zigbee技术分析——经典
基于ZigBee技术的无线通信浅析
基于ZigBee技术的无线通信浅析随着物联网技术的不断发展，无线通信技术得到了广泛的应用和推广，其中基于ZigBee技术的无线通信在物联网领域中具有重要的地位。
ZigBee技术是一种低成本、低功耗、短距离、低数据传输率的无线网络通信技术，广泛应用于智能家居、工业自动化、智能医疗等领域。
本文将对基于ZigBee技术的无线通信进行浅析。
一、ZigBee技术的特点1. 低成本：ZigBee技术的成本非常低廉，可以大规模应用于物联网设备中，降低了整体系统的成本。
2. 低功耗：ZigBee技术采用了睡眠模式和快速唤醒技术，能够大大降低设备的功耗，延长了设备的使用寿命。
3. 短距离：ZigBee技术的通信距离一般在10-100米之间，适用于短距离通信场景。
4. 低数据传输率：ZigBee技术的数据传输率一般在20-250kbps之间，适用于对数据传输速率要求不高的场景。
5. 自组网能力：ZigBee技术支持设备之间的自组网，能够实现多节点之间的互联互通。
二、ZigBee技术的应用1. 智能家居：ZigBee技术在智能家居领域中得到了广泛的应用，可以实现家庭内各个设备之间的互联互通，比如智能灯具、智能门锁、智能家电等设备可以通过ZigBee技术实现互联互通和远程控制。
2. 工业自动化：ZigBee技术可以应用于工业自动化领域，实现设备之间的无线通信和监控，提高工业生产效率和安全性。
3. 智能医疗：ZigBee技术可以应用于智能医疗设备中，实现各种医疗设备之间的互联互通，比如医疗传感器、远程监测设备等。
4. 物联网设备：ZigBee技术可以应用于各种物联网设备中，比如智能穿戴设备、智能家居设备、智能运输设备等。
四、ZigBee技术的挑战1. 通信距离有限：ZigBee技术的通信距离有限，适用于短距离通信场景，对通信距离要求较远的场景不适用。
2. 数据传输速率较低：ZigBee技术的数据传输速率较低，适用于对数据传输速率要求不高的场景，对数据传输速率要求较高的场景不适用。
Zigbee无线通信技术详解
2
一、Zigbee技术简介
二、ZigBee技术特点 • ZigBee 是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率 、低成本、低复杂度的无线网络技术； • ZigBee 采取了 IEEE 802.15.4 强有力的无线物理层 所规定的全部优点 ：省电、简单、 成本又低的规格 ；ZigBee 增加了逻辑网络、网络安全和应用层； • ZigBee 的主要应用领域包括无线数据采集、无线工 业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇 自动化、医用设备控制、远程网络控制等场合；
工业控制命令、远程网络控制、家用电器控制 如鼠标键盘数据、操作杆的数据
间断性数据 反复性低反应时间数据
•
19
三、Zigbee技术应用范围
二、适合 ZigBee 技术的应用场合
• • • •
设备成本低、传输数据量小 设备体积小，不便放置较大的充电电池或者电源模块 没有充足的电源支持，只能使用一次性电池 需要较大范围的通信覆盖，网络中的设备非常多，但 仅仅用于监测或控制
20
三、Zigbee技术应用范围
三、Zigbee技术典型应用
• • • •
1、结合 Zigbee 和 GPRS 的无线数据传输 2、医疗监控系统 3、无线点餐系统 4、智能交通控制系统
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技术分析——经典
与蜂共舞—ZigBee技术一瞥本文从ZigBee的发展历史入手，探讨了这种基于无线传感器技术的网络应用的协议栈、性能分析和各种应用领域，全面构建了完整的ZigBee技术应用与发展蓝图。
“ZigBee”是什么?从字面上猜像是一种蜜蜂。
因为“ZigBee”这个词由“Zig”和“Bee”两部分组成，“Zig”取自英文单词“zigzag”，意思是走“之”字形，“bee”英文是蜜蜂的意思，所以“ZigBee”就是跳着“之”字形舞的蜜蜂。
不过，ZigBee 并非是一种蜜蜂，事实上，它与蓝牙类似是一种新兴的短距离无线通信技术，国内也有人翻译成“紫蜂”。
下面就让我们一起进入这只蜜蜂的世界，与蜂共舞吧!这只蜜蜂的来头还是要从它的历史开始说起，早在上世纪末，就已经有人在考虑发展一种新的通信技术，用于传感控制应用(sensor and control)，这个想法后来在IEEE 802.15工作组当中提出来，于是就成立了TG4工作组，并且制定了规范IEEE 802.15.4。
但是IEEE 802的规范只专注于底层，要达到产品的互操作和兼容，还需要定义高层的规范，于是2002年ZigBee Alliance成立，正式有了“ZigBee”这个名词。
两年之后，ZigBee的第一个规范ZigBee V1.0诞生，但这个规范推出的比较仓促，存在一些错误，并不实用。
此后ZigBee Alliance又经过两年的努力，推出了新的规范ZigBee 2006，这是一个比较完善的规范。
据联盟最新的消息，今年年底将会发布更新版本的规范ZigBee 2007，这个版本增加了一些新的特性。
从ZigBee的发展历史可以看到，它和IEEE 802.15.4有着密切的关系，事实上ZigBee的底层技术就是基于IEEE 802.15.4的，因此有一种说法认为ZigBee和IEEE 802.15.4是同一个东西，或者说“ZigBee”只是IEEE 802.15.4的名字而已，其实这是一种误解。
Zigbee无线通信技术分析讲解1
三级安全模式
高安全 短时延
近距离 15ms 30ms
10～100m 1~3km
ZigBee的频带和数据传输率
频带 2.4GHz 868MHz 915MHz 780MHz (ATMEL FIRST) 国 欧 球 围 数据传输 250 kbps 20 kbps 40 kbps 250 kbps 16 1 10 4 数
ZigBee网络中传输的三类数据
周期性数据： 周期性数据：如家庭中水、电、气三表数据的传输；烟雾传感器 间断性数据：如电灯、家用电器的控制等数据的传输 间断性数据： 反复性的低反应时间的数据： 反复性的低反应时间的数据：如鼠标、操作杆传输的数据
100
1000
短 程 < < < < > > > > 程
文本Biblioteka 因特网/声音 因特网 声音
压缩图片 多通道数字图像
实际数据传输率> 低<实际数据传输率>高
线网络标
较
近距离无线通信技术
Zigbee技术及特征 技术及特征
IEEE802.15.4
ZigBee协议栈 Zigbee技术应用领域
什么是zigbee
器 RF功率放大器 RF 放大器 线 电源 线 电源
短距离无线通信技术特点
发射功率：几微瓦~100微瓦 通信距离：几厘米~几百米 主要在房间内使用 全向天线和线路板天线 不需要申请无线频道 高频操作
UWB NFC
短程无线网络标准
WWAN
传 输 范 围
WMAN
WLAN
WPAN
0.01
0. 1 1 10 数据传输率（ 数据传输率（Mbps） ）
上层软件包及应用描述 兼容性及认证测试 商标
物联网中的ZigBee技术(四)
物联网中的ZigBee技术随着物联网技术的发展，各种无线通信技术层出不穷，其中ZigBee作为一种低功耗、短距离、低数据速率的无线通信技术，在物联网中得到了广泛的应用。
本文将就ZigBee技术在物联网中的应用、特点以及未来发展进行探讨。
ZigBee技术在物联网中的应用ZigBee技术最初是由美国ZigBee联盟提出的，旨在打造一种低成本、低功耗、自组织的无线网络技术。
在物联网中，ZigBee技术广泛应用于智能家居、工业自动化、智能建筑等领域。
比如，智能家居中的智能灯、智能插座、智能门锁等设备，通常采用ZigBee技术进行通信，实现设备之间的互联互通。
而在工业自动化领域，ZigBee技术被用于传感器网络，实现对设备状态的实时监测和控制。
ZigBee技术的低功耗特性使其尤其适合于需要长时间运行、无需频繁数据传输的应用场景。
ZigBee技术的特点ZigBee技术具有多项特点，使其在物联网中得到广泛应用。
首先，ZigBee 技术的低功耗特性使其能够在电池供电的设备上实现长时间的运行，这对于物联网中大量的传感器设备至关重要。
其次，ZigBee技术采用的是自组织网络结构，节点之间能够自行建立网络连接，无需中心节点的管理，这种去中心化的特点使得网络具有更高的灵活性和可靠性。
此外，ZigBee技术采用的是短距离通信，能够在相对较小的范围内实现设备之间的通信，减少了不必要的干扰，提升了通信的稳定性和安全性。
未来发展趋势随着物联网技术的不断发展，ZigBee技术也在不断演进。
未来，ZigBee技术有望在更多的领域得到应用。
首先，随着5G技术的逐渐普及，ZigBee技术有望与5G技术结合，实现更高速率的数据传输，拓展了ZigBee技术的应用范围。
其次，随着人工智能技术的发展，智能家居、智能工业等应用场景对于ZigBee技术的需求也将不断增加，ZigBee技术有望在更多的智能设备中得到应用。
另外，ZigBee技术在安全性和隐私保护方面的研究也将成为未来的发展重点，以应对物联网中不断增加的安全威胁。
浅析Zigbee技术
2.1.2 ZigBee协议栈 —— MAC层
• MAC层也包括管理实体(MLME)和数据实体 (MLDE) • MAC层与物理层之间通过PLME-SAP和PD-SAP 进行通信 • MAC数据实体服务点(MLDE-SAP)和MAC层管 理实体服务接入点(MLME-SAP)向业务相关子 层提供MAC层数据和管理服务 • MAC层能支持多种LLC标准，通过业务相关会聚 子层(SSCS)协议承载802.2类型的LLC标准
浅析Zigbee技术
目录
• • • • 第一章 第二章 第三章 第四章 ZigBee技术发展 ZigBee技术的网络构架 ZigBee技术应用 几种ZigBee产品
第一章 ZigBee技术发展
• • • • 1.1 ZigBee简介 1.2 IEEE 802.15.4协议 1.3 ZigBee的特点 1.4 几种无线通信技术比较
组建网络，为新加入网络访分配地址 路由发现、路由维护 确保ZigBee的MAC层正常工作，并且为应用层提供合适的 服务接口
• 网络层提供了网络数据服务实体(NLDБайду номын сангаас)和管理 服务实体(NLME)两个必须的功能服务实体
2.1.4 ZigBee协议栈 —— 应用层（APL）
• ZigBee应用层由三个部分组成：应用子层(APS)、 设备对象（ZDO)和制造商定义的应用对象(App Obj) • 1. APS应用子层 APS通过网络层和安全服务提供层与端点相接， 并为数据传送、安全和绑定提供服务，可以适配不 同但兼容的节点 APS提供在NWK层和APL层之间的一个接口， 通过一组ZDO到App Obj的通用服务集。 这服务由两个实体实现：APS数据实体 （APSDE）和APS管理实体（APSME）
浅析Zigbee技术
浅析Zigbee技术【摘要】本文旨在阐述Zigbee技术，详细介绍了Zigbee技术的距离短、功耗低、网络容量大、数据传输可靠性高的特点，以及Zigbee协议栈对Zigbee网络的物理层、数据链路层、网络层以及应用层的通信标准的定义，从而实现Zigbee 网络的数据通信。
【关键词】Zigbee；协议栈；低功耗；低速率1概述随着科学技术的不断发展，人们对于日常生活质量的要求越来越高，加上网络移动终端设备的逐渐普及，人们迫切希望能够随时随地地享受到网络服务，也就催生了无线网络的发展和在人们日常生活中的应用。
目前，无线网络已经成为人们日常生活的不可缺少的一部分，使得人们的各种网络设备、PC机以及音频视频设备能够快速方便安全的无线连接，加快了家庭的自动化、生活节能化的发展。
然而，不同设备和环境对于不同的无线网络的要求不同，例如一些简单的近距离低速传输的常用的家庭设备，如果采用复杂的通信协议，不仅会对设备造成电能的消耗，而且还会浪费通信资源，增加成本，所以需要采用相应的通信协议来进行设备之间的通信和数据传输。
Zigbee通信技术是一种应用在通信距离短、传输速度低的设备之间的通信技术，可以对一些通信数据量小的设备提供低成本、低功耗、组网大的技术支持，从而实现家庭或者部分工业生产的无线网络的应用。
2Zigbee技术特点无线传输协议一直都是朝着大的传输距离以及高的数据通信速率的方向发展。
例如移动通信网络的发展历程，从第一代、第二代的传输语音、文字的通信网络到当前第三代、第四代的高速传输视频等媒体的移动通信网络，无论是传输距离还是传输速率上都有了很大的提升。
然而Zigbee技术，却处在短距离和低速率的无线网络应用范围，并且其功耗低、容量大、可靠性高等特点，在一些固定低成本功耗低的设备中广泛应用。
基于Zigbee协议的直接的有效通信距离在40m到135m之间，所以在单级设备之间，通信距离是很近的，但是，Zigbee协议支持多级Zigbee路由共连，从而将Zigbee网络的有效通信距离扩大到数百米甚至上千米。
ZigBee技术浅析
从图 １可以看 出 ， 完整 的 Ｚｇｅ ｉ ｅ协议栈 由物理 层 、 体 ｂ 媒
功 能主要包括 作为普通设备 加入 网络 ， 现多跳路 由， 助 实 辅
其它 的子节点完成通信 。 末端节点则相 当于数量最多 的工蜂 ， 也称 为精 简功能设 备 （ Ｆ Ｒ ｄ ｃｄＦ ｎｔｎＤ ｖｃ ） 只能传送数据给 Ｆ Ｄ或 Ｒ Ｄ： ｅｕｅ －ｕ ｃ ｏ ｅｉ ， ｉ ｅ Ｆ 从 Ｆ Ｄ接 收 数 据 ， 设 备 需 要 的 内存 较 少 （ Ｆ 该 特别 是 内 部
关键词 ：ｉ ｅ Ｚｇ ｅ协议栈 ； Ｅ ８ ２ １ ． Ｂ Ｉ Ｅ ０ ．５ ４标准 ；ｉ ｅ 设备对 象； Ｅ Ｚｇ ｅ ｂ 服务接入点
中 图 分 类 号 ：Ｐ ９ ．２ Ｔ ３ ３ ０ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ １ ６ ４ ２ １ ）４— ０ ８ ４ １７ —４４ （０ １ ０ ０ ２ —０
８ ８３ ５ ． ＭＨｚ
． ９２ ０ ＭＨｚ
， ９８ ｚ ２ ＭＨ
』
图 １ Ｚｇ ｅ 协 议栈 ｉ ｅ Ｂ
收 稿 日期 ：０ １— ９—２ ２１ ０ ３
ｉ ｉ 自 舭 ＿ ＿＿ Ｉ 冒Ｉ ｌ ９
．
２．８ ５ ４ ３ ＧＨｚ
图 ２ Ｚ ｇ ｅ 频 段 分 布 图 ｉＢ ｅ
都支持一定数量 的服务原语来实现所需的功能。
１ １ 物理 层 （ Ｈ ｌｙｒ ． Ｐ Ｙ ｅ ） ａ
Ｚｇ ｅ１ １ Ｒ ｖ ｉｎ１ ） 第三个 版本 是 ２ ０ ｉＢ ｅ． （ ｅｉ ｏ ３ ， ｓ ０ ７年推 出 的 Ｚｇ ｉ — Ｂ ｅ２ ０ （ ｅｉｏ ６ ， ｉ ｅ ０７包 含两个 协议 栈模 版 ， ｅ ０ ７ Ｒ ｖ ｉ １ ） Ｚｇ ｅ２ ０ ｓｎ Ｂ
Zigbee技术简析
Zigbee技术简析目前小范围内设备的联网，如家庭网络，主要包括有线和无线两种实现方式。
随着大量、廉价和高度集成的无线模块的普及，以及其它无线通信技术，如GSM蜂窝电话和WLAN的成功，无线联网技术以其安装成本低，使用方便等特点正在成为家庭网络和家庭自动化领域的首选技术。
家庭联网主要用于包括互联网连接、多个PC互联、音频视频设备联网、家庭自动化、节能和安全保障等方面，其中每一种应用都有不同的带宽、成本和安装复杂度的要求。
随着互联网的爆炸性的发展，目前无线通信技术主要致力于如何提高通信速率。
而另一方面，如家庭自动化、安全保障和游戏相关的应用并不需要很高的吞吐量，这些应用如果使用现有的、过于复杂的无线通信技术将非常耗电，占用过多的计算和通信资源，同时大大增加了设备成本。
比如说在窗户上安装一个廉价的小型温度传感器，该传感器每隔几十分钟向家用电脑发送一次温度数据，以记录温度的变化情况。
显然使用有线连接是不现实的，有线连接导致室内复杂的布线系统，不仅影响美观，而且连接线的成本将很可能高于传感器的成本。
因此采用的无线通信模块的成本要非常低，同时由于温度传感器一般使用电池供电，这就要求使用的无线通信技术必须非常省电。
显然仅仅为了连接的需要而使用IEEE802.11技术是大材小用了；而蓝牙技术本来是用来代替电缆的，但现在的蓝牙设备正在变得越来越复杂，已经不能满足低功耗的需求。
802.11和蓝牙设备都要求定期更换电池或者充电，而频繁地更换电池将给用户带来很大的不便。
为了满足类似于温度传感器这样小型、低成本设备无线联网的要求，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。
ZigBee正是这种技术的商业化命名。
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
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。
浅析ZigBee技术
持 两 种 路 由算 法 一 路 由和 网 状 网 路 由 。 路 由算 法 把 整个 网络 看 树 树 作 是 以协 调 器 为 根 的一 棵 树 ， 因为 整 个 网络 是 由协 调 器所 建 立 的 ．
而 协 调 器 的子 节 点 可 以 是 路 由 器 或 者 是 末 端 节 点 ．路 由器 的子 节 点 也 可 以 是 路 由器 或 者 末 端 节 点 ， 末 端 节 点 没 有 子 节 点 ， 当于 而 相
网络 的协 调 器 可 以互 相 连 接 ，整个 Ｚｇ ｅ ｉ ｅ网络 节 点 的数 目将 十 分 Ｂ
ｏ ｌ
§
ｌ
盏
■
）
ｉ ｌ
’
、
’
警
可 观 。 个 区域 内可 以 同 时存 在 最 多 １０个 Ｚｇ ｅ 一 ０ ｉ ｅ网络 ． 论 上 可 Ｂ 理
容 纳 ６ ５ ５个节 点 ５３
一
完 整 的 Ｚｇ ｅ ｉ ｅ协 议 栈 由物 理 层 、 质 访 问控 制 层 、 Ｂ 介 网络 层 、 安 全 层 和 高 层 应用 规 范 组 成 。 ｉ ｅ 工 作 在 三种 频 带 上 ， 别 是 用 于 Ｚｇ ｅ Ｂ 分
“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技术网络层的路由算法分析
ZigBee技术网络层的路由算法分析ZigBee技术是一种低功耗、低数据速率、短距离无线通信标准，其拥有小型化、低成本的优点，被广泛用于物联网、智能家居、工业控制等领域。
在ZigBee技术中，网络层的路由算法是至关重要的一部分，因为它能够确保数据包正确的传输。
在ZigBee技术中，常用的路由算法主要有基于距离向量的算法、基于链路状态的算法和基于源路由的算法。
其中，基于距离向量的算法是ZigBee网络中最广泛应用的算法之一，主要是利用每个节点的距离向量信息计算出最佳的路径。
这种算法的优点是实现简单、易于部署、对网络的稳定性有好处。
但是，由于节点仅能获得其邻居节点的信息，使得该算法无法得到全局网络状态信息，容易产生路由环路问题，限制了它的应用范围。
基于链路状态的路由算法解决了距离向量算法中存在的路由环路问题，具有更好的路由总体性能。
该算法的主要思想是每个节点通过收集相邻节点的链路状态信息，构建出整个网络的拓扑结构，根据链路质量和信号强度等信息为每个节点计算出最佳的路由路径。
但是，该算法需要广泛的网络信息和大量的网络带宽，因此实现和部署成本较高，对节点能耗的影响也较大。
基于源路由的算法可以有效地避免路由环路问题和冗余流量，因为整个路径都是在源节点中计算的，而不是在网络中的中间节点上计算。
源节点负责为每个数据包计算出到目标节点的完整路径，并将该路径信息附加到数据包的首部。
该算法的优点是具有不可逆性和确定性等特点，可以提高网络的稳定性和性能，同时也更加灵活。
但是，实现该算法需要高速处理器和大规模的存储器，因此成本比较高。
总的来说，不同的路由算法具有适用于不同ZigBee网络环境的优缺点。
在实际应用中，需要根据具体的应用场景和网络规模选择适合的路由算法，以达到最佳的路由效果。
物联网中的ZigBee技术(六)
物联网中的ZigBee技术一、物联网的发展与应用随着科技的不断进步，物联网技术已经成为人们日常生活和工作中不可或缺的一部分。
物联网是指利用各种信息传感设备和网络技术，将各种物品连接到互联网上，实现智能化管理和控制的网络系统。
物联网技术在智能家居、智慧城市、工业自动化等领域得到了广泛的应用。
二、ZigBee技术的概念与特点在物联网技术中，ZigBee技术是一种常用的短距离无线通信技术。
ZigBee 技术基于IEEE 标准，具有低功耗、低成本、简单部署和自组网等特点，适用于各种低速、低功耗的应用场景。
ZigBee技术在智能家居、工业控制、农业监测等领域都有着广泛的应用。
三、ZigBee技术的工作原理ZigBee技术采用了星型和网状的网络拓扑结构，可以实现设备之间的互联互通。
在ZigBee网络中，每个设备都可以作为路由器，进行数据的中继传输，从而实现了整个网络的扩展。
ZigBee技术工作在频段，具有较好的抗干扰能力，可以实现可靠的数据传输。
四、ZigBee技术的应用案例在智能家居领域，ZigBee技术被广泛应用于智能灯控、智能门锁、智能家电等设备中，实现了智能化的居家生活。
在工业控制领域，ZigBee技术可以用于无线传感器网络，实现对工业生产过程的远程监测和控制。
在农业领域，ZigBee技术可以用于农业环境监测、灌溉控制等方面，提高了农业生产的效率和质量。
五、ZigBee技术的发展趋势随着智能化技术的不断发展，ZigBee技术也在不断演进和完善。
未来，ZigBee技术将更加注重能源的节约和环境的友好，通过优化网络协议和硬件设计，降低设备的功耗，延长设备的使用寿命。
同时，ZigBee技术也将更加关注数据安全和隐私保护，提高网络的安全性和稳定性。
六、结语物联网中的ZigBee技术具有广泛的应用前景，它正在改变着人们的生活和工作方式。
随着技术的不断进步，ZigBee技术将会更好地满足各种应用领域的需求，为人们的生活带来更多的便利和智能化体验。
典型无线传输ZigBee技术及应用
ZigBee的应用
• ZigBee应用实例
基于ZigBee技术的无线三表远程抄表系统
10/13/2024
Zigbee技术中的基本概念
• 三、ZigBee物理地址 • 在ZigBee无线传感器网络中，节点有2个地址，一个是物
理(也称IEEE或扩展)地址，物理地址是在产品出厂时初始 化的，在全球范围内是唯一标识地址。 • 注：当一个ZigBee节点需要加入网络时，其物理地址必须 不能与现有网络节点物理地址有冲突，并且不为 0xffffffffffffffff。
• ZigBee网状网络
10/13/2024
ZigBee技术体系
• ZigBee通信可靠性保证
通信可靠机制
■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。
10/13/2024
ZigBee的应用
• ZigBee应用实例
基于ZigBee的油田油井遥测遥控无线通信
10/13/2024
ZigBee的应用
• ZigBee应用实例
基于ZigBee技术的管道监测无线数据传输网络
10/13/2024
ZigBee的应用
• ZigBee应用实例
ZigBee智能交通控制系统无线通信方案
10/13/2024
无线传感器网络构架
浅析ZigBee无线传输技术及其应用
浅析ZigBee无线传输技术及其应用关键词：ZigBee技术；家庭无线网络；全功能设备；精简功能设备1. 前言蜜蜂在发现花丛后会通过一种特殊的肢体语言来告知同伴新发现的食物源位置等信息，这种肢体语言就是ZigZag行舞蹈，是蜜蜂之间一种简单传达信息的方式。
借此意义ZigBee 作为新一代无线通讯技术的命名。
在此之前ZigBee也被称为“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或“fireFly”无线电技术，目前统称为ZigBee。
ZigBee技术最初是由13家通信及传感器领域的知名厂商于底共同发起制定的。
同时成立了ZigBee联盟以避免标准混乱带来的内部争斗。
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, 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。
2. ZigBee技术2.1 ZigBee技术综合简介a. ZigBee的IEEE相关ZigBee 采取了 IEEE 802.15.4 强有力的无线物理层所规定的全部优点，因而要想弄清楚ZigBee，就要了解IEEE 802.15.4，它就是ZigBee物理层和MAC层的模板IEEE802.15.4网络是指使用相同无线信道并通过IEEE 802.15.4标准相互通信的一组设备的集合。
在这个网络中，根据设备所具有的通信的能力，可以分为全功能设备，和精简功能设备。
全功能设备之间以及全功能设备与精简功能设备之间都可以通信，与精简功能设备相关的全功能设备通常称之为协调器。
IEEE802.15.4定义了两种拓扑结构，分别为星状拓扑（理论上一个协调器和多达255个子设备）和点对点模式。
此协议定义了27个信道，868MHz频段一个信道，915MHz频段10个信道，2450MHz频段16个信道。
其调制过程如图：代写论文物理帧的第一个字段是四个字节的前导码，收发器在接收前导码期间，会根据前导码序列的特征完成片同步和符号同步。
ZigBee技术分析二
Zigbee技术浅析一.了解ZigbeeZigbee是基于网络底层802.15.4的短距离数据通讯网络协议.在2002年成立的Zigbee联盟,当协议发展到2007版时,各层 协议都已经趁于完善.Zigbee网络适用于区域范围内的网络覆盖,可通过网关等设备,与以太网/GPRS网络实现无缝连接,完美实现低成本远程监控等应用。
Zigbee具有以下特点：①自动组网,网络容量大。
Zigbee网络可容纳多达65000个节点，网络中的任意节点之间都可进行数据通讯。
网络有星状、片状和网状网络结 构。
在有模块加入和撤出时，网络具有自动修复功能。
②网络时延短。
Zigbee的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。
相比较, 蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s。
③模块功耗低,通讯速率低。
模块最有较小的发送接收电流,支持多种睡眠模式,一个10AH的电池,在Zigbee水表中可使用8 年.Zigbee通讯速度最高可达250Kbps,适合用于设备间的数据通讯，不太适合用于声音、图像的传送。
④传输距离可扩展。
举例DIGI的XBEE增强型模块，相邻模块通讯距离可达1.6Km,有效距离范围内的模块自动组网,网络中的各节点可自由 通讯,这样传输距离得到了扩展。
⑤成本低。
Zigbee模块工作于2.4G全球免费频段,故只需要先期的模块费用,无需支付持续使用费用.若采用丰宝代理的DIGI公司的 Zigbee模块,则可无需再次开发,通过TTL的RX,TX便可进行数据发送接收,大量减少了产品开发周期,获得了更好的市场先机。
⑥可靠性好,安全性高。
Zigbee具有可靠的发送接收握手机制,可靠地保证了数据的发送接收,另Zigbee采用AES128位密钥,保证数 据发送的安全性。
市面上Zibee产品当前主要有三种：1.Zigbee模块,所有与Zigbee相关的设计都已经做好了,客户通过接口发送接收数据,并可使用模块多种附加功能,如远程的A/D,I /O自动监测功能,I/O输出功能等.使用这种产品的优势是:使用简单,开发周期短,已验证的应用协议使保证了通讯可靠性.如 DIGIXBEEmodule。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
与蜂共舞—ZigBee技术一瞥本文从ZigBee的发展历史入手，探讨了这种基于无线传感器技术的网络应用的协议栈、性能分析和各种应用领域，全面构建了完整的ZigBee技术应用与发展蓝图。
“ZigBee”是什么?从字面上猜像是一种蜜蜂。
因为“ZigBee”这个词由“Zig”和“Bee”两部分组成，“Zig”取自英文单词“zigzag”，意思是走“之”字形，“bee”英文是蜜蜂的意思，所以“ZigBee”就是跳着“之”字形舞的蜜蜂。
不过，ZigBee 并非是一种蜜蜂，事实上，它与蓝牙类似是一种新兴的短距离无线通信技术，国内也有人翻译成“紫蜂”。
下面就让我们一起进入这只蜜蜂的世界，与蜂共舞吧!这只蜜蜂的来头还是要从它的历史开始说起，早在上世纪末，就已经有人在考虑发展一种新的通信技术，用于传感控制应用(sensor and control)，这个想法后来在IEEE 802.15工作组当中提出来，于是就成立了TG4工作组，并且制定了规范IEEE 802.15.4。
但是IEEE 802的规范只专注于底层，要达到产品的互操作和兼容，还需要定义高层的规范，于是2002年ZigBee Alliance成立，正式有了“ZigBee”这个名词。
两年之后，ZigBee的第一个规范ZigBee V1.0诞生，但这个规范推出的比较仓促，存在一些错误，并不实用。
此后ZigBee Alliance又经过两年的努力，推出了新的规范ZigBee 2006，这是一个比较完善的规范。
据联盟最新的消息，今年年底将会发布更新版本的规范ZigBee 2007，这个版本增加了一些新的特性。
从ZigBee的发展历史可以看到，它和IEEE 802.15.4有着密切的关系，事实上ZigBee的底层技术就是基于IEEE 802.15.4的，因此有一种说法认为ZigBee和IEEE 802.15.4是同一个东西，或者说“ZigBee”只是IEEE 802.15.4的名字而已，其实这是一种误解。
实际上ZigBee和IEEE 802.15.4的关系，有点类似于WiMAX和IEEE 802.16，Wi-Fi和IEEE 802.11，Bluetooth和IEEE 802.15.1。
“ZigBee”可以看作是一个商标，也可以看作是一种技术，当把它看作一种技术的时候，它表示一种高层的技术，而物理层和MAC层直接引用IEEE 802.15.4。
事物是不断的发展变化的，尤其是通信技术，可以想象将来的ZigBee可能不会使用IEEE 802.15.4定义的底层，就跟蓝牙(Bluetooth)宣布下一代底层采用UWB技术一样，但是“ZigBee”这个商标以及高层的技术还会继续保留。
ZigBee协议栈速读我们无法预料将来ZigBee会基于怎样的底层技术，只好从它现在的底层——IEEE 802.15.4开始了解，IEEE 802.15.4包括物理层和MAC层两部分。
ZigBee工作在三种频带上，分别是用于欧洲的868MHz频带，用于美国的915MHz频带，以及全球通用的2.4GHz频带，但这三个频带的物理层并不相同，它们各自的信道带宽分别是0.6MHz, 2MHz和5MHz，分别有1个，10个和16个信道。
不同频带的扩频和调制方式也有所区别，虽然都使用了直接序列扩频(DSSS)的方式，但从比特到码片的变换方式有比较大的差别;调制方面都使用了调相技术，但868MHz和915MHz频段采用的是BPSK，而2.4GHz频段采用的是OQPSK。
我们可以以2.4GHz频段为例看看发射机基带部分的框图(如图1)，可以看到物理层部分非常简单，而IEEE 802.15.4芯片的低价格正是得益于底层的简单性。
可能我们会担心它的性能，但我们可以再看看它和Bluetooth/IEEE 802.15.1以及WiFi/IEEE 802.11的性能比较(如图2)，在同样比特信噪比的情况下，IEEE 802.15.4要优于其他两者。
直接序列扩频技术具有一定的抗干扰效果，同时在其他条件相同情况下传输距离要大于跳频技术。
在发射功率为0dBm的情况下，Bluetooth通常能有10m作用范围，而基于IEEE 802.15.4的ZigBee在室内通常能达到30~50m作用距离，在室外如果障碍物较少，甚至可以达到100m作用距离;同时调相技术的误码性能要优于调频和调幅技术。
因此综合起来，IEEE 802.15.4具有性能比较好的物理层。
另一方面，我们可以看到IEEE 802.15.4的数据速率并不高，对于2.4GHz频段只有250kb/s，而868MHz频段只有20kb/s，915MHz频段只有40kb/s。
因此我们完全可以把它归为低速率的短距离无线通信技术。
图1 IEEE 802。
15.4 物理层2.4GHz频段发射机基带框图图2 几种无线通信技术性能比较物理层的上面是MAC层，它的核心是信道接入技术，包括时分复用GTS技术和随机接入信道技术CSMA/CA。
不过ZigBee实际上并没有对时分复用GTS技术进行相关的支持，因此我们可以暂不考虑它，而专注于CSMA/CA。
ZigBee/IEEE 802.15.4的网络所有节点都工作在同一个信道上，因此如果邻近的节点同时发送数据就有可能发生冲突。
为此MAC层采用了CSMA/CA的技术，简单来说，就是节点在发送数据之前先监听信道，如果信道空闲则可以发送数据，否则就要进行随机的退避，即延迟一段随机时间，然后再进行监听，这个退避的时间是指数增长的，但有一个最大值，即如果上一次退避之后再次监听信道忙，则退避时间要增倍，这样做的原因是如果多次监听信道都忙，有可能表明信道上的数据量大，因此让节点等待更多的时间，避免繁忙的监听。
通过这种信道接入技术，所有节点竞争共享同一个信道。
在MAC层当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”的格式，在超帧的开始发送信标帧，里面含有一些时序以及网络的信息，紧接着是竞争接入时期，在这段时间内各节点以竞争方式接入信道，再后面是非竞争接入时期，节点采用时分复用的方式接入信道，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，在信标模式当中由于有了周期性的信标，整个网络的所有节点都能进行同步，但这种同步网络的规模不会很大。
实际上，在ZigBee当中用得更多的可能是非信标模式。
MAC层往上就属于ZigBee真正定义的部分了，我们可以参看一下ZigBee的协议栈(图3)。
底层技术，包括物理层和MAC层由IEEE 802.15.4制定，而高层的网络层、应用支持子层(APS)、应用框架(AF)、ZigBee设备对象(ZDO)和安全组件(SSP)，均由ZigBee Alliance所制定。
图3 ZigBee协议栈这些部分当中最下面的是网络层。
和其他技术一样，ZigBee网络层的主要功能是路由，路由算法是它的核心。
目前ZigBee网络层主要支持两种路由算法—树路由和网状网路由。
树路由采用一种特殊的算法，具体可以参考ZigBee的协议栈规范。
它把整个网络看作是以协调器为根的一棵树，因为整个网络是由协调器所建立的，而协调器的子节点可以是路由器或者是末端节点，路由器的子节点也可以是路由器或者末端节点，而末端节点没有子节点，相当于树的叶子。
这种结构又好像蜂群的结构，协调器相当于蜂后，是唯一的，而路由器相当于雄蜂，数目不多，末端节点则相当于数量最多的工蜂。
其实有很多地方仔细一想，就可以发现ZigBee和蜂群的许多暗合之处。
树路由利用了一种特殊的地址分配算法，使用四个参数—深度、最大深度、最大子节点数和最大子路由器数来计算新节点的地址，于是寻址的时候根据地址就能计算出路径，而路由只有两个方向—向子节点发送或者向父节点发送。
树状路由不需要路由表，节省存储资源，但缺点是很不灵活，浪费了大量的地址空间，并且路由效率低，因此常常作为最后的路由方法，或者干脆不用。
ZigBee 当中还有一种路由方法是网状网路由，这种方法实际上是AODV路由算法的一个简化版本，非常适合于低成本的无线自组织网络的路由。
它可以用于较大规模的网络，需要节点维护一个路由表，耗费一定的存储资源，但往往能达到最优的路由效率，而且使用灵活。
除了这两种路由方法，ZigBee当中还可以进行邻居表路由，其实邻居表可以看作是特殊的路由表，只不过只需要一跳就可以发送到目的节点。
网络层的上面是应用层，包括了APS、AF和ZDO几部分，主要规定了一些和应用相关的功能，包括端点(endpoint)的规定，还有绑定(binding)、服务发现和设备发现等等。
其中端点是应用对象存在的地方，ZigBee允许多个应用同时位于一个节点上，例如一个节点具有控制灯光的功能，又具有感应温度的功能，又具有收发文本消息的功能，这种设计有利于复杂ZigBee设备的出现。
而绑定是用于把两个“互补的”应用联系在一起，如开关应用和灯的应用。
更通俗的理解，“绑定”可以说是通信的一方了解另一方的通信信息的方法，比如开关需要控制“灯”，但它一开始并不知道“灯”这个应用所在的设备地址，也不知道其端点号，于是它可以广播一个消息，当“灯”接收到之后给出响应，于是开关就可以记录下“灯”的通信信息，以后就可以根据记录的通信信息去直接发送控制信息了。
服务发现和设备发现是应用层需要提供的，ZigBee定义了几种描述符，对设备以及提供的服务可以进行描述，于是可以通过这些描述符来寻找合适的服务或者设备。
ZigBee还提供了安全组件，采用了AES128的算法对网络层和应用层的数据进行加密保护，另外还规定了信任中心(trust center)的角色—全网有一个信任中心，用于管理密钥和管理设备，可以执行设置的安全策略。
ZigBee性能分析上面对ZigBee协议栈作了一些介绍，要知道ZigBee能胜任什么工作，还需要作进一步的分析，主要有几个方面：数据速率、可靠性、时延、能耗特性、组网和路由。
ZigBee的数据速率比较低，在2.4GHz的频段也只有250kb/s，而且这只是链路上的速率，除掉帧头开销、信道竞争、应答和重传，真正能被应用所利用的速率可能不足100kb/s，并且这余下的速率也可能要被邻近多个节点和同一个节点的多个应用所瓜分。
所以我们不能奢望ZigBee去做一些如传输视频之类的高难度的事情，起码目前是这样，而应该聚焦于一些低速率的应用，比如人们早就给它找好的一个应用领域—传感和控制。
至于可靠性，ZigBee有很多方面进行保证，首先是物理层采用了扩频技术，能够在一定程度上抵抗干扰，而MAC层和应用层(APS部分)有应答重传功能，另外MAC 层的CSMA机制使节点发送之前先监听信道，也可以起到避开干扰的作用，网络层采用了网状网的组网方式(图4)，从源节点到达目的节点可以有多条路径，路径的冗余加强了网络的健壮性，如果原先的路径出现了问题，比如受到干扰，或者其中一个中间节点出现故障，ZigBee可以进行路由修复，另选一条合适的路径来保持通信(图5、图6)。