ZIGBEE无线传感网络ppt课件
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无线传感器网络PPT课件
• 数据链路层（MAC层协议）
信号的传输要靠信道，因此信道也就成为了一种宝贵的资源。 怎样合理有效的分配信道，就是数据链路层中的MAC子层要解 决的问题了
第6页/共36页
网络层（路由）
• 网络层（路由）
两个基本功能：确定最佳路径和通过网络传输信息 1 泛洪式路由 2 SPIN（SPIN是一组基于协商并且具有能量自适应功能的协 议） 3 LEACH（LEACH是一种分层网络协议，它以循环的方式随机选择簇首节
三、无线传感器网络关键技 术
第11页/共36页
3.1 无线传感器网络MAC协议
• 所谓的MAC协议，就是通过一组规则和过程来更有效、有序和公平地使用共享介质。它实现两大基本功能 目标：在密集散布的传感器现场能够有助于建立起一个基本网络基础设施所需的数据通信链路；协调共享 介质的访问
第12页/共36页
第21页/共36页
管理平台
• 管理平台对整个网络进行检测、管理，它通常为运行有网络管理软件的PC机或者手持终端设备
第22页/共36页
4、2无线传感器网络硬件平台
• 目前传感器节点种类繁多，很多科研机构都开放自己的硬件平台，但是这些硬件平台之间主要区别在于所 采用的处理器、无线通信方式、传感器配置不同。下面具体介绍几家公司的硬件平台。
•
第3页/共36页
图1 无线传感器网络体系结构图
第4页/共36页
无线传感器通信协议系统结构
• 物理层技术 为数据流传输所需的物理连接的建立、维护和释放提供的机械的、电气的、功能和规程性的模块就叫做
物理层 在物理层面上，无线传感器网络遵从的主要是标准（Zigbee）
第5页/共36页
数据链路层（MAC层协议）
• Intel 公司的intel mote2 • Chipcon 公司的cc2420ZDK • Ember公司的em250 Development kit • Freescale公司的 mc13191 • 中科院的minigains系列
信号的传输要靠信道，因此信道也就成为了一种宝贵的资源。 怎样合理有效的分配信道，就是数据链路层中的MAC子层要解 决的问题了
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网络层（路由）
• 网络层（路由）
两个基本功能：确定最佳路径和通过网络传输信息 1 泛洪式路由 2 SPIN（SPIN是一组基于协商并且具有能量自适应功能的协 议） 3 LEACH（LEACH是一种分层网络协议，它以循环的方式随机选择簇首节
三、无线传感器网络关键技 术
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3.1 无线传感器网络MAC协议
• 所谓的MAC协议，就是通过一组规则和过程来更有效、有序和公平地使用共享介质。它实现两大基本功能 目标：在密集散布的传感器现场能够有助于建立起一个基本网络基础设施所需的数据通信链路；协调共享 介质的访问
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管理平台
• 管理平台对整个网络进行检测、管理，它通常为运行有网络管理软件的PC机或者手持终端设备
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4、2无线传感器网络硬件平台
• 目前传感器节点种类繁多，很多科研机构都开放自己的硬件平台，但是这些硬件平台之间主要区别在于所 采用的处理器、无线通信方式、传感器配置不同。下面具体介绍几家公司的硬件平台。
•
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图1 无线传感器网络体系结构图
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无线传感器通信协议系统结构
• 物理层技术 为数据流传输所需的物理连接的建立、维护和释放提供的机械的、电气的、功能和规程性的模块就叫做
物理层 在物理层面上，无线传感器网络遵从的主要是标准（Zigbee）
第5页/共36页
数据链路层（MAC层协议）
• Intel 公司的intel mote2 • Chipcon 公司的cc2420ZDK • Ember公司的em250 Development kit • Freescale公司的 mc13191 • 中科院的minigains系列
无线传感器网络第5章传感器网络应用开发基础ppt课件
17
Z-Stack协议栈
Z-Stack网络地址分配
每个ZigBee设备加入网络时，从其父设备那里获得一 个网络地址（短地址）
MAX_DEPTH网络的最大深度，协调器深度为 0。 MAX_CHILDREN路由器或协调器节点最大个数。 MAX_ROUTER决定路由器或协调器可以处理的具有路
由功能的子节点的最大个数，是MAX_CHILDREN 的 一个子集，终端节点使用MAX_CHILDREN – MAX_ROUTER剩下的地址空间。
配置好PAN_ID，信道、并使用Coordination、Router和 EndDevice编译工程，将可执行文件烧写到传感器板和网 关节点板进行测试，通过串口或者PC端程序查看信息。
26
第1节 ZigBee协议栈原理
本节学习要求
了解ZigBee技术的产生与发展 初步理解ZigBee协议栈原理及技术体系 理解ZigBee网络的拓扑结构、地址类型 理解Z-Stack网络地址分配策略及网络配置方法 学会使用Z-Stack协议栈构建ZigBee网络
5.1.1 ZigBee概述
ZigBee技术发展历程 ZigBee的前身是1998年由INTEL、IBM等产业巨头发起的
“HomeRFLite”技术。
2000年12月成立了工作小组起草IEEE 802.15.4标准。
Zigbee联盟成立于2001年8月。2002年下半年，英国英维 思公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰 飞利浦半导体公司四大巨头共同宣布加盟“Zigbee联盟” ，以研发名为“Zigbee”的下一代无线通信标准，这一事 件成为该项技术发展过程中的里程碑。
10
ZigBee技术体系
ZigBee路由器（Router） 它执行的功能包括允许其它设备加入这个网络，
Z-Stack协议栈
Z-Stack网络地址分配
每个ZigBee设备加入网络时，从其父设备那里获得一 个网络地址（短地址）
MAX_DEPTH网络的最大深度，协调器深度为 0。 MAX_CHILDREN路由器或协调器节点最大个数。 MAX_ROUTER决定路由器或协调器可以处理的具有路
由功能的子节点的最大个数，是MAX_CHILDREN 的 一个子集，终端节点使用MAX_CHILDREN – MAX_ROUTER剩下的地址空间。
配置好PAN_ID，信道、并使用Coordination、Router和 EndDevice编译工程，将可执行文件烧写到传感器板和网 关节点板进行测试，通过串口或者PC端程序查看信息。
26
第1节 ZigBee协议栈原理
本节学习要求
了解ZigBee技术的产生与发展 初步理解ZigBee协议栈原理及技术体系 理解ZigBee网络的拓扑结构、地址类型 理解Z-Stack网络地址分配策略及网络配置方法 学会使用Z-Stack协议栈构建ZigBee网络
5.1.1 ZigBee概述
ZigBee技术发展历程 ZigBee的前身是1998年由INTEL、IBM等产业巨头发起的
“HomeRFLite”技术。
2000年12月成立了工作小组起草IEEE 802.15.4标准。
Zigbee联盟成立于2001年8月。2002年下半年，英国英维 思公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰 飞利浦半导体公司四大巨头共同宣布加盟“Zigbee联盟” ，以研发名为“Zigbee”的下一代无线通信标准，这一事 件成为该项技术发展过程中的里程碑。
10
ZigBee技术体系
ZigBee路由器（Router） 它执行的功能包括允许其它设备加入这个网络，
无线传感器网络技术原理及应用-ppt课件-第9章
评估 IEEE802.11 设备及网络的性能测量、性能指标及测试过程的推荐方法，大写 字母 T 表示推荐而不是技术标准
修正物理层和 MAC 层，提供一个通用及标准的方法与非 IEEE802.11 网络(如蓝牙、 WIMAX)共同工作
扩大了网络吞吐量，减少冲突，提高网络管理的可靠性 扩展了 IEEE802.11 对数据帧的管理和保护以提高网络安全
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
7
由于802.11在速率和传输距离上都不能满足需要， 1999年，IEEE小组又相继推出两个补充版本：802.11a和 802.11b。802.11a定义了一个在5GHz的ISM频段上，数据传 输速率可达到54Mbit/s的物理层；802.11b定义了一个在 2.4GHz的ISM频段上，但数据传输速率高达11Mbit/s的物理 层，成为第一个在WIFI标准下将产品推向市场的标准。 1999年，工业界成立了WIFI联盟，致力解决符合802.11标 准的产品的生产和设备兼容性问题。2003年6月，IEEE 802.11g规范正式批准，物理层速率提高到54 Mb/s，并提高 了与IEEE802.11b设备在2.4GHz ISM频段的公用能力。
WIFI全称为Wireless Fidelity，又称IEEE802.11b标准， 它的最大优点就是传输速度较高，可以达到11 Mb/s，另外 有效距离也较长，与已有的各种IEEE802.11DSSS设备兼容。 本章介绍WIFI技术的技术标准、组网方式及协议架构。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
修正物理层和 MAC 层，提供一个通用及标准的方法与非 IEEE802.11 网络(如蓝牙、 WIMAX)共同工作
扩大了网络吞吐量，减少冲突，提高网络管理的可靠性 扩展了 IEEE802.11 对数据帧的管理和保护以提高网络安全
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
7
由于802.11在速率和传输距离上都不能满足需要， 1999年，IEEE小组又相继推出两个补充版本：802.11a和 802.11b。802.11a定义了一个在5GHz的ISM频段上，数据传 输速率可达到54Mbit/s的物理层；802.11b定义了一个在 2.4GHz的ISM频段上，但数据传输速率高达11Mbit/s的物理 层，成为第一个在WIFI标准下将产品推向市场的标准。 1999年，工业界成立了WIFI联盟，致力解决符合802.11标 准的产品的生产和设备兼容性问题。2003年6月，IEEE 802.11g规范正式批准，物理层速率提高到54 Mb/s，并提高 了与IEEE802.11b设备在2.4GHz ISM频段的公用能力。
WIFI全称为Wireless Fidelity，又称IEEE802.11b标准， 它的最大优点就是传输速度较高，可以达到11 Mb/s，另外 有效距离也较长，与已有的各种IEEE802.11DSSS设备兼容。 本章介绍WIFI技术的技术标准、组网方式及协议架构。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
无线传感器网络技术原理及应用第6章ppt课件
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
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3. MC1322X系列 MC13224是MC1322X系列的典型代表，是飞思卡尔公 司研发的第三代Zigbee解决方案。它集成了完整低功耗 2.4GHz无线电收发器，基于32位ARM7核的MCU，是高密 度低元件数IEEE802.15.4综合解决方案，能实现点对点连 接和完整的Zigbee网状网络。 MC13224支持国际802.15.4标准以及ZigBee、 ZigBeePRO和ZigBeeRF4CE标准，提供了优秀的接收器灵 敏度和健壮的抗干扰性，具有多种供电模式，以及一套常 用的外设集(包括2个高速UART、12位ADC和64个通用 GPIO、4个定时器、I2C等)。
20
2) 时钟和电源管理 数字内核和外设由一个1.8V低差稳压器供电。另外， CC253X系列芯片包括一个电源管理功能，可以实现使用不 同供电模式，用于延长电池的寿命，有利于低功耗运行。 3) 外设 CC253X系列芯片有许多不同的外设，允许应用程序设 计者开发先进的应用。这些外设包括调试接口、I/O控制器、 两个8位的定时器、一个16位的定时器、一个MAC定时器、 ADC和AES协处理器、看门狗电路、两个串口和USB(仅限 于CC2531)。
12
6.2 应用系统组成
Zigbee是一种短距离的无线通信技术，其应用系统由 硬件和软件组成。本节将详细讲解比较常见的Zigbee芯片 及Zigbee协议栈。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
《Zigbee技术》课件
《Zigbee技术》PPT课件
Zigbee技术是一种低功耗、低成本、短距离无线通信技术，广泛应用于物联网 领域。了解Zigbee技术的基本概念和应用场景是进一步学习和掌握该技术的关 键。
什么是Zigbee
Zigbee是一种面向小范围、低速率的无线网络通信技术。它基于IEEE 802.15.4标准，采用低功耗、低 数据传输率和短距离通信的方式，适用于智能家居、工业控制、传感器网络等领域。
Zigbee协议栈分为应用层、网络层、MAC层 和物理层，每一层都有具体的功能和协议， 实现高效的数据传输和网络管理。
Zigbee协议的各层功能
应用层负责应用程序的交互，网络层处理路 由和信道管理，MAC层进行低功耗通信控制， 物理层负责信号调制和解调。
Zigbee芯片
• Zigbee芯片的分类包括片上系统（SoC）和模块化芯片 • 常用的Zigbee芯片厂家有Texas Instruments、NXP Semiconductors和
Zigbee未来的发展
• 成立于2002年的Zigbee联盟致力于推动Zigbee技术的发展和标准化 • Zigbee的未来趋势包括更广泛的应用领域、更高的性能、更强的兼容性和更丰富的生态系统
Zigbee与其他无线技术的对比
Zigbee与Wi-Fi、蓝牙和Z-wave的区别
Zigbee、Wi-Fi、蓝牙和Z-wave等无线技术各有特 点，适用于不同的应用场景，比如Zigbee适合物 联网、Wi-Fi适合高速数据传输。
Zigbee的优点和劣势
Zigbee的优点包括低功耗、可靠性高、成本低等， 劣势包括数据传输速率相对较低和通信距离受 限。
Silicon Labs等
Zigbee应用
Zigbee在智能家居的应用
Zigbee技术是一种低功耗、低成本、短距离无线通信技术，广泛应用于物联网 领域。了解Zigbee技术的基本概念和应用场景是进一步学习和掌握该技术的关 键。
什么是Zigbee
Zigbee是一种面向小范围、低速率的无线网络通信技术。它基于IEEE 802.15.4标准，采用低功耗、低 数据传输率和短距离通信的方式，适用于智能家居、工业控制、传感器网络等领域。
Zigbee协议栈分为应用层、网络层、MAC层 和物理层，每一层都有具体的功能和协议， 实现高效的数据传输和网络管理。
Zigbee协议的各层功能
应用层负责应用程序的交互，网络层处理路 由和信道管理，MAC层进行低功耗通信控制， 物理层负责信号调制和解调。
Zigbee芯片
• Zigbee芯片的分类包括片上系统（SoC）和模块化芯片 • 常用的Zigbee芯片厂家有Texas Instruments、NXP Semiconductors和
Zigbee未来的发展
• 成立于2002年的Zigbee联盟致力于推动Zigbee技术的发展和标准化 • Zigbee的未来趋势包括更广泛的应用领域、更高的性能、更强的兼容性和更丰富的生态系统
Zigbee与其他无线技术的对比
Zigbee与Wi-Fi、蓝牙和Z-wave的区别
Zigbee、Wi-Fi、蓝牙和Z-wave等无线技术各有特 点，适用于不同的应用场景，比如Zigbee适合物 联网、Wi-Fi适合高速数据传输。
Zigbee的优点和劣势
Zigbee的优点包括低功耗、可靠性高、成本低等， 劣势包括数据传输速率相对较低和通信距离受 限。
Silicon Labs等
Zigbee应用
Zigbee在智能家居的应用
基于ZigBee技术的无线PPT
03
2. 集中管理
通过中央控制器或智能终端，实 现对家庭设备的集中管理和控制
。
02
1. 无线连接
通过无线通信技术，实现家庭设 备的互联互通，无需布线，方便
安装和使用。
04
3. 智能控制
根据用户需求和环境变化，自动 调整设备的工作状态，实现智能
化管理。
基于Zigbee技术的无线智能家居系统架构
Zigbee技术
基于Zigbee技术的无线
• Zigbee技术简介 • Zigbee无线通信技术原理 • 基于Zigbee技术的无线传感器网络 • 基于Zigbee技术的无线控制系统
• 基于Zigbee技术的无线智能家居系 统
• 基于Zigbee技术的无线医疗系统
01
Zigbee技术简介
Zigbee技术的定义
05 便携式设备
无线医疗系统是指利用无 线通信技术，实现医疗设 备、传感器和系统之间的 信息传输和数据交换，从 而为患者提供实时、远程 的医疗服务。
无需线缆连接，方便设备 移动和位置调整。
能够实时监测患者的生理 参数和健康状况。
实现远程诊断、治疗和健 康管理。
便于携带，适用于家庭、 医院和移动医疗应用。
02
Zigbee无线通信技术原理
Zigbee无线通信技术概述
Zigbee是一种基于IEEE 802.15.4标准的低速无线个域 网（WPAN）协议，用于短距 离、低功耗的无线通信。
它适用于各种应用，如智能家 居、工业自动化、环境监测等 领域。
Zigbee技术具有低成本、低功 耗、低复杂度等特点，可实现 多点对多点的无线通信。
康复治疗
在康复中心或医院中，通过无线 医疗系统对患者的康复情况进行 实时监测和记录，为医生提供科
《Zigbee技术》PPT课件
WiMax Zigbee
5
无线传感网络概述
Zigbee
精选ppt
6
近距离无线通信概述
1
Bluetooth
2
UWB
3
Zigbee
4
WiFi
精选ppt
7
Bluetooth
蓝牙的来历
英文：Bluetooth 代表一种短距离无线通信技术
“蓝牙”（Bluetooth）一词是一位丹麦国王的名字， 在10世纪他将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。
精选ppt
21
Zigbe精e选协pp议t 栈
22
Zigbee协议精选的pp体t 系结构
23
ZigBee物理层
物理层定义了物理无线信道与MAC层之间的接口，主要 是在硬件驱动程序的基础上，实现数据传输和物理信道的管 理，提供物理层数据服务和物理层管理服务。
➢数据的发送与接收
➢物理信道的能量检测(ED：Energy Detection)
精选ppt
16
WiFi
什么是WiFi？
全称Wireless Fidelity，又称802.11b标准
与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用 的短距离无线技术
主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域， 通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为 76米到122米，方便与现有的有线以太网络整合
➢射频收发器的激活与关闭
➢空闲信道评估(CCA：clear channel assessment)
➢链路质量指示(LQI：link quality indication)
➢物理层属性参数的获取与设置
精选ppt
24
Zigbee精Βιβλιοθήκη 选p理pt信道25Zigbee调制及扩频
《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。
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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 PPT课件
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。
(5)PAN内部标记子域的长度为l位，该位置1时，表示 该MAC帧在本身所属的PAN内传输，这时帧的地址域 中不包含源PAN标识符；为0时，表示该帧是传输到 另一个PAN，帧中必须包含源节点和目的节点的PAN 标识符。
帧首部—控制域
帧控制域结构
(6)目的地址模式子域的长度2位，它表示的意 义如下：
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.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
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
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。
(5)PAN内部标记子域的长度为l位，该位置1时，表示 该MAC帧在本身所属的PAN内传输，这时帧的地址域 中不包含源PAN标识符；为0时，表示该帧是传输到 另一个PAN，帧中必须包含源节点和目的节点的PAN 标识符。
帧首部—控制域
帧控制域结构
(6)目的地址模式子域的长度2位，它表示的意 义如下：
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.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
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
Zigbee无线通讯网路简介.ppt
• 此類感測器多為微小及便宜的裝置，因而可大量放置於環境中形成一個無線 感測器網路(wireless sensor network)以便進行監控任務，其放置的密度端看 所需的應用為何，可大可小。
• 由於感測器網路的節點個數從數百至數十萬皆有可能，使得網路的管理非常 困難，每個sensor都是獨立的個體，形成一個複雜的分散式環境(distributed environment)，加上sensor的電池可能無法置換，因此能量控制(energy control)幾乎是所有sensor設計及網路管理首要考慮的重點。
2400.0
• 2.4GHz波段為全球統一,及無需申請之全球通用ISM頻段,有助於 zigbee的推廣以及降低成本
• 2.4G實體層之特性:
• 250Kbps之ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ料傳輸數率,提高資料傳輸量以及降低傳輸延遲,因而更 加省電
• 在實體層中存在有資料服務存取點和實體層管理實體服務的存取點。
• 透過這兩個服務存取點來提供如下服務：
ZigBee應用支援層(APS)概念
• 應用支援層提供了這樣的介面：在網路層和應用層之間，從ZigBee裝 置物件到製造商的應用物件的通用服務集。
• 該服務由兩個實體來實現：
– 應用支援資料實體(APSDE) • APSDE透過APSDE服務存取點(APSDE-SAP)
– 應用支援管理實體(APSME) • APSME透過APSME服務存取點(APSME-SAP)
環境應用 – sensor network也能在環境上大量應用。 – 例如： • 將數百個sensor佈署於森林中，以對任何火災地點的判定提供最快的 訊息。 • sensor network能提供遭受化學污染的位置及檢定出何種化學污染，不 需要人親自冒險進入受污染區。 • 水災判定。 • 監測空氣污染、水污染及土壤污染。
精品课件-无线传感器网络-第11章 ZigBee协议
第11章 ZigBee协议
11.4.5 网络层服务 网络层同物理层和MAC层一样提供两类服务：数据服务和管 理服务。网络层数据实体NLDE负责数据传输，通过NLDE的服务 接入点SAP实现。网络层管理实体NLME负责管理任务。 11.4.6 网络层分组结构 网络层分组结构通常由网络层首部和网络层有效载荷组成。 尽管不是所有的分组都包含地址和序列号，但网络层分组首部 还是按照固定顺序出现。下面首先介绍网络层通用分组结构， 然后介绍数据分组结构和命令分组结构。 1．通用分组结构 网络层通用分组结构和通用分组中控制字段的结构如图，各 字段简单介绍如下： (1) 帧控制字段为16位，包含所定义的分组类型及其他控制
第11章 ZigBee协议
MAC协议还规定了网络通过信标来指定网络是否需要同步， 如果网络需要同步，则在超帧结构的第一个时隙发送用来同步 的信标帧；如果不需要同步，则禁止发送信标帧。除此之外， 信标帧还能够用来标识网络的ID号。在自组织网络中，信标还 用来实现节点定位、邻居发现等功能。
第11章 ZigBee协议
PAN ID字段：长度为1个比特位，表示将该MAC帧在个域网内 部传输，还是传输到个域网外。
预留位字段：长度为3个比特位，为扩展后续功能保留。 目的地址模式和源地址模式字段：长度均为2个比特位，其
第11章 ZigBee协议
(2) 序列号字段。 MAC层帧的序列号字段为8个比特位，是该层帧的唯一序列标 识符。 (3) 目的PAN标识符字段。 目的PAN标识符字段为16个比特位，描述了接收该帧的唯一 PAN标识符。PAN标识符为0xFFFF表示以广播方式传输，对当前 侦听该信道的所有PAN设备都有效。 (4) 目的地址字段。 目的地址字段为16或64个比特位，长度由帧控制字段中的目 的地址模式值限定，该地址为接收设备的地址。 (5) 源PAN标识符字段。 源PAN标识符字段为16个比特位，代表帧发送方的PAN标识符。 (6) 源地址字段。
ZigBee-网络层浅谈PPT课件
节点轮换——LEACH中利用簇头节点和汇聚节点通 信，但是簇头节点会消耗大量的能量，为了避免某
些节点过早的死亡，需要定期的更换簇头，以延长 整个网络的寿命。
2020/2/14
16
LEACH算法
网络生存期的周期分为两个阶段：簇的建立和稳定的 数据传输阶段，稳定传输阶段的持续时间要大于簇建 立所需要的时间。选定簇头后，簇头节点通过广播告 知整个网络自己成为簇头的事实，网络中的非簇头节 点根据接收信号的强度决定丛书的簇，并通知相关的 簇头，最后簇头节点采用TDMA的方式为簇中的每个 节点分配传输数据的时隙。
2020/2/14
5
节能
从以下各个方面考虑节能问题：
网络—— 路由算法 MAC—— 接入机制（CSMA/CA） 收发器——功率控制 其他—— 时间同步、节点定位等
2020/2/14
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节能
核心
网络层的研究重点：
பைடு நூலகம்
就是设计相对节能的路由机制以及确保可靠的数据 传输，从而延长网络的生存周期，以达到高效节能 的目的。
注：AODVjr需要更多的处理能力和存储空间
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拓扑分类
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通信机制
三步走：
组网
分簇
路由
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组建网络（第一步）
第一个进入PAN( Personal Area Network) 具有协调点能力且当前未加 入任一网络的节点可以发起建立ZigBee网络, 这个节点就是该网络的 PAN协调点。PAN协调点首先进行信道扫描, 选择一个未探测到网络的 空闲信道, 然后确定自己的16bit 网络地址、网络的PANID、网络的拓 扑参数等。当各项参数选定后, PAN协调点便可以接受其它节点为子节 点。
项目七 无线传感器网络设计PPT课件
7.3 Zigbee无线传感网络 硬件的设计
7.3.1 传感节点的设计 传感节点主要包括感知单元、控制单元、无线收发单元和电源管理单元4个部 分。
7.3 Zigbee无线传感网络 硬件的设计
7.3.1 传感节点的设计 1．感知单元 感知单元负责物理信号的提取。信号采集单元包括信号调理电路和模/数转换 模块。传感器输出的模拟信号需经信号调理才能符合模/数转换要求。
7.2 Zigbee无线传感网络 的安全
7.2.3 传感器网络的安全策略 4、拒绝服务攻击 安全策略：一些跳频和扩频技术可以用来减轻网络堵塞问题。恰当的认证可以 防止在网络中插入无用信息。然而，这些协议必须十分有效，否则它也可能用 来当做拒绝服务攻击的手段。
7.3 Zigbee无线传感网络 硬件的设计
7.3.2 网关和汇聚节点的设计 传感节点获取的信息数据经过汇聚节点融合、处理及打包后，由网关节点聚合， 根据不同的业务需求和接入网络环境，经由无线局域网接入点、有线以太网接 入点、2GHz公网接入点、3GHz公网、中高速网络等多类型的异构网络，最终 将信息数据传送到终端用户，实现针对zigbee无线传感器网络的远程监控。
7.4 Zigbee无线传感网络 软件的设计
7.4.1 软件架构
应用层 防入侵应用
环境监控
服务与中间件层
安全管理
群组管理体制
网络管理体制
信息管理
定位服务
时间同步服务
网络协议栈
基础软件层 传感器接口 设备驱动
软件运行库 通信接口
程序开发框架 虚拟机
设备管理 程序管理 资源管理 标志管理
7.4 Zigbee无线传感网络 软件的设计
7.2 Zigbee无线传感网络 的安全
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2005年国际电信联盟远程通信标准化组(ITU-T)在 《ITU Internet Reports 2005: The Internet of Things》中正式提出IOT的概念。2008年该组织 在《Ubiquitous Sensor Networks》中进一步提 出泛在传感器网络概念（广义传感网），并阐述为 通过传感器、执行器、RFID等对物理世界进行感知 和标识，然后依靠网络将信息进行传输和互联，再 进行信息处理和信息存储，最后实现具体应用。
汇聚节点
◦ 处理能力、存储能力和通信能力相对 较强，它连接传感器网络和外部网络 ，实现两种协议栈之间的通信协议转 换，同时发布管理节点的监测任务， 并把收集到的数据转发到外部网络上 。
管理节点
◦ 对传感器网络进行配置和管理，发布 监测任务以及收集监测数据。
传感器节点结构
传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和 能量供应模块四部分构成。
CPS
美国基金委员会近几年提出CPS(Cyber Physical Systems)研究计划， 该计划通过3C技术即计算 (Computation)、通信(Communication)和控制 (Control)的有机融合与深度协作，实现各种应用系 统的实时感知、动态控制和信息服务。
泛在传感网（USN）
无线传感器网络体系结构
无线传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点 和管理节点。
互联网和卫星
任务管理节点 用户
汇聚节点
E D
C
B A
监测区域
传感器节点
传感器节点
◦ 通常是一个微型的嵌入式系统，它的 处理能力、存储能力和通信能力相对 较弱。每个传感器节点兼顾传统网络 节点的终端和路由器双重功能。
2.1.1 从传感网到物联网
2.1.1.1 与无线传感器网络相关的几个概念 2.1.1.2 无线传感器网络概述 2.1.1.3 物联网概述
2.1.1.1 与无线传感器网络相关的几个概念
IOT
◦ （Internet of things）原始含义是物与物相联结的网络 。最早的IOT网络，实际上就是RFID网络，该概念最早来 自于美国麻省理工学院的Auto-ID中心研究人员。他们最 早提出将RFID与互联网相结合，实现在任何地点、任何时 间，对任何物品进行标识和管理。随之发展起来的如欧盟 的产品电子代码EPC服务于物流领域，主要目的在于增加 供应链的可视、可控性，偏重于对物品的识别及流动控制 和管理。
泛在网（Ubiquitous Networking）
又简称为U网络，指基于个人和社会的需求，利用 现有的网络技术和新的网络技术，实现人与人、人 与物、物与物之间按需进行的信息获取、传递、存 储、认知、决策、使用等服务，网络超强的环境感 知、内容感知及其智能性，为个人和社会提供泛在 的、无所不含的信息服务和应用。
WSN
与此同时，无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Networks）和M2M技术得到了飞速发展 。无线传感器网络源于美国军方对战场的监控与预 警系统的研究，后来逐步迁移到民用研究。无线传 感器网络主要侧重于对目标、环境和物体状态的监 测与控制。
M2M
最早来自于诺基亚，其含义有Machine-toMachine、Man-to-Machine，或者Machine-toMan等，其侧重点在于无线数据通信和信息技术的 无缝连接，从而实现在其基础上的无线业务流程的 自动化、集成化，并最终为用户创造增值服务。
传感网 物联网 泛在网
2.1.1 从传感网到物联网
2.1.1.1 与无线传感器网络相关的几个概念 2.1.1.2 无线传感器网络概述 2.1.1.3 物联网概述
2.1.1.2 无线传感网（wireless sensor networks ）概述
无线传感器网络是由部署在监测区域内部或附近的 大量廉价的、具有通信、感测及计算能力的微型传 感器节点通过自组织构成的“智能”测控网络。
物联网概念及相互系
通过条码与二维码、射频标签（RFID）、全球定位系统（GPS）、 红外感应器、激光扫描器、传感器网络等自动标识与信息传感设备 及系统，按照约定的通信协议，通过各种局域网、接入网、互联网 将物与物、人与物、人与人连接起来，进行信息交换与通信，以实 现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。
信号调制、无线收发
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
任 移务 能 动管 量 管理 管 理平 理 平台 平台 台
—— 改进的协议栈
依赖于数据传输通道， 同时为网络协议各层 提供信息支持
QoS（Quality of Service）服务质量-
队列管理、优先级机 制或带宽预留等机制
上层应用 时间同步 定位
传输控制 路由
数据链路 物理
QoS
拓 扑
能 量
/ 安网 全络 /管 移理 动
无线传感器网络的特点
1、 大规模网络 1）分布在很大的区域 2）节点部署很密集 2、 自组织性网络 传感器节点具有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑 控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多条无线网络系统。 3、 动态性网络 适应如下变化： 1）传感器节点出现故障或失效。 2）无线通信链路带宽变化，甚至时断时通。 3）传感器、感知对象、观察者这三要素可能具有移动性。 4）新节点的加入。 4、 可靠的网络 传感器网络的软硬件具有鲁棒性和容错性。 5、 以数据为中心的网络 传感器网络是任务型的网络。用户直接将所关心的事件通告给网 络，网络在获得指定事件的信息后回报给用户。 以数据本身作为查询或传输线索。
传感器模块
传感器
AC/DC
处理器模块
处理器 存储器
无线通信模块
网络
MAC
收发器
能量供应模块
传感器网络协议栈
平衡调度监测任务
—— 早期的协议栈
检测并注册传感器节点的移 动，维护到汇聚节点的路由
管理传感器节点 如何使用能源 一系列基于监测任 务的应用层软件
数据流的传输控制
路由生成、路由选择
数据成帧、帧检测、媒 体访问、差错控制
模块2：ZIGBEE技术及应用 2.1 ZIGBEE无线传感网络
2.1 ZIGBEE无线传感网络
2.1.1 从传感网到物联网 2.1.2 Zigbee无线传感器网络概述 2.1.3 Zigbee网络构成、特点及应用 2.1.4 IEEE802.15.4 ／zigBee无线传感器网络通
信标准 2.1.5 小结
汇聚节点
◦ 处理能力、存储能力和通信能力相对 较强，它连接传感器网络和外部网络 ，实现两种协议栈之间的通信协议转 换，同时发布管理节点的监测任务， 并把收集到的数据转发到外部网络上 。
管理节点
◦ 对传感器网络进行配置和管理，发布 监测任务以及收集监测数据。
传感器节点结构
传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和 能量供应模块四部分构成。
CPS
美国基金委员会近几年提出CPS(Cyber Physical Systems)研究计划， 该计划通过3C技术即计算 (Computation)、通信(Communication)和控制 (Control)的有机融合与深度协作，实现各种应用系 统的实时感知、动态控制和信息服务。
泛在传感网（USN）
无线传感器网络体系结构
无线传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点 和管理节点。
互联网和卫星
任务管理节点 用户
汇聚节点
E D
C
B A
监测区域
传感器节点
传感器节点
◦ 通常是一个微型的嵌入式系统，它的 处理能力、存储能力和通信能力相对 较弱。每个传感器节点兼顾传统网络 节点的终端和路由器双重功能。
2.1.1 从传感网到物联网
2.1.1.1 与无线传感器网络相关的几个概念 2.1.1.2 无线传感器网络概述 2.1.1.3 物联网概述
2.1.1.1 与无线传感器网络相关的几个概念
IOT
◦ （Internet of things）原始含义是物与物相联结的网络 。最早的IOT网络，实际上就是RFID网络，该概念最早来 自于美国麻省理工学院的Auto-ID中心研究人员。他们最 早提出将RFID与互联网相结合，实现在任何地点、任何时 间，对任何物品进行标识和管理。随之发展起来的如欧盟 的产品电子代码EPC服务于物流领域，主要目的在于增加 供应链的可视、可控性，偏重于对物品的识别及流动控制 和管理。
泛在网（Ubiquitous Networking）
又简称为U网络，指基于个人和社会的需求，利用 现有的网络技术和新的网络技术，实现人与人、人 与物、物与物之间按需进行的信息获取、传递、存 储、认知、决策、使用等服务，网络超强的环境感 知、内容感知及其智能性，为个人和社会提供泛在 的、无所不含的信息服务和应用。
WSN
与此同时，无线传感器网络WSN（Wireless Sensor Networks）和M2M技术得到了飞速发展 。无线传感器网络源于美国军方对战场的监控与预 警系统的研究，后来逐步迁移到民用研究。无线传 感器网络主要侧重于对目标、环境和物体状态的监 测与控制。
M2M
最早来自于诺基亚，其含义有Machine-toMachine、Man-to-Machine，或者Machine-toMan等，其侧重点在于无线数据通信和信息技术的 无缝连接，从而实现在其基础上的无线业务流程的 自动化、集成化，并最终为用户创造增值服务。
传感网 物联网 泛在网
2.1.1 从传感网到物联网
2.1.1.1 与无线传感器网络相关的几个概念 2.1.1.2 无线传感器网络概述 2.1.1.3 物联网概述
2.1.1.2 无线传感网（wireless sensor networks ）概述
无线传感器网络是由部署在监测区域内部或附近的 大量廉价的、具有通信、感测及计算能力的微型传 感器节点通过自组织构成的“智能”测控网络。
物联网概念及相互系
通过条码与二维码、射频标签（RFID）、全球定位系统（GPS）、 红外感应器、激光扫描器、传感器网络等自动标识与信息传感设备 及系统，按照约定的通信协议，通过各种局域网、接入网、互联网 将物与物、人与物、人与人连接起来，进行信息交换与通信，以实 现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。
信号调制、无线收发
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
任 移务 能 动管 量 管理 管 理平 理 平台 平台 台
—— 改进的协议栈
依赖于数据传输通道， 同时为网络协议各层 提供信息支持
QoS（Quality of Service）服务质量-
队列管理、优先级机 制或带宽预留等机制
上层应用 时间同步 定位
传输控制 路由
数据链路 物理
QoS
拓 扑
能 量
/ 安网 全络 /管 移理 动
无线传感器网络的特点
1、 大规模网络 1）分布在很大的区域 2）节点部署很密集 2、 自组织性网络 传感器节点具有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑 控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多条无线网络系统。 3、 动态性网络 适应如下变化： 1）传感器节点出现故障或失效。 2）无线通信链路带宽变化，甚至时断时通。 3）传感器、感知对象、观察者这三要素可能具有移动性。 4）新节点的加入。 4、 可靠的网络 传感器网络的软硬件具有鲁棒性和容错性。 5、 以数据为中心的网络 传感器网络是任务型的网络。用户直接将所关心的事件通告给网 络，网络在获得指定事件的信息后回报给用户。 以数据本身作为查询或传输线索。
传感器模块
传感器
AC/DC
处理器模块
处理器 存储器
无线通信模块
网络
MAC
收发器
能量供应模块
传感器网络协议栈
平衡调度监测任务
—— 早期的协议栈
检测并注册传感器节点的移 动，维护到汇聚节点的路由
管理传感器节点 如何使用能源 一系列基于监测任 务的应用层软件
数据流的传输控制
路由生成、路由选择
数据成帧、帧检测、媒 体访问、差错控制
模块2：ZIGBEE技术及应用 2.1 ZIGBEE无线传感网络
2.1 ZIGBEE无线传感网络
2.1.1 从传感网到物联网 2.1.2 Zigbee无线传感器网络概述 2.1.3 Zigbee网络构成、特点及应用 2.1.4 IEEE802.15.4 ／zigBee无线传感器网络通
信标准 2.1.5 小结