ZigBee技术概论.
ZigBee技术概述
ZigBee技术概述1ZigBee技术简介 (1)2 ZigBee结构 (2)2.1物理层 (2)2.2 MAC层 (4)2.3 网络层 (6)2.4 应用层 (7)1ZigBee技术简介ZigBee技术是一种近距离、低功耗、低成本、低传输速率的具有统一技术标准的短距离无线通信技术，符合IEEE 802.5.4标准，主要适用于工业、家庭自动控制以及远程控制领域，目的是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制。
ZigBee技术并不是完全独有、全新的标准。
它的物理层、MAC层采用了IEEE 802.15.4(无线个人区域网)协议标准，并在此基础上进行了完善和扩展。
其网络层、应用会聚层和高层应用规范由ZigBee联盟进行了制定。
根据IEEE 802.15.4协议标准，ZigBee的工作频段分为3个频段，这3个工作频段相距较大，而且在各频段上的信道数目不同，因而，在该项技术标准中，各频段上的调制方式和传输速率不同。
它们分别为868MHz、915MHz和2.4GHz，其中2.4GHz频段上，分为16个信道，该频段为全球通用的工业、科学、医学(ISM)频段，且该频段为免付款、免申请的无线电频段，在该频段上，数据传输速率为250kbPs，另外两个频段为868/915MHz，其相应的信道数分别为10个信道和1个信道，传输速率分别为40kbPs和20kbPs。
在网络性能上，ZigBee设备可构造星型网络或者点对点网络，在每一个ZigBee组成的无线网络内，连续地址码分为16bit短地址或者64bit长地址，可容纳的最大网络设备个数分别为216个和264个，具有较大的网络容量。
在无线通信技术上，采用免冲突多载波信道接入(CSMA/CA)方式，有效地避免了无线电载波之间的冲突，此外，为保证数据传输的可靠性，建立了完整的应答通信协议。
ZigBee设备为低功耗设备，其发射功率为，通信距离为30-70m，具有能量检测和链路质量指示能力，根据这些检测结果，设备可自动调整发射功率，在保证通信链路质量的条件下，最小地消耗设备能量。
Zigbee概述
第1节Zigbee的产生与发展2000年12月IEEE成立了IEEE802.15.4工作组。
这个工作组将致力于定义一种提供廉价的固定、便携或移动设备使用的极低复杂度、低成本、低功耗、低速率的无线技术。
ZigBee正是这种技术的商业化命名，在中国被译为"紫蜂",它与蓝牙相类似。
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。
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。
2002年8月，ZigBee Alliance成立，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联盟负责制定网络及上层协议。
同时，IEEE802.15.4标准也引起了其他标准化组织的注意力，比如IEEE1451工作组正在考虑在IEEE802.15.4标准基础上实现无线传感网络。
第2节Zigbee的功能及其特点ZigBee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术。
它是为低速率控制网络设计的标准无线网络协议，依据 IEEE802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通讯。
这些传感器只需要很少的能量，就能以接力的方式通过无线电波将数据从一个节点传到另一个节点，从而实现在全球2.4GHz免费频带范围内的高效、低速率的通讯功能。
而zigBee设备则具有能量检测和链路质量指示的功能，并采用了碰撞避免机制，以避免发送数据时产生数据冲突。
在网络安全方面，ZigBee设备采用了密钥长度为128位的加密算法，对所传输的数据信息进行加密处理，从而保证了数据传输时的高可靠性和安全性。
到目前为止，ZigBee技术在国外己经在家庭网络、控制网络和手机移动终端等领域有了一定的应用，但是现在由zigBee技术构成的网络都仅限于无线个域网拓扑结构，每个接入点所能接纳的传感器的节点数远远低于协议所规定的节点数，为了达到传感器网络密集覆盖的目的，就必须进行复杂的组网，这不但增加了网络的复杂性，而且还增加了网络整体的功耗和成本，传感器节点的寿命也将降低。
无线传感网络技术 第一章 ZigBee技术概述
定义：由分布在给定局部区域内足够多的无线传感器节点构成的 一种新型信息获取系统，每一个传感器节点都具有一种或多种感 知器，并且具有一定的计算能力，同时还具有一定的无线通信能 力。
特点：无线传感器网络作为一种无线自组织网络，它是没有预定基 础设施支撑的自组织可重构的多跳无线网络。在该网络中，网络的 拓扑、信道的环境、业务的模式随节点的移动而动态改变。无线自 组织网络可以快速地为民用和军事应用建立通信平台。
PIC18F4620 A222222 MSP430
CC2420 CC2520
CC2520+MSP430
ZIGBEE/IEEE802.15.4 Development Kit开发包
单芯片模式 CC2430
CC2431 CC2530
CC2630
第一部分 zigbee基础知识
1.4 ZIGBEE技术
ZIGBEE技术特点
技术 特点
• 低速率：ZIGBEE 可以提供三种原始数据吞吐率，分别为250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)、
否
支持，1密钥
支持，多密钥
消费电子（少量 住宅（节点数量300个 住宅（节点数量300 商业及工业（节点数量
节点）
以下）
个以下）
1000个以上）
第一部分 zigbee基础知识
1.4 ZIGBEE技术
ZIGBEE硬件解决方案
外挂模式
处理器
ZIGBEE收发器
2.4G放大芯 片CC2591
解决 方案
推出ZIGBEE RF4CE。它 专门为简单 ，双向，点 对点控制的 应用而设计 资源要求低
ZIGBEE IP Specification发布 。ZIGBEE IP 是第 一个基于IPv6 全无 线网状网络解决方 案的开放标准，可 以实现物联网与互 联网相连，为控制 低功耗、低成本的 装置提供无缝衔接 的互联网连接
01_第1章 Zigbee概述
- 16 -
1.2 软件开发平台
IAR软件集成开发平台 Zigbee嗅探器（Zigbee Sniffer） 物理地址修改软件（SmartRF Flash Programmer） 辅助软件
- 17 -
1.2.1 IAR软件开发平台
IAR Embedded Workbench（简称IAR或EW）的C/C++交叉编译 器和调试器是完整且容易使用的嵌入式应用开发工具，对不同的处 理器提供不同的版本（例如IAR For51，For ARM，For AVR等）， 且提供一样的直观用户界面。
- 53 -
- 54 -
对较低，成本较低的便携或移动设备。这些设备只需要很少的能 量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另外一 个传感器，并能实现传感器之间的组网，实现无线传感器网络分 布式、自组织和低功耗的特点。
- 10 -
1.1.3 Zigbee技术特点
低功耗 低成本 大容量 可靠 时延短 灵活的网络拓扑结构
- 11 -
1.1.3 Zigbee芯片
CC243X系列
CC253X系列
MC1322X系列
- 12 -
1.1.4 常见Zigbee协议栈
非开源的协议栈
常见的非开源的Zigbee协议栈的解决方案包括freescale解决方 案和microchip解决方案。 Freescale中最简单的Zigbee解决方案就是SMAC协议，是 面向简单的点对点应用，不涉及网络概念。Freescale完整的 Zigbee协议栈为BeeStack协议栈，也是最复杂的协议栈， 看不到具体的代码，只提供一些封装好的函数直接调用。
- 40 -
1.2.3 辅助软件
第四章 ZigBee概述
ZigBee片上系统解决方案—CC2430无线单片机 2005年12月，Chipcon公司推出内嵌定位引擎的ZigBee
IEEE802.15.4解决方案CC2431。 2006年2月，TI公司收购Chipcon公司，又相继推出一系
列的ZigBee芯片，比较有代表性的片上系统有CC2530等。
TX为25 mA)。 ● 硬件支持CSMA/CA。 ● 电源电压范围宽(2.0～3.6 V)。 ● 支持数字化接收信号强度指示器/链路质量指示(RSSI/LQI)。
7
第一节 ZIGBEE 技术概述 --------ZIGBEE芯片
● 2.4 GHz IEEE 802.15.4标准射频收发器。 ● 优秀的接收器灵敏度和抗干扰能力。 ● 外围电路只需极少量的外部元件。 ● 支持运行网状网系统。 ● 128 KB系统可编程闪存。 ● 32位ARM7TDMI-S微控制器内核。 ● 96 KB的SRAM及80 KB的ROM。 ●支持硬件调试。 ● 4个16位定时器及PWM。 ● 红外发生电路。 ● 32 kHz的睡眠计时器和定时捕获。 ● CSMA/CA硬件支持。 ● 精确的数字接收信号强度指示/LQI支持。 ● 温度传感器。 ● 两个8通道12位ADC。 ● AES加密安全协处理器。 ● 两个高速同步串口。 ● 64个通用I / O引脚。 ● 看门狗定时器。
4
第一节 ZIGBEE 技术概述 --------无线传感器网络与ZIGBEE的关系
ZigBee技术
放机和其他家电设备进行遥控。 （10）用于计算机外设，如键盘、鼠标、游戏控制器及打印机。 （11）有源RFID应用，如电池供电标签，可用于产品运输、产品跟踪、
交换数据的网络中的设备类型：协调器、路由器和终端设备。
与移动通信的CDMA或 GSM网络不同的是，ZigBee 网络主要是为工业现场自动 化控制数据传输而建立的， 因此它必须具有简单、使用 方便、工作可靠、价格低的 特点。
图4-3 ZigBee模块
ZigBee技术
三、ZigBee采用的自组织网通信方式
物联网
ZigBee技术
一、ZigBee概述
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。
ZigBee联盟是一个高速增长的非盈利业界组织
ZigBee联盟的主要目标是通过加入无线网络功能，为消费者提供 更富弹性、更易用的电子产品。
二、ZigBee无线数据传输网络描述
3）时延 由于ZigBee采用随机接入MAC层，且不支持时分复用的信道接
入方式，因此不能很好地支持一些实时的业务。 4）能耗特性（技术优势 ）
ZigBee技术
5）组网和路由性（即网络层特性）
ZigBee具备大规模的组网能力，每个网络有60 000个节点； 而蓝牙为每个网络8个节点。
六、ZigBee自身的技术优势
举一个简单的例子就可以说明这个问题，当一队伞兵空降后，每人 持有一个ZigBee网络模块终端，降落到地面后，只要他们彼此间在网 络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联 互通的ZigBee网络。而且，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生 变化。因而，模块还可以通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络 ，对原有网络进行刷新。这就是自组织网。
zigbee技术简介
zigbee技术简介第一篇：ZigBee技术简介ZigBee技术是一种基于IEEE 802.15.4标准的低功耗、短距离、无线网络技术，它可以支持广泛的应用场景，例如智能家居、智能城市、工业自动化、医疗保健等。
相比于传统的无线网络技术，如WiFi和蓝牙，ZigBee技术具有以下优势：1. 低功耗：ZigBee设备的电池寿命通常可以达到数月甚至数年，这使其非常适合那些无法方便更换电池的应用场景。
2. 短距离：ZigBee技术适用于局部网络，其通信距离通常在10-100米之间，这减少了通信延迟和能量损耗，同时也提高了通信安全性。
3. 开放标准：ZigBee技术是一个开放的标准，许多公司都可以使用相同的标准来开发和生产设备，这降低了开发成本和市场风险，同时也促进了设备互操作性。
ZigBee技术可以支持多种网络拓扑结构，包括星型、树型和网状结构，其中网状结构最为常见。
在网状结构中，所有设备都可以互相通信，这提高了网络的可扩展性和可靠性。
另外，ZigBee设备也可以进行自组网，这意味着设备可以自动加入网络，让用户部署和管理网络变得更加容易。
除了标准的ZigBee技术，还有一些衍生的协议和标准，例如ZigBee Pro、ZigBee IP、ZigBee Light Link等。
这些协议和标准可以满足不同的应用场景需求，例如ZigBee Pro主要用于工业自动化和安防系统，ZigBee IP用于IPv6网络，ZigBee Light Link用于智能家居照明控制。
总的来说，ZigBee技术是一种非常适合物联网应用的无线网络技术，它具有低功耗、短距离、开放标准等优势，可以帮助用户快速连接物联网设备，实现智能化控制和管理。
第二篇：ZigBee和蓝牙的区别ZigBee和蓝牙都是无线技术，它们之间有什么区别呢？以下是一些常见的区别：1. 适用场景不同蓝牙技术适用于需要高速传输和连接范围较小的场景，例如音频传输、手机、平板电脑和笔记本电脑等，它的通信距离通常在10米左右。
ZigBee技术与应用介绍
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概述
❖ZigBee的起源
工业自动化和家庭智能化对无线数据通信的需求越 来越强烈，而蓝牙技术对于这一领域显然有一定的 局限。
ZigBee技术体系
❖ZigBee网络设备类型
设备类型
拓扑类型 可否成为协调器 通话对象
全功能设备 （FFD）
星形，树形，网状
可以
任何ZigBee设备
简化功能设 协调器通话
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
MESH网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网 络可以通过多级跳的方式来通信；该拓扑结构还可以组 成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能。
网络的自组织自语能力强
■ZigBee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感 知其他节点的存在，并确定连结关系，组成结构化的网络； ■ZigBee自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发 生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网 络拓扑结构进行相应的调整，无需人工干预，保证整个系统 仍然能正常工作。
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee通信可靠性保 通证信可靠机制
■ZigBee采用了CSMA-CA的碰撞避免机制，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；明晰的信道检测 ■MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数 据包都必须等待接受方的确认信息。
《zigbee技术》课件
Zigbee技术在工业自动化领域的应用 前景同样不可小觑，可以实现设备的 远程监控、数据采集和自动化控制等 功能。
智能城市
Zigbee技术在智能城市领域也有着广 阔的应用前景，可以实现智能交通、 智能环保、智能安防等功能的智能化 管理。
THANKS
感谢观看
05
Zigbee技术发展趋势 与展望
Zigbee技术发展现状
01
全球Zigbee技术应用情况
Zigbee技术在全球范围内得到了广泛的应用，尤其在智能家居、工业
自动化、智能农业等领域。
02
中国Zigbee技术发展现状
中国在Zigbee技术方面也取得了一定的进展，在智能家居、智能城市
等领域得到广泛应用，但与国际先进水平仍存在一定差距。
智能农业系统中的Zigbee技术应用
智能灌溉
利用Zigbee技术实现农田的智能灌溉，根据土壤湿度和植物需 求进行精准灌溉。
智能温室控制
通过Zigbee技术实现温室的温度、湿度、光照等环境的自动调 节，提高农作物产量和品质。
农业物联网
利用Zigbee技术将各种农业传感器和设备连接起来，实现农业 生产的全面数字化和智能化。
详细描述
Zigbee技术是一种无线通信技术，基于IEEE 802.15.4标准，主要用于短距离、 低功耗的无线通信应用。它采用无线电波进行数据传输，适用于各种低速、低 成本、低功耗的无线通信场景。
Zigbee技术的特点
总结词
Zigbee技术具有低功耗、低成本、低速率、 高可靠性等特点。
详细描述
Zigbee技术具有以下特点
04
Zigbee技术应用案例
智能家居系统中的Zigbee技术应用
01
《ZigBee技术概述》课件
ZigBee技术是一种无线通信协议，它具有低功耗、短距离传输和自组网等特点。 本课件将介绍ZigBee技术的定义、应用场景、特点和未来发展方向。
第一部分：什么是ZigBee技术
定义和发展历程
ZigBee技术是一种低功耗、短距离无线通信协议， 于2003年发布。它是专门为物联网设备设计的。
总结
1 ZigBee技术的优点和应用价值
ZigBee技术具有低功耗、自组网和高扩展性等优点，可以在智能家居、智能建筑等领域发 挥重要作用。
2 对未来发展的展望和期望
期望ZigBee技术能够与其他无线通信技术共同发展，实现更智能、更便捷的物联网应用。
第四部分：ZigBee技术的组成和体系结构
1
ZigBee协议栈的组成和功能
ZigBee协议栈由物理层、MAC层、网络层
ZigBee设备之间的通信方式
2
和应用层组成，实现了传输层与应用层 之间的数据交互。
ZigBee设备之间可以通过直接通信、间接
通信和广播通信等方式进行数据传输和
控制。
3
ZigBee网络拓扑结构的分类和特
点
ZigBee网络可以采用星型、网状、集群树 等拓扑结构，具有灵活性和强大的扩展 性。
第五部分：ZigBee技术的未来发展方向
ZigBee与其他网络技术的整合
ZigBee技术将与蓝牙、Wi-Fi和LoRa等网络技术整合， 形成更强大的无线通信解决方案。
ZigBee技术在物联网方面的前景 展望
ZigBee技术有望在物联网领域取得更广泛的应用， 推动智能城市、智能交通等领域的发展。
与蓝牙技术比较
ZigBee技术相比蓝牙技术，具有更低的功耗、更 广泛的覆盖范围和更高的节点数量支持。
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。
《ZigBee技术概述》课件
理。
智能农业中的应用
01
02
03
04
智能灌溉
利用Zigbee技术实现农田灌 溉的远程控制和自动调节，提
高农业用水效率。
智能温室
通过Zigbee技术实现温室内 温度、湿度、光照等环境参数
的智能调节和控制。
智能养殖
利用Zigbee技术实现养殖环 境的智能监测和控制，提高养
通过Zigbee技术实现生产设备的远程监控和 维护，提高生产效率和产品质量。
工业安全监控
通过Zigbee技术实现工厂安全监控和预警， 保障工业生产安全。
智能医疗系统中的应用
智能医疗设备监控
利用Zigbee技术实现医疗设备的远 程监控和维护，提高医疗设备运行效 率。
无线生命体征监测
通过Zigbee技术实现病患生命体征 的实时监测和预警，提高医疗救治效 率。
无线组网技术
无线组网技术是Zigbee技术的另 一个重要组成部分，它支持多种 拓扑结构，如星型、树型灵活性 和可扩展性，能够根据实际需求
快速组建大规模网络。
Zigbee无线组网技术还支持自组 织和自修复功能，能够自动发现 和修复网络故障，提高网络的稳
定性和可靠性。
无线通信技术是Zigbee技术的核心，它负责节点间的信息传输。Zigbee采用了无线 电波进行通信，具有传输距离远、穿透力强、抗干扰能力好的特点。
Zigbee支持多种无线通信频段，包括2.4GHz、868MHz和915MHz等，可根据应用 场景选择合适的频段。
Zigbee无线通信技术采用了跳频扩频、直接序列扩频等高级无线通信技术，提高了 通信的可靠性和安全性。
09ZigBee技术概述报告
26
ZigBee网络术语
–设备描述(Device Description) – Device Description是指一个大型目标应用的一 局部，包括一个或多个群集，并且指定群集(簇)是输 入还是输出。 –配置文件(Profile) – Profile可以理解为共同促成交互式应用的多个 设备描述项的集合。 ZigBee联盟已经定义了局部标 准的配置文件，比方远程把握开关配置文件和光传感 器配置文件等。 – 用户也可以创立自己的配置文件然后递交 ZigBee联盟测试、审核批准。
ZigBee堆栈的大多数层有两 个接口：数据实体接口和治理实体 接口。数据实体接口的目标是向上 层供给所需的常规数据效劳。治理 实体接口的目标是向上层供给访问 内部层参数、配置和治理数据的机 制。
从应用角度看，通信的本质就 是端点到端点的连接。
24
ZigBee网络术语
–属性(Attribute)
– Attribute是一个反映物理数量或状态的数据实体，比方开关值〔On/Off 〕 ,温度值、百分比等，通过命令可以传递给其他设备。
18
• 微把握器
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◆
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• 外设接口
•
◆
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◆
•
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•
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；
•
◆
CC2530硬件接口
高性能和低功耗的增加型8051微把握器内核； 32/64/128/256KB系统可编程闪存、支持硬件调试； 8KB RAM
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。
第6章 Zigbee网络技术
电源电压范围宽(2.0～3.6 V)。
支持数字化接收信号强度指示器/链路质量指示 (RSSI/LQI)。
17 2. CC253X系列
CC253X系列的Zigbee芯片主要是CC2530/CC2531，它
们是CC2430/CC2431的升级，在性能上要比CC243X系列稳 定。CC253X系列芯片广泛使用于2.4G片上系统解决方案，
在无线通信中，时间的延迟也是重要的参数，Zigbee
针对时延作了优化，使通信时延和从休眠状态激活的时延 都非常短。
6. 灵活的网络拓扑结构
Zigbee支持星型、树型和网状型拓扑结构，既可以单 跳，也可以通过路由实现多跳的数据传输。
10 6.1.3 协议架构
按照OSI模型，Zigbee网络分为四层，从下至上分别为
建立在基于IEEE802.15.4标准的协议之上。CC253X系列芯
片大致可以分为三个功能模块：CPU和内存相关的模块， 外设、时钟和电源管理相关模块，无线电相关的模块。
18 1) CPU和内存
CC253X系列芯片使用的8051CPU内核是一个单周期的
8051兼容内核。它有三个不同的存储器访问总线(SFR、 DATA、和CODE/XDATA)，以单周期访问SFR、DATA和
作和休眠进行配置，从而使得系统在不工作时可以关闭射 频部分，极大地降低了系统功耗，节约电池的能量。
7 2. 低成本
Zigbee网络协议简单，可以在计算能力和存储能力都
很有限的MCU上运行，非常适用于对成本要求苛刻的场合。 现有的Zigbee芯片一般成本较低，这对于一些需要布置大
量无线传感器网络节点的应用领域是很重要的。
CC2430/CC2431是Chipcon公司(已被TI收购)推出的用
ZigBee技术概论
无线个人网 ()
技术使用户能够为个人操作空间 () 设备（如 、移动电话和笔记本电脑等）创建临
时无线通讯。 指的是以个人为中心，最大距离为 10 米的一个空间范围。目前主要的 技术
是、“”、红外线。“”是一种电缆替代技术，可以在 30 英尺以内使用无线电波传送数据。
数据可以穿过墙壁、口袋和公文包进行传输。“ 专门利益组 ()”推动着“”技术的发展，于
等。这些国际标准都是由规定发布的。
但也有一些芯片公司或集成供应商为了推广本公司芯片、方案而发布一些非国际标准协议，
如 方案、的网络协议等等。
蓝牙和等国际标准展示了如何让电子企业合作创建可确保全球市场兼容的工作标准。两
者都是优秀的技术，在它们各自定义的领域可以发挥重要作用。
尽管如此，基于国际标准的技术也有缺点。首先，为满足标准，在初始设计和兼容性测
是一种短距离、低功耗的无线网络技术，主要由联盟制定，其底层是采用 802.15.4 标准
规范的与层。
与802.15.4
Application
API Security 32- / 64- / 128-bit encryption
Network Star / Mesh / Cluster-Tree
ZigBee Alliance
Hale Waihona Puke 要。例如，“灯纲要”会确定相关的所有协议，因此你从A公司买的灯开关会和B公司的灯正常
现代：电话、电视、广播、邮政、因特网、其他方式
有线通信、无线通信
通信的发展简史 第一阶段 语言 第二阶段 文字、邮政 第三阶段 印刷术、出版物 第四阶段 电报、电话、广播 第五阶段 通信与计算机的结合、网络
最早的电通信设想
1753年2月17日，《苏格兰人》杂志上发表了一封署名的书信。在这封信中，作者提出了 用电流进行通信的大胆设想。他建议：把一组金属线从一个地点延伸到另一个地点，每根金 属线与一个字母相对应。在一端发报时，便根据报文内容将一条条金属线与静电机相连接， 使它们依次通过电流。电流通过金属线上的小球便将挂在它下面的写有不同字母或数字的小 纸片吸了起来，从而起到远距离传递信息的作用。
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无线通信频谱
频谱是我们区别各种电波的一个重要依据， 无线通信的频谱在RF(Radio Frequency)这一段包 括了我们常见的调频收音机，各种手机，无线电 话，无线卫星电视等等，由于从几十兆到几千兆 的频谱上，集中了各种不同的无线应用，而且这 些无线电传播都使用同一个通讯媒介——空气， 所以为了保证各种无线通讯之间不相互干扰，就 需要对无线频道的使用进行必要的管理。
无线通信频谱
波段名称
波长范围(m)
频段名称
频率范围 (HZ)
超长波 长波 中波 短波 米波 分米波 厘米波 毫米波
1,000,000~10,000 10,000~1,000 1,000~100 100~~10 10~1 1~0.1 0.1~0.01 0.01~0.001
把一组金属线从一个地点延伸到另一个地点，每根金属线与一个字母 相对应。在一端发报时，便根据报文内容将一条条金属线与静电机相
连接，使它们依次通过电流。电流通过金属线上的小球便将挂在它下
面的写有不同字母或数字的小纸片吸了起来，从而起到远距离传递信 息的作用。
最早的有线电报
机便响起铃来；断开电波发生器，铃声立即中止。
几十年后，为了纪念波波夫在这一天的划时代创 举，当时的苏联政府便把 5 月7 日定为“无线电发 明日”。
人类首次远距离无线电通信
1897 年 5 月 18 日 , 马可尼进行横跨布里斯托尔 （Bristol）海峡的无线电通信取得成功，通信距 离为14公里。
无线网络分类
无线广域网 (WWAN) 无线城域网 (WMAN) 无线局域网 (WLAN) 无线个人网 (WPAN)
无线网络特点
1、安装便捷：一般在网络建设当中，施工周期最长、对周边环境影响 最大的就是网络布线的施工了。在施工过程时，往往需要破墙掘地、穿线架 管。而WLAN最大的优势就是免去或减少了这部分繁杂的网络布线的工作量， 一般只要在安放一个或多个接入点(Access Point)设备就可建立覆盖整个建 筑或地区的局域网络。 2、使用灵活：在有线网络中，网络设备的安放位置受网络信息点位置 的限制。而一旦WLAN建成后，在无线网的信号覆盖区域内任何一个位置都 可以接入网络，进行通讯。 3、经济节约：由于有线网络中缺少灵活性，这就要求网络的规划者尽 可能地考虑未来的发展的需要，这就往往导致需要预设大量利用率较低的信 息点。而一旦网络的发展超出了设计规划时的预期，又要花费较多费用进行 网络改造。而WLAN可以避免或减少以上情况的发生。 4、易于扩展：WLAN又多种配置方式，能够根据实际需要灵活选择。 这样，WLAN能够胜任只有几个用户的小型局域网到上千用户的大型网络， 并且能够提供像“漫游(Roaming)”等有线网络无法提供的特性。
ISM频段
ISM频段
除了ISM 频带以外，在中国整个低于135 kHz，在北美、南美和日本低于400 kHz，也都是 可以使用的免费频段。 各国对无线频谱资源的管理，不仅规定了相关 的ISM开放频道的频率，同时也严格规定了在这 些频率上所使用的发射功率。
无线通信频段
日常生活中，我们经常能够看到各式各样的 天线。对于一个无线系统来说，能够正确的发送 和接收信息是最基本的要求。天线作为无线通信 中不可缺少的一部分，其基本功就能是接收和发 送无线电波。发射时，把高频电流转换为电波； 接收时，把电波转换为高频电流。那么这么多的 电波在空气中是如何传播，我们有是如何区分哪 些是我们需要的电波呢？
ZigBee无线网络技术
物联网关键技术 深圳市讯方通信技术有限公司 2011-06
无线ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ信
无线通信(Wireless Communication)是利用 电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信 息交换的一种通信方式。近些年信息通信领域中， 发展最快、应用最广的就是无线通信技术。
通信的发展简史
第一阶段 语言 第二阶段 文字、邮政 第三阶段 印刷术、出版物
第四阶段 电报、电话、广播
第五阶段 通信网络
最早的电通信设想
1753 年 2 月 17 日，《苏格兰人》杂志上发表了一封署名 C.M 的书
信。在这封信中，作者提出了用电流进行通信的大胆设想。他建议：
甚低频 低频 中频 高频 甚高频 特高频 超高频 极高频
3~30K 30~300K 300~3,000K 3~30M 30~300M 300~3,000M 3~30G 30~300G
ISM频段
各国的无线管理部门也规定了某些频带不需许可就可 以使用（只需要遵守一定的发射功率（一般低于1W）， 并且不要对其它频段造成干扰即可），以满足不同的需要。 这些频带通常包括ISM (Industrial、Scientific and Medical 工业、医疗、科学) 频带。 各国的无线电管理不尽相同。在美国可用的免许可证 的频带包括：27MHz、260MHz至470MHz、902MHz至 928MHz和最常用的2.4GHz频带。ISM频道在欧洲所分配 到的频率为433MHz、868 MHz和2.4GHZ。 中国目前可以使用的ISM频率是：433MHZ和2.4GHZ。
1844年5月24日，莫尔斯从华盛顿到 巴尔的摩拍发人类历史上的第一份电报。 在座无虚席的国会大厦里 , 莫尔斯用激动 得有些颤抖的双手 ,操纵着他倾十余年心 血研制成功的电报机 , 发出了 :“ 上帝创 造了何等奇迹!”一语。
最早的无线通信
1895 年 5 月 7 日， 36 岁的波波夫在彼德堡的俄 国物理化学会的物理分会上，宣读了关于“金属 屑与电振荡的关系”的论文，并当众展示了他发 明的无线电接收机。当他的助手在大厅的另一端 接通火花式电波发生器时，波波夫的无线电接收