，然后点击保存，然后选择 Project->Rebuild All重新编译工程。

10）接下来将接收节点断电，取下 CC2530 仿真器连接到另外一个节点上，点击菜单Project->Download and debug 下载程序到节点板。此节点板以下称为发送节点。

11）确保接收节点的串口与 pc 的串口通过交叉串口线相连。

12）先将接收节点上电。查看 PC 机上的串口输出。接下来将发送节点上电。

13）从 PC 机上串口调试助手观察接收节点收到的数据。可以修改发送节点中发送数据的内容，然后编译并下载程序到发送节点，然后从串口调试助手观察收到的数据。可以修改接收节点的地址，然后重新编译并下载程序到接收节点，然后从发送节点发送数据，观察接收节点能否正确接收数据。

实验结果

发送节点将数据发送出去后，接收节点接收到数据，并通过串口调试助手打印输出。发送数据的最大长度为 125 （加上发送的数据长度和校验，实际发送的数据长度为 128 字节）。

实验截图

 

 

 

 

4.2广播通信实验

实验目的

 在 ZXBee CC2530 节点板上运行自己的程序；

 理解广播的实现方式。

实验环境

 硬件：ZXBee CC2530 节点板 3 块、USB 接口的 CC2530 仿真器，PC 机；

 软件：Windows 7/Windows XP、IAR 集成开发环境、串口监控程序。

实验原理

ZigBee 协议中，数据包能被单播传输、组播传输或者广播传输。

当应用程序需要将数据包发送给网络的每一个设备时使用广播模式，地址模式设置为AddrBroadcast，目标地址可以设置为下面广播地址的一种：

NWK_BROADCAST_SHORTADDR_DEVALL(0xFFFF)——数据包将被传送到网络上的所有设备包括睡眠中的设备。对于睡眠中的设备数据包将被保留在其父亲节点 直到查询到它或者消息超时(NWK_INDIRECT_MSG_TIMEO 在 f8wConifg.cfg 中)。NWK_BROADCAST_SHORTADDR_DEVRXON(0xFFFD)——数据包将被传送到网络上的所有的打开接收的空闲设备(RXONWHENIDLE)，也就是除了睡眠中的所有设备。NWK_BROADCAST_SHORTADDR_DEVZCZR(0xFFFC)——数据包发送给所有的路由器，包括协调器。

实验步骤

1）准备 3 个 CC2530 无线节点板（参考 1.2 章节，将无线节点板跳线设置为模式一），分别接上出厂电源。

2）打开光盘“第 4 章\4.2-BroadcastCommunication”，双击 p2p.eww，打开本实验工程文件。

3）按实验原理修改程序。先将 main.c 中的节点类型变量 NODE_TYPE 的值设置为 0 作为接收节点，然后选择 Project->Rebuild All 重新编译工程。

4）将 CC2530 仿真器连接到其中一个 CC2530 节点板，上电 CC2530 节点板，然后点击菜单Project->Download and debug 下载程序到节点板。此节点以下称为接收节点 1。

5）修改 main.c 中的节点短地址 RECV_ADDR 的值为 0x2510，保存，然后选择 Project->RebuildAll 重新编译工程。接下来通过 CC2530 仿真器把程序下载到另外一个 CC2530 节点板中，称为接收节点 2。

6）将节点类型变量 NODE_TYPE 的值设置为 1，保存。然后选择 Project->Rebuild All 重新编译工程编译工程，并下载到 ZXBee CC2530 节点板中，作为发送节点。

7）将发送节点通过串口线连接到 PC 上，在 PC 机上打开串口调试助手，配置串口助手波特率为 19200。

8）复位发送节点（让节点发送数据），可以看到串口调试助手上打印出发送情况

实验结果

实验中，只要节点为接收数据的节点，便能接收数据，实现了射频广播的功能，事实上，若不考虑收发数据的地址，即是广播。

实验截图

 

 

 

4.4信道监听实验

实验目的

 在 ZXBee CC2530 节点板上运行自己的程序；

 了解信道扫描的概念。

实验环境

 硬件：ZXBee CC2530 节点板 2 块、USB 接口的 CC2530 仿真器，PC 机；

 软件：Windows 7/Windows XP、IAR 集成开发环境、串口监控程序。

实验原理

ZigBee 中物理层上面是 mac 层，它的核心是信道接入技术，包括 GTS（时分复用技术）和随机信道接入技术（csma-ca）。不过 zigbee 没有对 gts 技术进行支持，因此我们仅需要考虑 csma-ca技术。802.15.4 网络的所有节点都工作在一个信道上，因此如果邻近节点同时发送数据就会产生冲突，为此采用 csma-ca 技术，简单来说，就是节点在发送数据之前，先监听信道，如果这个信道空闲则可以发送数据，否则就进行随机退避，即延时一个随机时间，然后再进行信道监听，这个退避时间是指数增长的，但有一个最大值。即如果上一次退避后监听信道忙，则退避时间要倍增，这样做的原因是如果多次监听信道忙，则表明信道上传输的数据量很大，因此节点要等待更长时间，避免繁忙的监听。通过这种技术，所有节点共享一个信道。在 mac 层中还规定了两种信道接入模式，一种是信标（beacon）模式，另一种是非信标模式。信标模式当中，规定了一种超帧格式，在超帧的开始发送信标，里面包含一定的时序和网络信息，紧接着是竞争接入时期，在这段时间内，各节点竞争接入信道，再后面是非竞争接入时期，节点采用时分复用方式接入信道，然后是非活跃时期，节点进入休眠状态，等待下一个超帧周期的开始又发送信标帧。而非信标模式则比较灵活，节点均以竞争方式接入信道，不需要周期性的发送信标帧。显然在信标模式下，由于有了周期性的信标帧，整个网络的各个节点都能够同步，但这种同步网络规模不会大。实际上 zigbee 中更多的应用是非信标模式。

实验步骤

1）准备 2 个 CC2530 无线节点板（参考 1.2 章节，将无线节点板跳线设置为模式一），分别接上出厂电源。

2）打开光盘“第 4 章\4.4-ChannelScan”，双击 ChanelScan.eww，打开本实验工程文件。

3）将工程文件 main.c 中的节点类型变量 NODE_TYPE 的值设置为 0，信道变量 RF_CHANNEL设置为 13，选择 Project->Rebuild All 重新编译工程；（注意：在实验室中多个小组同时实验时，为防止相互间的信道干扰，RF_CHANNEL 应设置为不同值，可按小组编号设置，这里举例设为 13）。

4）将 CC2530 仿真器连接到第 1 个 CC2530 节点板，上电 CC2530 节点板，然后点击菜单Project->Download and debug 下载程序到此节点板。此节点以下称为接收节点。

5）将工程文件 main.c 中节点类型变量 NODE_TYPE 第值设置为 1，选择 Project->Rebuild All重新编译工程。

6）将 CC2530 仿真器连接到第 2 个 CC2530 节点板，上电 CC2530 节点板，然后点击菜单Project->Download and debug 下载程序到此节点板。此节点以下称为发送节点。

7）将接收节点，上电并复位。

8）将发送节点通过串口线连接到 PC 上，打开串口调试助手，配置串口助手波特率为 19200。

9）上电并复位发送节点，可是看到串口上打印出信道监听结果及接收到的数据

10）修改接收节点的信道设置值，重复以上步骤。

实验结果

当接收节点进行信道扫描时，它只能在发送节点使用的信道上接收到数据。

实验截图