ZigBee(紫蜂)技术讲解
zigbee技术的原理及应用
Zigbee技术的原理及应用1. 引言Zigbee是一种低功耗、近距离无线通信协议，被广泛应用于物联网领域。
本文将介绍Zigbee技术的原理，并探讨它在各个领域的应用。
2. Zigbee技术的原理•Zigbee协议：Zigbee是一种基于IEEE 802.15.4标准的通信协议。
它使用2.4GHz、900 MHz和868 MHz无线频段进行通信。
•网络拓扑：Zigbee网络采用星状、网状和树状等多种拓扑结构。
其中，星状拓扑最常见，由一个中心设备（协调器）和若干个终端设备组成。
•网络通信：Zigbee采用CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）的通信方式，确保数据的可靠传输。
•低功耗：Zigbee设备的功耗非常低，可以通过休眠和睡眠模式来降低能耗，在电池供电的应用中具有较长的使用寿命。
3. Zigbee技术的应用3.1 智能家居•环境监测：通过Zigbee传感器可以实时监测室内温度、湿度、光照等环境指标，实现智能调控。
•安防系统：Zigbee技术可以用于家庭安防系统，包括智能门锁、烟雾报警器和入侵检测器等。
•能源管理：通过智能插座和用电监控装置，实现对家电的远程控制和能源使用的监测。
3.2 工业控制•无线传感网络：Zigbee技术可以应用于工业领域的无线传感网络，实现对设备状态的监测和控制。
•远程监控：利用Zigbee传感器，可以实现对工业设备的远程监控和故障诊断。
•自动化控制：Zigbee网络可用于自动化控制系统，实现对设备的自动控制和优化。
3.3 医疗健康•远程监护：Zigbee技术可以用于监测和传输患者的生理参数，如心率、血压和血氧饱和度等。
•医疗设备：利用Zigbee传感器和控制器，可以实现医疗设备的远程操控，提高医疗效率。
•健康管理：通过与智能手机和云平台的连接，可实现对个人健康状况的实时监测和管理。
3.4 农业领域•农业监测：Zigbee网络可用于农业领域的远程监测，包括温度、湿度和土壤湿度的实时监测。
zigbee技术原理解读
设备除了能与自己的父节点或子节点互相通信外，其他只
能通过网络中的树型路由完成通信。
图2-2 Zigbee网络拓扑结构
网状型网络是在树型网络的基础上实现的。与树状网
络不同的是，它允许网络中所有具有路由功能的节点互相
通信，由路由器中的路由表完成路由查寻过程。
说的“接口”是指不同功能层的“通信规则”。
例如，物理层服务访问接口是通过射频固件和硬件提供给
MAC层与无线信道之间的通信规则。服务访问接口是通过
服务原语实现的，其功能是为其他层提供具体服务。 注意：这里要区分“服务原语”和“协议”的区别：
“协议”是两个需要通信的设备之间的同一层之间如何发
送数据、如何交换帧的规则，是“横向”的；而“服务原 语”是“纵向”的层和层之间的一组操作。
在于工作频段、调制技术和传输速率的不同。
2.4 GHz是全球统一的无需申请的ISM频段，有助于
Zigbee设备的推广和生产成本的降低。此频段的物理层通
过采用高阶调制技术能够提供250 kb/s的传输速率，有助 于获得更高的吞吐量、更小的通信延时和更短的周期，达
到节约能源的目的。另外此频段提供16个数据速率为
加入网络。设备加入网络后由协调器为其分配16位短地址， 具有路由功能的设备可以拥有自己的子设备。但是在树型
网络中，子设备只能和自己的父设备进行通信，如果某终
端设备要与非自己父设备的其他设备通信，必须经过树型 路由进行通信。
（3）. 网状型网络的形成过程
在网状型网络中，每个设备都可以与在无线通信范
围内的其他任何设备进行通信。理论上任何一个设备都可 定义为PAN主协调器，设备之间通过竞争的关系竞争PAN
最新ZigBee(紫蜂)技术讲解
MAC层功能
（1）网络协调器产生网络信标； （2）与信标同步； （3）支持个域网链路的建立和断开； （4）为设备的安全提供支持； （5）信道接入当时采用免冲突载波检测多址接
协调器(ZigBee Coordinator，ZC)必须是FFD，一 个ZigBee网络有且仅有一个协调器，它的任务包括 网络启动，信道选择，16位网络设备地址分配，发 送时间信标，维护网络，具有最多的存储空间和计 算能力。
路由器(ZigBee Router，ZR)必须是FFD，任务包 括数据存储转发，邻居发现，路由发现和维护。
（2）传输可靠，抗干扰强。采用DSSS直接序列扩频技 术，以化整为零的方式将一个信号分为多个信号，抗 干扰性强。 ZigBee采用了载波侦听多址/冲突避免 (CSMA/CA) 的信道接入方式和完全握手协议。MAC 层采用了回复确认的数据传输机制， 提高了可靠性。
（3）低成本。由于ZigBee协议栈设计简练，因此，它 的研发成本相对较低。通信模块在2美元左右，蓝牙 模块在8美元左右。
2.物理层协议规范—频段
物理层协议规范—频段
868 MHz 物理层 信道 0
915 MHz 物理层
信道 1～10
2 MHz
868.3 MHz 2.4 GHz 物理层
902 MHz 信道 11～26
908 MHz 5 MHz
2.4 GHz
Zigbee频率和信道分布
2.4835 GHz
3. MAC层协议规范
紫蜂
紫蜂紫蜂【zǐ fēng】"Zigbee"的音译，紫蜂是一种短距离、低速率低功耗的无线网络传输技术，采用DSSS技术调制发射，用于多个无线传感器组成网状网络，推动紫蜂技术发展的主要组织是Zigbe联盟。
ZigBee（紫蜂）无线网络技术简介新一代的无线传感器网络将采用802.15.4(ZigBee)协议。
ZigBee是一种供廉价的固定、便携或移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线连接技术，这个名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、距离和方向等信息。
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。
在标准化方面，IEEE802.15.4工作组主要负责制定物理层和MAC层的协议，其余协议主要参照和采用现有的标准，高层应用、测试和市场推广等方面的工作将由ZigBee 联盟负责。
ZigBee联盟成立于2002年8月，由英国Invensys 公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司组成，如今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司和开发商的加入。
ZigBee技术的主要优点有：＊省电：由于工作周期很短、收发信息功耗较低、并且采用了休眠模式，ZigBee技术可以确保两节五号电池支持长达6个月到2年左右的使用时，当然不同的应用功耗是不同的；＊可靠：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。
MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息；＊成本低：模块的初始成本估计在6美元左右，很快就能降到1.5美元到2.5美元之间，且ZigBee协议是免专利费的；＊时延短：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。
《zigbee技术》课件
《Zigbee技术》PPT课件
Zigbee技术是一种低功耗、低成本的无线网络技术，被广泛应用在智能家居、 工业自动化、医疗设备等领域。本课件将介绍Zigbee技术的概述、体系结构、 协议栈、应用开发等方面内容，并展望Zigbee的未来发展。
什么是Zigbee技术
Zigbee技术是一种基于IEEE 802.15.4标准的无线通信技术，具有自组织、自修 复和低功耗的特点。广泛应用于物联网、智能家居、工业自动化等领域。
Zigbee技术的体系结构
Zigbee技术架构
Zigbee技术采用星型和网状的网络拓扑结构，支持端到端和多对多通信。
信道和通信方式
Zigbee技术工作在2.4GHz和915MHz等无线频段，使用短距离、低速率的无线通信方式。
特性和优点
Zigbee技术具有低功耗、多设备互联、网络扩展性强、安全性高等特点。
5
APL层
应用层负责具体应用的开发和实现，包 括应用的业务逻辑。
Zigbee应用开发
开发环境搭建
搭建开发环境，包括编译器、开 发板、调试器等工具的配置。
应用开发流程
应用实现案例
从需求分析、设计到编码和测试， 完成Zigbee应用的开发过程。
通过实例演示Zigbee应用的开发， 如智能家居控制、物联网传感器。
Zigbee网络管理与安全
1网络拓扑维护源自2维护网络拓扑结构，包括路由维护、邻居
表维护等，保证网络的稳定性。
3
Zigbee设备的加入和离网管理
管理Zigbee设备的接入和退出，实现设备 的自动配置和网络的动态扩展。
安全措施与加密机制
采取安全措施保护网络的数据传输和设备 的认证，使用加密机制提高通信的安全性。
Zigbee简介
Zigbee简介ZigBee（紫蜂）技术是一种低复杂度、低耗电、低数据传输速率、低成本、高可靠且便于组网的双向短距无线通讯技术。
早期曾被称“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或“fireFly”无线电技术，现统称为ZigBee技术。
它是基于IEEE批准通过一个无线个人区域网标准研制开发的，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
ZigBee协议栈是基于IEEE802.15.4的无线网络标准的，将IEEE 802.15.4与ZigBee技术对比，IEEE802.15.4定义了物理层（PHY)和介质访问层（MAC），而ZigBee联盟则在IEEE 802.15.4的基础上定义了网络层（NWK)和应用层（API)。
其中，PHY层主要功能是启动和关闭无线收发器、信道选择、能量监测、链路质量监测、清除信道评估以及通过物理介质对数据包进行发送和接收。
MAC层是信标管理、行道接入、时隙管理、发送确认帧、发送连接及断开请求。
并且，MAC层还为应用合适的安全机制提供了一些方法。
网络层主要用于建立和维护网络连接。
它独立处理传入数据的请求、关联、解除关联和孤立通知请求。
应用层主要为ZigBee技术的实际应用提供一些应有框架模型等，以便对ZigBee技术进行开发应用。
ZigBee无线网络根据不同的需要可采用星状、串状、网状三种不同类型的网络配置，每种配置是由一个协调器（Coordinator)、多个路由器(Router)和多个终端设备节点（End device）组成。
Coordinator和Router均为实现了一组很多服务的全功能设备（Full Function Device,FFD)，终端设备可以为FFD或简化功能设备（RFD）。
一个网络配置仅有一个唯一的协调器负责与所控制的子节点通信，汇集数据和管理发布控制，路由器主要起到通信路由和网络扩展的功能。
其中Coordinator节点是发起网络的，它等待着Router和End —device节点的加入。
zigbee技术
1.ZigBee技术介绍1.1.什么是ZigBeeZigBee又叫紫蜂，是一种低功率无线电通信的开放标准，包括强大可靠的网络协议，安全服务和应用层，以确保设备间的互操作性。
ZigBee标准支持16个在全球范围内免许可证的2.4 GHz频段通道，通道数据传输速率达250kbps，同时也支持868/915MHz频段。
ZigBee技术是随着工业自动化对于无线通信和数据传输的需求而产生的，Zigbee网络省电、可靠、成本低、容量大、安全，可广泛应用于各种自动控制领域。
ZigBee强大的网络协议栈提供全网状路由功能，包括自动路由发现和修复，在不可预知的城市环境中，该功能对于网络的长期运作具有关键的作用。
ZigBee的超低能耗性能支持在非路由连接终端设备上使用电池进行长时间供电。
ZigBee还提供行业审查商业级的安全算法，它结合网络层和数据链路层（节点到节点）的公共密钥加密算法与密钥更新算法，以确保可靠的无线网络安全。
由于ZigBee设备易于安装和维护，既可靠又安全，并能够提供较长的电池寿命和高度可扩展的网络（成千上万的设备），同时可满足嵌入式设备较高的成本控制要求，ZigBee 标准越来越多地被用于连接设备到设备的传感器和控制应用程序。
1.2.ZigBee的应用范围1.3.主流无线通信技术的比较注：(1)单个子网最大节点数为理论值；(2)384Kbps为EGPRS理论传输值；(3)通信距离均为可视距离。
1.4.ZigBee技术的优势●低成本：使用ISM频段，无需申请License，无需缴纳专利费；●超低功耗：支持电池供电运行数年时间；●复杂性低，网络协议简单；●组网简单：自组网和自动路由功能使得网络的构建和维护变得十分容易；●稳定性高：网状网络提供高冗余通信路径，具备路由自动修补和优化能力，保证网络稳定可靠；CSMA/CD技术和重发确认机制确保了网络内数据通信的稳定性；●高安全性：提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用通用的AES-128位加密算法；●兼容性：开放的标准使不同供应商的产品可以很容易实现互联互通；国际通用的免费频段使产品准入更为简单；●响应速度快：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短●网络容量大：单个子网可管理多达65535个节点。
ZigBee的概念
ZigBee的概念ZigBee，也称紫蜂，是一种低速短距离传输的无线网上协议，底层是采用IEEE 802．15．4标准规范的媒体访问层与物理层。
主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。
ZigBee是一项新型的无线通信技术，适用于传输范围短数据传输速率低的一系列电子元器件设备之间。
ZigBee无线通信技术可于数以千计的微小传感器相互间，依托专门的无线电标准达成相互协调通信，因而该项技术常被称为Home RF Lite无线技术、FireFly无线技术。
ZigBee无线通信技术还可应用于小范围的基于无线通信的控制及自动化等领域，可省去计算机设备、一系列数字设备相互间的有线电缆，更能够实现多种不同数字设备相互间的无线组网，使它们实现相互通信，或者接入因特网。
ZigBee译为＂紫蜂＂，它与蓝牙相类似。
是一种新兴的短距离无线通信技术，用于传感控制应用（Sensor and Control）。
由IEEE 802．15工作组中提出，并由其TG4工作组制定规范。
ZigBee无线通信技术是基于蜜蜂相互间联系的方式而研发生成的一项应用于互联网通信的网络技术。
相较于传统网络通信技术，ZigBee无线通信技术表现出更为高效、便捷的特征。
作为一项近距离、低成本、低功耗的无线网络技术，ZigBee无线通信技术其关于组网、安全及应用软件方面的技术是基于IEEE批准的802 15．4无线标准。
该项技术尤为适用于数据流量偏小的业务，可尤为便捷地在一系列固定式、便携式移动终端中进行安装，与此同时，ZigBee无线通信技术还可实现GPS功能。
ZigBee技术本质上是一种速率比较低的双向无线网络技术，其由IEEE．802．15．4无线标准开发而来，拥有低复杂度和短距离以及低成本和低功耗等优点。
其使用了2．4GHz频段，这个标准定义了ZigBee技术在IEEE．802．15．4标准媒体上支持的应用服务。
“紫蜂”(ZigBee)通信技术分析
“紫蜂”(ZigBee)通信技术分析摘要：随着网络和通信技术的快速发展，人们对无线通信的要求越来越高。
“紫蜂”（ZigBee）技术作为一种特殊的无线通信技术，具有技术标准统一、短距离、低速率等特点，能够广泛地运用在自动控制、远程监测以及当前最热门的物联网领域。
文章具体分析了“紫蜂”（ZigBee）通信技术。
关键词：紫蜂技术；技术特点；军事应用1 “紫蜂”（ZigBee）技术简介“紫蜂”是ZigBee的中文译名，是一种新兴的双向无线通信技术，具有短距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本等优点，主要应用在自动控制和远程控制领域。
ZigBee一词来源于蜜蜂的八字舞，当蜜蜂发现花粉位置时，蜜蜂（bee）会飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀，通过这种“舞蹈”与同伴传递信息，通报花粉所在方位，构成了蜂群的通信网络。
也就是说，ZigBee就是一种低成本的、低功耗的近距离无线组网通信技术。
它有统一的无线通信标准，在成百上千个微小的传感器之间协调一致达成通信。
这些传感器只需要极少的能量，就能通过无线电波以接力的方式将数据相互传递，通信效率高。
这些数据还可以通过其他通信技术远程传输或是进入计算机系统用于分析（见图1）。
ZigBee技术使用的频率：全球范围2.4GHz、欧洲868MHz、美国915MHz。
其定义了全功能设备（FFD，full functional device）和简化功能设备（RFD，reduced functional device）。
其中，FFD是具有路由与中继功能的网络节点，可作为协调器与路由器使用，RFD只能作为终端节点使用。
每个FFD能根据网络路由协议优化最短和最可靠的路径，如果其中一个FFD失去了路由或断网，则另一个邻近的FFD将快速替代。
因此，ZigBee具有发达的动态拓扑结构和自维护功能。
其拓扑结构主要有：星型网、树型网和网状网。
2 “紫蜂”（ZigBee）技术的特点与其他无线通信技术相比，ZigBee无线网络特点有：低功耗。
ZIGBEE技术及协议
ZIGBEE技术及协议ZigBee技术及协议是一种基于无线通信的网络协议，它为低功耗设备之间的通信提供了一种简单、低成本的解决方案。
ZigBee技术及协议在物联网、智能家居、工业自动化等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍ZigBee技术及协议的基本原理、特点及应用。
一、ZigBee技术及协议基本原理ZigBee技术及协议基于IEEE 802.15.4标准，它是一种短距离、低功耗的无线通信技术，操作频率在2.4GHz、868MHz及915MHz三个频段。
ZigBee技术采用了自组织、自动路由、分布式网络的概念，可以实现大规模的无线传感网络，支持千万级的节点数量。
ZigBee协议是一种基于星型或网状拓扑结构的网络协议，它通过对数据包的传输进行优化，实现了低功耗和低延时的通信效果。
ZigBee设备通常由协调器（Coordinator）、路由器（Router）和终端节点（End Device）组成，协调器负责网络的管理和控制，路由器负责数据包的转发，终端节点负责数据的采集和传输。
二、ZigBee技术及协议的特点1.低功耗：ZigBee设备采用了睡眠和唤醒的方式来降低功耗，终端节点可以通过休眠来降低功耗，并且可以根据需要定期唤醒进行通信。
2.低速率：ZigBee技术的传输速率相对较低，通常在250Kbps以下。
这使得ZigBee技术非常适合传输小量数据和低频率的通信。
3.低成本：ZigBee设备采用了低成本的硬件和软件设计，可以降低设备的制造成本，提高设备的可扩展性。
4.安全性：ZigBee协议支持AES 128位加密算法，保护网络通信的安全性，防止数据被非法访问和篡改。
5.自组织性：ZigBee设备可以自动组建网络，无需人工干预，可以方便地扩展网络规模。
三、ZigBee技术及协议的应用1.物联网：ZigBee技术及协议在物联网领域被广泛应用，可以实现智能家居、智能能源管理、智能健康监测等功能。
通过ZigBee技术，各种传感器和控制设备可以实现互联互通，实现信息的采集和传输。
物联网的核心技术-ZIGBEE
物联网的核心技术-ZIGBEE物联网的核心技术 ZIGBEE在当今科技飞速发展的时代，物联网已经逐渐融入我们的生活，从智能家居到工业自动化，从智能交通到医疗保健，其应用范围不断扩大。
而在众多实现物联网的技术中，ZIGBEE 技术凭借其独特的优势，成为了关键的核心技术之一。
ZIGBEE 技术是什么呢？简单来说，它是一种短距离、低功耗、低速率的无线通信技术。
它主要适用于那些数据传输量不大、对功耗要求严格、对成本敏感的物联网应用场景。
想象一下，在一个大型的仓库中，有成千上万的传感器，用于监测温度、湿度、货物位置等信息。
如果使用传统的通信技术，这些传感器的电池可能很快就会耗尽，而且成本也会很高。
但 ZIGBEE 技术的出现，解决了这些问题。
ZIGBEE 技术具有低功耗的显著特点。
这是因为它在设计上采用了一系列节能措施。
例如，当设备处于空闲状态时，会自动进入低功耗模式，大大降低了能量消耗。
对于那些依靠电池供电且需要长时间运行的物联网设备来说，这一特点至关重要。
比如，在环境监测中使用的传感器，可能需要在野外工作数月甚至数年，如果功耗过高，频繁更换电池将是一个巨大的难题。
除了低功耗，ZIGBEE 技术还具有低成本的优势。
这使得它在大规模部署物联网设备时具有很高的经济性。
相比于其他一些通信技术，ZIGBEE 芯片的价格相对较低，而且其网络架构相对简单，不需要复杂的基础设施和高昂的设备投入。
这就为物联网的广泛应用提供了可能，尤其是在一些对成本敏感的领域，如农业、智能家居等。
ZIGBEE 技术的短距离通信能力也不容忽视。
虽然它的通信范围相对较短，但在很多应用场景中，这并不是一个缺点，反而成为了一个优点。
例如，在家庭自动化中，设备之间的通信距离通常都在几十米以内，ZIGBEE 技术完全能够满足需求。
而且，短距离通信还可以降低信号干扰和数据丢失的风险，提高通信的可靠性。
在网络容量方面，ZIGBEE 技术表现出色。
它可以支持大量的设备同时接入网络，一个 ZIGBEE 网络可以容纳多达 65000 个设备。
ZigBee基础知识讲解
1.2.2应用层消息类型 在ZigBee应用中，应用框架(AF)提供了两种标准服务类型。一种是键值对 (Key Value Pair, KVP)服务类型，一种是报文(Message, MSG)服务类型。 KVP服务用于传输规范所定义的特殊数据。它定义了属性(Attribute)、属性 值(Value)以及用于KVP操作的命令:Set, Get, Event。其中Set用于设置一个属性 值，Get用于获取一个属性的值，Event用于通知一个属性已经发生改变。kVP 消息主要用于传输一些较为简单的变量格式。 由于ZigBee的很多应用领域中的消息较为复杂并不适用于KVP格式，因此 ZigBee协议规范定义了MSG服务类型。MSG服务对数据格式不作要求，适合 任何格式的数据传输。因此可以用于传送数据量大的消息。 KVP命令帧的格式如图1-2-2。
MSG命令帧格式如图1-2-3所示：
1.2.3ZigBee设备配置层 ZigBee设备配置层提供标准的ZigBee配置服务，它定义和处理描述符请求。在 ZigBee设备配置层中定义了称为ZigBee设备对象(ZigBee device object，ZDO)的 特殊软件对象，它在其他服务中提供绑定服务。远程设备可以通过ZigBee设备 对象（ZDO）接口请求任何标准的描述符信息。当接受到这些请求时，ZDO会 调用配置对象以获取相应的描述符值。子目前的ZigBee协议栈版本中，还没有 完全实现设备配置层。ZDO是特殊的应用对象，它在端点（end-point）0上实 现。 1.2.4用户程序 运行在ZigBee协议栈上的应用程序实际上就是厂商自定义的应用对象。这些应用 程序使用ZigBee联盟给出的并且批准的规范（profile）进行开发并且运行在端 点1-240上。
APSDEME提供的管理服务允许一个应用连接到ZigBee系统。他提供吧基于服务的需求相匹 配的两个设备作为一个整体来进行管理的绑定服务，并为绑定服务构建 和保留绑定表，除 这些外，APSDE 还提供以下服务 （1）AIB 管理：APSME具有能从设备的AIB中获得属性或进行属性设置的能力。 （2）安全管理:APSME通过利用密钥能够与其他设备监理可靠的关联。 APS子层主要提供ZigBee端点接口。应用程序将使用该层打开或关闭一个或多个端点并且读 取后或传送数据，而且APS子层为键值对（key value pair,KVP） 和报文（MGS）数据传输提供了原语。APS子层也有绑定表，绑定表提供了端点和网络中两 个节点间的簇ID对之间的逻辑链路。当首次对主设备编程时绑定表为空，主应用程序必须 调用正确的绑定API来创建新的绑定项。 APS子层还有一个“间接发送缓冲器”RAM，来存储间接帧。直到目的接受者请求 这些数据帧为止。根据ZigBee规范，在星形网络中，从设备总会将这些数据帧转发到主设 备中。从设备可能不知道该数据帧的目标接受者，而且数据帧的实际接受者由绑定表决定， 这样，如果主设备一旦接收到数据帧，它就会查找绑定表以确定目标接受者。如果该数据 帧由接受者，就会将该数据帧存储在间接发送帧缓冲器里，直到目标接受者明确请求该数 据帧为止。根据请求的频率，主设备必须将数据帧保存在间接帧缓冲器内。在此需要注意 的是：节点请求数据越长，数据包需要保存在间接发送帧缓冲器里的时间也越长，因此所 需要的间接缓冲空间也就越大。间接帧缓冲器包含一个设计时分配的固定大小的RAM堆， 可通过动态分配间接发送帧缓冲器的RAM来添加新的数据帧，动态存储管理可充分利用间 接发送帧缓冲空间。
2020年ZigBee(紫蜂)技术
ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块 组成的一个无线网络平台，在整个网络范围内， 每一个网络模块之间可以相互通信，每个网络 节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。
与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是， 紫蜂网络主要是为工业现场自动化控制数据传 输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便， 工作可靠，价格低的特点。
APS 安全 管理模块
SPA 服务接入点
应用
…
对象 1
…
端点 1 服务接入点
APS 应用支持子层
APS 信息 分析模块
网络层
公
ZDO
共
接
口
端点 0 服务接入点
SAP
服
网络
务
管理模块
接
入
点
ZDO 管理 平面
SAP
网络安全 管理模块
网络信息 分析模块
SAP 服务接入点
服
路由 管理模块
网络 管理模块
务 接 入
终端设备(ZigBee End Device，ZE)可以是FFD也 可以是RFD，只能发送接收数据。
网络拓扑
ZigBee支持3种拓扑结构，包括星形、网状形 和簇树形结构。
在星形拓扑结构中，整个网络由一个网络协调 器来控制。在网状形和簇树形拓扑结构中， ZigBee协调器负责启动网络以及选择关键的网 络参数。
也可以是RFD。 显然，树形结构是由星形网络扩展而来。树形网络中只有父
子节点之间可以进行数据传输，数据沿树形结构向上或向下 传输，从一个节点传输到相邻的节点称为“一跳”。如图所 示：
网状拓扑结构
在网形拓扑结构的网络中有一个网络协调器， 通信范围内的全功能节点之间可以相互通信， 每个全功能节点都具有路由功能。
ZigBee技术介绍
什么是ZigBee?Zigbee是 IEEE 802.15.4协议的代名词。
根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂 (bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。
其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。
主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
Zigbee的起源Zigbee, 在中国被译为"紫蜂",它与蓝牙相类似.是一种新兴的短距离无线技术.用于传感控制应用(sensor and control).此想法在IEEE 802.15工作组中提出,于是成立了TG4工作组,并制定规范IEEE 802.15.4.2002年,zigbee Alliance成立.2004年,zigbee V1.0诞生.它是zigbee的第一个规范.但由于推出仓促,存在一些错误.2006年,推出zigbee 2006,比较完善.2007年底,zigbee PRO推出zigbee的底层技术基于 IEEE 802.15.4.物理层和MAC层直接引用了IEEE 802.15.4在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。
对工业，家庭自动化控制和工业遥测遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等，而工业自动化，对无线数据通信的需求越来越强烈，而且，对于工业现场，这种无线数据传输必须是高可靠的，并能抵抗工业现场的各种电磁干扰。
因此，经过人们长期努力，Zigbee协议在2003年正式问世。
另外，Zigbee使用了在它之前所研究过的面向家庭网络的通信协议Home RF Lite。
长期以来，低价、低传输率、短距离、低功率的无线通讯市场一直存在着。
ZigBee简介
1.概述：ZigBee译为"紫蜂"，它与蓝牙相类似，是一种新兴的短距离无线通信技术，用于传感控制应用(Sensor and Control)。
Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
ZigBee这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。
2.ZigBee发展历程：在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。
对工业，家庭自动化控制和遥测遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等，而工业自动化对无线通信的需求越来越强烈。
2000年12月，IEEE成立了802.15.4工作组，制定了Zigbee的物理层（PHY）和MAC协议层。
2001年8月，ZigBee Alliance成立。
2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司共同宣布加入ZigBee联盟，研发名为“ZigBee”的下一代无线通信标准，这一事件成为该技术发展过程中的里程碑。
2004年，ZigBee V1.0诞生。
它是Zigbee规范的第一个版本。
由于推出仓促，存在一些错误。
2006年，推出ZigBee 2006，比较完善。
2007年底，ZigBee PRO推出。
2009年3月，Zigbee RF4CE推出，具备更强的灵活性和远程控制能力。
2009年开始，Zigbee采用了IETF的IPv6 6Lowpan标准作为新一代智能电网Smart Energy(SEP 2.0)的标准，致力于形成全球统一的易于与互联网集成的网络，实现端到端的网络通信。
ZigBee联盟现有的理事公司包括BM Group，Ember公司，飞思卡尔半导体，Honeywell，三菱电机，摩托罗拉，飞利浦，三星电子，西门子，及德州仪器。
综述ZigBee技术、标准和典型应用
ZigBee综述一、ZigBee技术ZigBee（也称紫蜂）是一种低速短距离传输的无线网络协议，底层是采用 IEEE802.15.4 标准规范的媒体访问层与物理层。
zigbee技术的特点：低功耗、低成本、低速率、近距离、短时延、大容量、高度安全传输距离：10到100m，可以通过增加射频发射功率增加至1到3km。
短时延。
从睡眠转入工作状态需15ms，节点连接进入网络需要30ms。
蓝牙需要3到10s，Wi-Fi需要3s。
能耗低。
通常Zigbee节点所承载的应用数据速率都比较低，在不需要通信时，节点可以进入很低功耗的休眠状态，此时能耗可能只有正常工作状态下的千分之一。
由于一般情况下，休眠时间占总运行时间的大部分，有时正常工作的时间还不到百分之一。
因此，达到很高的节能效果。
组网能力强。
Zigbee每个网络可容纳65000个节点。
在路由方面，Zigbee支持可靠性很高的网状网的路由，所以可以布置范围很广的网络，并支持多播和广播特性，能够给丰富的应用带来有力的支持.二、ZigBee标准ZigBee的标准化组织包括IEEE 802.15.4（TG4）工作组和ZigBee联盟， IEEE 802.15.4（TG4）工作组制定的IEEE 802.15.4标准仅处理MAC层和物理层协议，而由ZigBee联盟所主导的ZigBee标准定义了网络层、安全层、应用层和各种应用产品的资料或行规，并对其网络层协议和应用编程接口（API）进行了标准化ZigBee联盟2014年11月19日宣布，将其市场领先的无线标准统一成名为ZigBee 3.0的单一标准。
在802.15.4标准中指定了两个物理频段和的直接扩频串行物理层频段:868/915MHz和2.4GHz的直接串行扩频(DSSS)物理层频段。
2.4GHz的物理层支持空气中250kb/s的速率，而868/915MHz的物理层支持空气中20kb/s和40kb/s 的传输速率。
ZigBee协议层从下到上分别为物理层（PHY）、媒体访问层（MAC）、网络层（NWK）、应用层（APL）等。
ZigBee基础知识讲解
ZigBee基础知识讲解目录一、ZigBee技术概述 (2)二、ZigBee网络结构 (3)2.1 网络拓扑结构 (4)2.2 设备角色 (5)2.3 基本网络模式 (6)三、ZigBee协议栈 (7)3.1 物理层 (8)3.2 链路层 (10)3.3 网络层 (11)3.4 应用层 (12)四、ZigBee设备类型 (13)4.1 网络协调器 (14)4.2 节点设备 (15)4.3 外部设备 (17)五、ZigBee通信机制 (18)5.1 数据传输方式 (19)5.2 通信协议 (21)5.3 数据传输速率与容量 (22)六、ZigBee安全机制 (23)6.1 认证机制 (25)6.2 隐私保护 (26)6.3 安全服务与应用 (27)七、ZigBee设备配置与调试 (29)7.1 设备初始化 (30)7.2 网络参数设置 (32)7.3 设备状态监控与维护 (33)八、ZigBee应用案例分析 (35)8.1 智能家居系统 (36)8.2 工业自动化控制系统 (38)8.3 智能交通系统 (39)8.4 公共安全监测系统 (41)九、ZigBee发展趋势与挑战 (42)9.1 技术发展趋势 (44)9.2 应用前景展望 (45)9.3 面临的挑战与应对策略 (47)一、ZigBee技术概述定义与特点：ZigBee是基于IEEE 标准的无线通信技术，具有低功耗、低数据速率、低成本和可靠性的特点。
ZigBee联盟通过扩展IEEE标准，增加了网络、安全和应用层的功能。
该技术主要适用于需要长时间工作且电池寿命非常关键的应用。
应用领域：ZigBee技术广泛应用于智能家居、工业自动化、智能农业、智能交通等领域。
智能家居中的照明控制、安防系统。
网络结构：ZigBee网络主要由协调器（Coordinator）、路由器（Router）和终端设备（End Device）组成。
协调器负责创建和加入网络，路由器负责路由和数据转发，终端设备则执行特定的任务。
Zigbee_将会越飞越高的紫蜂
由于科技的不断发展，无线通信的优点已受到无数用户的认可和青睐。
例如：无线通信覆盖范围大、几乎不受地理环境的限制；无线通信可以随时架设，随时增加链路，安装及扩容都十分方便。
无线通信可以在几十分钟内组建起通信链路，实现临时、应急通信的目的，而有线通信则受地理的限制，并需要较长响应时间。
无线通信在可靠性、实用性等方面已超出了传统通信方式，尤其是在一些特殊的地理环境下，更能体现其优越性。
随着无线技术的成熟和发展，新的通信技术和标准不断涌现，如蓝牙、Ｗｉ－Ｆｉ、ＵＷＢ、ＮＦＣ、Zigbee 等。
Zigbee 技术（国内译名为“紫蜂”）是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本、高容量的无线传感网络技术，主要适合于承载数据流量较小的业务，例如自动控制和远程控制领域，也可嵌入各种设备。
Zigbee （也可称之为802.15.4标准）技术凭借其低功耗和低成本的特点受到广泛的关注和研究。
Zigbee 名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳“8”字形状的舞蹈来通知发现的新食物源的位置、距离和方向等信息，以此作为新一代无线通讯技术的名称。
Zi gbee 硬件框图一、Zi gbee 技术的发展Zigbee 联盟成立于2001年8月，是一个高速成长的非盈利业界组织，成员包括国际著名半导体生产商、技术提供者、技术集成商以及最终使用者。
但作为Zigbee 技术发展过程中具有里程碑意义的是，2002年下半年，英国的Invensys 、日本的三菱电气、美国的摩托罗拉以及荷兰的飞利浦半导体等四大巨头共同宣布，它们将加盟Zigbee 联盟，以研发名为“Zigbee ”的第三代无线通信标准。
2004年，Zigbee 1.0标准（又称为Zigbee2004）诞生，之后于2005年9月公布并提供下载。
它是Zigbee 的第一个规范。
但由于推出仓促，存在一些错误。
2006年，该联盟推出比较完善的Zigbee 1.1（又称为Zigbee 2006）。
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SPA 服务接入点
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网络 管理模块
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如下图所示。在这种网络结构中设备之间传输 数据时，可以通过路由器转发，即多跳的传输 方式，以增大网络的覆盖范围。网形拓扑结构 具有强人功能。
网状拓扑
网络拓扑
ZigBee网络的拓扑结构
ZigBee的协议架构
1. zigbee网络协议栈概述
应用程序框架
应用层
ZDO
应用 对象 240
端点 240 服务接入点
1. 紫蜂技术（ZigBee） 简介
ZigBee这个名字来源于 蜂群的通信方式：蜜蜂之 间通过跳Zigzag形状的舞 蹈来交互消息，以便共享 食物源的方向、位置和距 离等信息。借此意义 Zigbee作为新一代无线通 讯技术的命名。
紫蜂是一种高可靠的无线数传网络，类似于 CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于 移动网络基站。
2．帧定界符(SFD)为11100101，一个字节，用来标示 同步码的结束和数据包的开始。
3．物理层帧首部由一个字节组成，最高位保留，后七 位用来表示有效载荷的数据长度。
4．PSDU域是物理层携带的有效载荷，长度为0到127 字节。长度为5字节时为MPDU(确认帧)，长度大于7 字节时为MAC层的有效帧，其余长度的作为保留。
00：PAN标识符和地址子域不存在 01：保留 10：表示16位短地址 11：表示64位物理地址
帧首部—控制域
帧控制域结构
(7)源地址模式子域的长度2位，它表示的意义如下：
00： PAN标识符和地址子域不存在 01：保留 10：表示16位短地址 11：“表示64位物理地址
精简功能设备(Reduced Function Device，RFD)， 只具有部分功能的精简功能设备。RFD的功能非常 简单，存储容量要求很少，可以用最低端的微控制 器实现，在网络里只能作为终端设备。
ZigBee的网络组成和网络拓扑
------ZigBee网络的设备类型
按照功能分为三类：协调器、路由器和终端设 备。
也可以是RFD。 显然，树形结构是由星形网络扩展而来。树形网络中只有父
子节点之间可以进行数据传输，数据沿树形结构向上或向下 传输，从一个节点传输到相邻的节点称为“一跳”。如图所 示：
网状拓扑结构
在网形拓扑结构的网络中有一个网络协调器， 通信范围内的全功能节点之间可以相互通信， 每个全功能节点都具有路由功能。
源 PAN 标识符
MHR（MAC层帧头）
0/2/8字节 可变 2字节
源地址 帧载荷 FCS
MAC 载荷
MFR
图 4-12 MAC子层数据帧格式
帧首部—控制域
1．帧控制域帧控制域的长度为16位，其结构 如图：
帧控制域结构 (1)帧类型子域定义了四种帧类型：信标帧(000)、数据帧(001)、确认帧 (010)、命令帧(011)。 (2)安全允许控制子域为1位，该位置1，则对该帧进行加密处理后再传送 到物理层；该位置0，则直接传送到物理层，不进行加密。
2.物理层协议规范
物理层协议数据单元结构(PPDU)又称物理层 数据包，是由附加的同步包头、物理层包头和 物理层有效载荷(PSDU)组成，结构如图：
物理层协议数据单元结构
物理层协议数据单元各字段
1．前同步码由32个0组成，接收设备根据接收到的同步 码获取同步信息识别每一位，从而进一步区分出“字 符"。
（6）工作频段灵活。 使用的频段分别为 2.4GHz、868MHz（欧洲）及915MHz（美 国），均为免执照频段。
ZigBee的网络组成和网络拓扑 ------ZigBee网络的设备类型
ZigBee网络中的设备按照性能分为两类：全 功能设备和精简功能设备。
全功能设备(Full Function Device，FFD)，具有完 整功能的全功能设备，支持协议标准定义的所有的 功能和特性。
星形拓扑结构
1．星形拓扑结构
星形拓扑结构的网络由一个协调器节点和若干从设 备节点组成。协调器负责网络的建立维护和数据转 发，从设备只能和协调器进行直接数据传输，而与 其他终端设备之间数据传输必须经过网络协调器转 发。从设备可以是FFD也可以是RFD。星形结构通 常用于小范围的场合。
星形拓扑结构
入（CSMA-CA）机制； （6）处理和维护保护时隙（GTS）机制； （7）在两个对等的MAC实体之间提供一个可靠
的通信链路。
帧结构
一个完整的MAC帧(MPDU)由帧首部、帧载荷和帧 尾三部分构成，其通用格式如图：
2字节
帧控制
1字节
序 列 号
0/2字节
目的 PAN 标识符
0/2/8字节
目的地址ห้องสมุดไป่ตู้
0/2字节
通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并 且支持无限扩展。
ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块 组成的一个无线网络平台，在整个网络范围内， 每一个网络模块之间可以相互通信，每个网络 节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。
与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是， 紫蜂网络主要是为工业现场自动化控制数据传 输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便， 工作可靠，价格低的特点。
ZigBee 的MAC层的任务是为两个ZigBee设备 的MAC层实体之间提供可靠的数据链路，处 理所有物理层无线信道的接入。它通过公共部 分子层服务接入点提供数据服务，通过管理实 体服务接入点提供管理服务。 MAC层的主要 功能包括：
MAC层功能
（1）网络协调器产生网络信标； （2）与信标同步； （3）支持个域网链路的建立和断开； （4）为设备的安全提供支持； （5）信道接入当时采用免冲突载波检测多址接
例如图所示，0节点作为网络协调器，负责建 立网络，1到8节点作为从设备节点接入网络， 这些节点都可以与0节点直接传输数据，而它 们之间的数据传输必须由0节点转发。
树形拓扑结构
树形拓扑结构的网络由一个根节点和若干子节点构成， 这些子节点可以有自己的子节点。
树的根节点是网络的协调器，因此必须是FFD； 既有子节点又有父节点的节点作为路由器，也必须是FFD； 只有父节点而没有子节点的节点叫做叶节点，既可以是FFD
ZigBee采用DSSS技术调制发射，用于多个无 线传感器组成网状网络，是一种短距离、低速 率低功耗的无线网络传输技术，
采用DSSS技术调制发射，用于多个无线传感 器组成网状网络，新一代的无线传感器网络将 采用802.15.4(ZigBee)协议。
802.15.4仅仅定义了物理层和MAC层，并不足 以保证不同的设备之间可以对话，于是便有了 ZigBee。
帧首部—控制域
帧控制域结构
(3)未处理数据标记子域长度为1位，该位置1，则表 示除该帧数据外，本设备还有应发送给对方的数据， 因此，接收该帧的设备应向本设备再次发送请求数据 命令，直到所有的数据传送完毕。如果发送设备中已 经没有要发送给接收方的数据了，就把该位置0。
帧首部—控制域
帧控制域结构
(4)请求确认子域的长度为1位，该位置l时，接收方接 收到有效帧后应向发送方发送确认帧，该位置0时接 收方不需要发送确认帧。
ZigBee（紫蜂）技术
ZigBee技术特点 ZigBee网络组成 ZigBee网络的协议的框架结构 ZigBee路由协议
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、 低速率、低成本的双向无线通讯技术。
主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各 种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周 期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输 的应用。
1．信道选择(channel select)； 2．信道能量监测(energy detect)； 3．空闲信道评估(clear channel assessment)： 4．无线信道收发数据(PHY Protocol Data Unit)； 5．接收包链路质量检测；
2.物理层协议规范
ZigBee采用了扩频通信技术，在2．4GHZ频 带上使用偏移正交相移键控调制法(Offset Quadrature Phase Shift Keying，OQPSK)， 而在868／915MHZ频带使用二进制移相键控 调制法(Binary Phase Shift Keying，BPSK)。
点
SAP 服务接入点 MAC 层
SAP 服务接入点
SAP 服务接入点 物理层
2.4 GHz
868/915 MHz
2.物理层协议规范
物理层不仅规定了信号的工作频率范围、调制 方式和传输速率，而且还规定了物理层的功能 和为上层提供的服务。物理层的主要任务是通 过无线信道进行安全有效的数据通信，为 MAC层提供服务。它具备以下功能：
协调器(ZigBee Coordinator，ZC)必须是FFD，一 个ZigBee网络有且仅有一个协调器，它的任务包括 网络启动，信道选择，16位网络设备地址分配，发 送时间信标，维护网络，具有最多的存储空间和计 算能力。
路由器(ZigBee Router，ZR)必须是FFD，任务包 括数据存储转发，邻居发现，路由发现和维护。
• ZigBee是一种开放的协议，物理层（PHY）和 MAC层则采用了IEEE 802.15.4标准，而其他 上层则由ZigBee联盟自己定义。其主要特点如 下：
ZigBee技术特点