第6章Zigbee网络技术.
zigbee课程设计
zig bee课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解ZigBee技术的基本概念，包括其起源、特点和应用领域。
2. 学生能够掌握ZigBee网络的体系结构，了解其物理层、媒体访问控制层和网络层的工作原理。
3. 学生能够了解ZigBee协议栈的组成及其在无线传感器网络中的应用。
技能目标：1. 学生能够运用ZigBee模块进行基本的无线通信编程，实现数据发送和接收。
2. 学生能够设计并实现一个小型的ZigBee无线传感器网络系统，进行数据采集和监控。
3. 学生能够通过实验和项目实践，掌握ZigBee网络的配置、调试和维护方法。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到ZigBee技术在物联网和智能生活领域的广泛应用，增强对物联网技术的兴趣和热情。
2. 学生能够在学习过程中培养团队合作意识，提高沟通与协作能力。
3. 学生能够养成积极探索、动手实践的学习习惯，培养创新思维和问题解决能力。
课程性质：本课程为信息技术课程，旨在让学生了解和掌握ZigBee技术的基本原理和应用，培养实际操作能力和创新意识。
学生特点：学生为初中生，具备一定的信息技术基础，对新鲜事物充满好奇心，喜欢动手实践。
教学要求：结合课程性质和学生特点，教学过程中应注重理论与实践相结合，鼓励学生动手实践，培养其解决问题的能力。
同时，注重培养学生的团队合作意识和创新思维。
通过分解课程目标为具体学习成果，为教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 引入ZigBee技术：介绍ZigBee的起源、发展历程、特点及其在物联网中的应用。
- 教材章节：第一章 ZigBee概述- 内容：ZigBee的发展背景、关键技术、与其他无线通信技术的对比。
2. ZigBee网络体系结构：讲解ZigBee物理层、媒体访问控制层、网络层的工作原理。
- 教材章节：第二章 ZigBee网络体系结构- 内容：各层的作用、协议栈结构、ZigBee设备类型。
3. ZigBee协议栈与应用：介绍ZigBee协议栈的组成，及其在无线传感器网络中的应用。
ZigBee(紫蜂)技术讲解
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
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。
Zigbee技术
WiFi的技术优势
覆盖范围 传输速率 组网方式
半径100m
IEEE802.11b:11Mb/s IEEE802.11a/g:54Mb/s
设置WiFi无线路由器，组网方便
无线网络标准的比较
提纲
1
无线传感网络概述
2
Zigbee协议
3
Z-Stack协议栈
4
Zigbee测试
ZigBee概述
ZigBee是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据率、 低成本的双向无线通讯技术，是一组基于IEEE 802.15.4无线 标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术。
➢产生应用数据单元； ➢绑定及绑定服务； ➢AIB管理； ➢安全管理；
ZigBee网络设备类型
网络协调器：包含所有的网络消息，是3种设备类型中最复杂的一种，存储 容量最大、计算能力最强。发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、 存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信息。 全功能设备（FFD）：可以担任网络协调者，形成网络，让其他的FFD或是 精简功能装置（RFD）连结，FFD具备控制器的功能，可提供信息双向传输。
UWB
调制方式 传输距离 传输速率 UWB技术标准 工作频段
MB-OFDM 10~20m <1Gbit/s IEEE 802.15.4a 3.1GHz和10.6GHz之间
Zigbee
什么是Zigbee技术？ “Zig”的英文含义是“之字形” “Zag”的含义是“急转, 急变” “Zigzag”的含义是“之字形跳变”
zigbee无线网络技术总结六室2010712中科院微电子研究所提纲无线传感网络概述1zigbee协议2zstack协议栈3zigbee测试4无线传感网络概述无线传感器网络wirelesssensornetwork综合了微电子技术嵌入式计算技术现代网络及无线通信技术分布式信息处理技术等先进技术能够协同地实时监测感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息并对其进行处理处理后的信息通过无线方式发送并以自组多跳的网络方式传送给观察者
《Zigbee技术》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
ZigBee技术特点
(6) 安全: ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数
据包完整性检查功能,支持鉴权和认证， 采用 了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确 定其安全属性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
应用实例
现已广泛应用于物联网产业链中的M2M行业, 如智能电网、智能交通、智能 家居、金融、移动POS终端、供应链自动化、工业自动化、智能建筑、消 防、公共安全、环境保护、气象、数字化医疗、遥感勘测、农业、林业、 水务、煤矿、石化等领域。
ZigBee技术特点
(2)成本低: ZigBee模块的初始成本在6美元左右，估计很快就能
降到1.5—2.5美元, 并且ZigBee协议是免专利费的。 低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。
ZigBee技术特点
(3) 时延短: 通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短, 典型的
搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms, 活动设 备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于 对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。
分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输 速率, 它的传输距离在10-75m的范围内,但可以继续 增加。
ZigBee技术特点
(1)低功耗: 由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且
采用了休眠模式, 功耗低,因此ZigBee设备非常省电。 据估算, ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长 达6个月到2年左右的使用时间,这是其它无线设备望 尘莫及的。
ZigBee技术的定义
简单的说, ZigBee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。 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网络层
在 ZigBee网络层中，采用的是分布式地址分配机 制。即每个父设备(只能是ZC 或ZR)拥有一个有限 的网络地址段，并可以从这些地址段中选择一些地 址分配给其子设备。
网络的最大深度（nwkMaxDepth）Lm、每个父设 备能最多连接子设备的数目（nwkMaxChildren） Cm、每个路由器能最多连接子路由器的数目 （nwkMaxRouters）Rm。
只有协调器节点和路由器节点才允许其他设备加入网络而在子设备加入网络过程中潜在父设备必须处于允许加入网络的过程中
ZigBee技术概述 ZigBee网络层分析 ZigBee网络层设计的实现
2
ZigBee技术是一种新兴的近距离、低复杂度、低 功耗、低数据速率(小于250kbit／s)、低成本、 工作2．4GHz和868／928MHz的无线网络技术。
12
ZigBee 网络层路由功能主要包括记录最佳有效路由、 维护路由表、为上层初始化路由选择以及 路由修复。其中路由选择是根据路由成本进行度 量,路由成本为组成路由的多跳链路成本之和。
13
⒋ 树状层次路由算法
假设一个路由器向网络地址为D的目的地址发送数据 包，路由器的网络地址为A，网络深度为d。路由器 将首先通过表达式：A ＜ D＜ A + Cskip( d-1 )
用途：智能家庭、工业控制、自动抄表、医疗监 护等。
特点：数据传输速率低、功耗低、成本低、网络 容量大 、时延短、有效范围小、安全等。
3
网络层（NWK）是位于MAC层与应用层（APL） 之间的一个协议层。
网络层的任务是通过正确操作MAC层提供的功能 来向应用层提供合适的服务接口。为了与应用层 交互，网络层逻辑上包含两个服务实体:数据服务 实体(NLDE)和管理服务实体（NLME）。
zigbee技术
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)。
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。 而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个 基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个 紫蜂网络 “基站”却不到1000元人民币。
ZigBee技术特点
ZigBee技术特点
（1）低功耗。ZigBee网络结点设备工作周期较短、收 发信息功率低，降低帧开销以及实行严格的功率管理 机制来降低设备的功耗，并且采用了休眠模式。 （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。
《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。
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技术简介
Zigbee技术简介Zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。
它此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。
它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。
这些传感器只需要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。
最后，这些数据就可以进入计算机用于分析或者被另外一种无线技术如WiMax收集。
Zigbee的基础是IEEE802.15.4这是IEEE无线个人区域网(Personal Area Network，PAN)工作组的一项标准，被称作IEEE802.15.4(Zigbee)技术标准。
Zigbee不仅只是802.15.4的名字。
IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟对其网络层协议和API进行了标准化(如下图2所示)。
完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点的4K字节或者作为Hub或路由器的协调器的32K字节。
每个协调器可连接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目则没有限制。
Zigbee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。
Zigbee技术的主要特点包括以下几个部分:*数据传输速率低:一般在10kbps～250kbps，传输速率低，专注于低传输应用;*功耗低: 工作状态下平局功耗在几十毫瓦，休眠状态1μw。
在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月到2年，免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。
这也是Zigbee的支持者所一直引以为豪的独特优势;*成本低:因为Zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。
且Zigbee协议免收专利费。
*时延短:通常时延都在15毫秒至30毫秒之间;*安全:Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同时可以灵活确定其安全属性;*网络容量大:每个Zigbee网络最多可支持255个设备（最大节点数达6万以上），也就是说，每个Zigbee设备可以与另外254台设备相连接;*优良的网络拓扑能力:ZigBee具有星、树和丛网络结构的能力。
ZigBee网络
ZigBee网络技术及其应用。
随着物联网的不断发展，越来越多的智能设备开始进入人们的生活中，这些设备需要实现相互之间的联网，实现智能化的功能。
而一个联网的基础，就是搭建一个可靠的网络。
ZigBee网络技术，就是一种针对物联网设备而设计的网络技术。
它采用低功耗、短距离的无线通信方式，可以支持数百个设备的连接。
在无线传输距离、能耗和传输容量方面都有着非常出色的表现。
ZigBee网络技术与传统无线技术不同，它采用短距离无线通信，和蓝牙有一些相似的地方。
但是与蓝牙技术基本不同的是，ZigBee采用了自组织的网络结构，属于一种无中心式网络结构，可以自动地对成员节点进行管理和控制，从而降低了各个节点之间的耦合性。
在组网方面，ZigBee网络通常采用网格型的结构，每个节点可以和周围的其他节点进行连接，形成一个自组织的网状网络。
这种网状结构，大大增强了网络的容错性、可扩展性和灵活性，在数据传输和设备控制方面也有着较好的表现。
在使用方面，ZigBee网络具备极低的功耗和较长的续航时间，对于需要长时间运行的设备来说，这种低功耗的特性非常重要。
它可以采用内置电池，不需要定期更换电池，同时也可以采用一些无源能源来为设备供电，如太阳能、风能、压电能等。
在物联网的应用中，ZigBee网络技术得到了广泛的应用，如智能家居、能源管理、医疗监控、智能交通等领域，在各个领域都具备着不同的特点和应用场景，下面我们详细介绍几个典型的应用场景。
1. 智能家居智能家居是物联网应用中的一个重要领域，解决了人们生活中繁琐的家务问题，ZigBee网络技术在智能家居中的应用也得到了广泛的探讨和应用。
智能家居主要包括家庭能源管理、智能安防、智能家居控制等功能，通过ZigBee网络技术可以实现家电、灯光、窗户、门锁等知名设备的远程控制，使得家居智能化程度得到了极大的提升。
2. 能源管理能源管理主要解决的问题是如何对能源进行高效的管理和利用，降低能源的浪费。
《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
基于ZigBee的短距离无线通信网络技术
基于ZigBee的短距离无线通信网络技术随着无线通信技术的快速发展，短距离无线通信网络已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。
ZigBee是一种具有低功耗、低速率、短距离传输和低成本等特点的无线通信网络技术，在物联网应用领域得到了广泛的应用。
一、ZigBee技术的基本原理ZigBee技术是一种基于IEEE 802.15.4标准的无线通信技术，它的通信机制是采用短距离、低速率、低功耗的方式进行通信。
该技术主要依靠两种设备来工作：一个是协调器（Coordinator），另一个是设备（Device）。
协调器是整个ZigBee网络的中心节点，它负责网络的配置、管理和控制。
而设备则是协调器的从属节点，它们的功能是根据协调器的指示进行传输和处理。
ZigBee技术实现了多层协议，包括物理层、媒体访问控制层（MAC）、网络层和应用层。
其中，物理层主要负责无线信号的发送和接收，而MAC层则主要负责网络访问和帧格式的定义。
网络层主要负责地址管理和路由选择，应用层则主要负责数据处理和应用程序的开发。
基于这些协议层，ZigBee技术可以实现网络的构建、节点之间的通信和数据传输。
二、ZigBee技术的应用场景ZigBee技术在物联网应用领域有着广泛的应用，以下是几种常见的应用场景：1.智能家居：通过ZigBee技术可以实现家居智能控制，如智能灯、智能插座、智能门锁等。
居民可以通过手机或智能终端来控制家居电器，实现远程控制。
2.工业控制：ZigBee技术可以应用于工业自动化控制领域，如无线传感器网络（WSN），通过无线传感器网络实现对工业自动化系统的远程监测和控制，提高生产效率。
3.智能交通：ZigBee技术可以应用于智能交通领域，如智能车道、智能停车场等。
通过ZigBee技术可以实现车辆之间的交通信息分享和车辆自动控制，提高道路安全和路况畅通性。
三、ZigBee技术的优点和不足优点：1.低功耗：ZigBee技术采用了低功耗的方式进行通信，节点可以长时间运行，同时也可以减少电池更换的频率。
Zigbee技术
34 Chap6 协议结构
1.查找网络协调器。首先会主动扫描查找周围网络的协调器，如果在扫描期 限内检测到信标，那么将获得了协调器的有关信息，这时就向协调器发出连 接请求。在选择合适的网络之后，上层将请求mac层对物理层和mac层的 phyCurrentChannel、macPANID等PIB属性进行相应的设置。如果没有检测到， 间隔一段时间后，节点重新发起扫描。 2.发送关联请求命令（Associate request command）。节点将关联请求命令 发送给协调器，协调器收到后立即回复一个确认帧（ACK），同时向它的上 层发送连接指示原语，表示已经收到节点的连接请求。但是这并不意味着已 经建立连接，只表示协调器已经收到节点的连接请求。当协调器的mac层的 上层接收到连接指示原语后，将根据自己的资源情况（存储空间和能量）决 定是否同意此节点的加入请求，然后给节点的mac层发送响应。
10 Chap3 技术特点
2. 低成本
由于ZigBee模块的复杂度不高，ZigBee协议免专利费，再加之使用的 频段无需付费，所以它的成本较低。
市面上的zigbee学习开发板大概是500-700人民币三个模块，其中 有带功放的，传输距离远一点，如果需要LCD显示器的话可能会贵一点， 价格会在两千左右（三四个节点），但这是开发板，如果自 己焊制、生产一个Zigbee节点其成本远远低于以上的价格，批量生产 的话应该可以控制在50元人民币左右成都无限龙公司和蜂舞Zigbee公 司是市场上的主力军，除了提供开发套件，还承接Zigbee项目。
MAC协议包括以下功能：
设备间无线链路的建立、维护和结束； 确认模式的帧传送与接收；
LLC子层的主要功能包括： 传输可靠性保障和控制；
信道接入控制； 帧校验； 预留时隙管理；
《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技术简介
ZigBee无线通讯技术介绍一、ZigBee技术的起源ZigBee是一种新兴的近距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线传感器网络的新技术,它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。
主要用于近距离无线连接，面向无线传感和工业控制应用领域。
它依据802.15.4标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。
这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高。
ZigBee一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时，通过跳ZigZag形舞蹈来告知同伴，达到交换信息的目的。
可以说是一种小的动物通过简捷的方式实现“无线”的沟通。
人们借此称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术，亦包含此寓意。
一般而言,随着通信距离的增大,设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。
相对于现有的各种无线通信技术,ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术。
ZigBee联盟成立于2001年8月，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等四大公司加盟ZigBee联盟，这一事件成为ZigBee技术的里程碑。
到目前为止，加盟ZigBee 联盟的不仅仅只有当初的四大公司，而是涵盖了IT领域以及其它行业的150多家企业。
ZigBee是一组基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的、有关组网、安全和应用软件方面的技术，IEEE 802.15.4仅处理MAC层和物理层协议，ZigBee 联盟对其网络层协议和API进行了标准化。
ZigBee是由ZigBee Alliance所主导的标准，定义了网络层（Network Layer）、安全层（Security Layer）、应用层（Application Layer）、以及各种应用产品的资料（Profile）；而由国际电子电机工程协会（IEEE）所制订的802.15.4标准，则是定义了物理层（PHY Layer）及媒体存取层（Media Access ControlLayer；MAC Layer）二、技术特点：★功耗低ZigBee 技术采用了多种节电的工作模式，在休眠状态下耗电量仅仅只有1μW，通信距离短的情况下工作状态的耗电为30mW，在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上；★通信可靠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；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；★网络的自组织、自愈能力强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，并确定连接关系，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地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作；★成本低设备的复杂程度低，且ZigBee协议是免专利费的，这些可以有效地降低设备成本；ZigBee 的工作频段为免执照频段的2.4GHz，是免使用费的无线通信信道；★网络容量大每个ZigBee网络最多可支持65000个节点，也就是说每个ZigBee节点可以与数万节点相连接。
《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。
zigbee网络原理与应用
zigbee网络原理与应用Zigbee是一种低功耗无线通信技术，主要用于物联网应用中的传感器网络。
它采用了低功耗、低数据速率和短距离通信的特点，可用于各种家庭自动化、工业控制和医疗监测等领域。
Zigbee网络具有以下几个核心原理：1. 网络拓扑结构：Zigbee网络采用了星型、树型或网状的拓扑结构。
其中，星型拓扑结构是最简单的，所有节点都直接连接到协调器。
树型拓扑结构则是基于星型拓扑的扩展，形成多层次的网络结构。
而网状拓扑结构可以让节点之间通过中继器相互连接，提高网络的稳定性和可靠性。
2. 路由协议：Zigbee网络使用了AODV（Ad-hoc On-demand Distance Vector）路由协议。
该协议采用基于需求的路由发现机制，只在需要传输数据时才进行路由发现和维护，从而降低网络的能耗。
3. 能耗管理：在Zigbee网络中，节点处于睡眠状态时能耗极低，只有当网络中有数据需要传输时才会被唤醒。
此外，节点之间的通信主要依靠广播和短距离传输，也减少了能耗。
Zigbee网络的应用非常广泛，包括但不限于以下几个方面：1. 家庭自动化：Zigbee可以将各种智能设备连接到一个家庭网络中，实现智能家居控制。
例如，可以通过手机控制灯光、温度、门锁等设备，提高家居的安全性和舒适性。
2. 工业控制：Zigbee可以用于工业领域中的传感器网络，实时监测和控制生产过程。
例如，可以监测温度、湿度、压力等参数，并控制机器的运行状态，实现精确的工业自动化控制。
3. 物流和仓储管理：Zigbee可以用于物流和仓储领域中的物品追踪和管理。
例如，可以在物品上安装Zigbee节点，通过网络实时监测物品的位置和状态，提高物流运输的效率和可追溯性。
4. 医疗监测：Zigbee可以用于医疗领域中的远程监护和患者健康管理。
例如，可以将各种健康传感器连接到一个Zigbee网络中，实时监测患者的心率、血压、血糖等指标，并将数据传输给医生或云端平台，实现远程监护和健康管理。
ZigBee技术概述
1．ZigBee技术概述ZigBee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术，其物理层和数据链路层协议为IEEE 802.15.4协议标准，网络层和安全层由ZigBee联盟制定，应用层的开发应用根据用户的应用需要，对其进行开发利用，因此该技术能够为用户提供机动、灵活的组网方式。
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据不同，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（indus- trial，scientific and medical，ISM）频段，该频段为免付费、免申请的无线电频段，在该频段上，数据传输速率为250Kb／s；另外两个频段为915／868MHz，其相应的信道个数分别为10个和1个，传输速率分别为40Kb ／s和ZOKb／s，868MHz和915MHz无线电使用直接序列扩频技术和二进制相移键控（BPSK）调制技术。
2.4GHz无线电使用DSSS和偏移正交相移键控（O－QPSK）。
在组网性能上，ZigBee可以构造为星形网络或者点对点对等网络，在每一个ZigBee组成的无线网络中，连接地址码分为16b短地址或者64b长地址，可容纳的最大设备个数分别为216和264个，具有较大的网络容量。
在无线通信技术上，采用CSMA－CA方式，有效地避免了无线电载波之间的冲突，此外，为保证传输数据的可靠性，建立了完整的应答通信协议。
ZigBee设备为低功耗设备，其发射输出为0～3.6dBm，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，设备可以自动调整设备的发射功率，在保证通信链路质量的条件下，最小地消耗设备能量。
为保证ZigBee设备之间通信数据的安全保密性，ZigBee技术采用了密钥长度为128位的加密算法，对所传输的数据信息进行加密处理。
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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
多址访问和冲突避免(CSMA/CA)的数据传输方法，并与确
认和数据检验等措施相结合，可保证数据的可靠传输。同 时为了提高灵活性和支持在资源匮乏的MCU上运行，
Zigbee支持三种安全模式。最高级安全模式采用属于高级
加密标准(AES)的对称密码和公开密钥，可以大大提高数据 传输的安全性。
9 5. 时延短
物理层、MAC层、网络层和应用层。Zigbee网络协议架构 分层如图6-1所示。
11
图6-1 Zigbee网络协议架构分层
12 Zigbee的最低两层即物理层和MAC层，使用
IEEE802.15.4协议标准；而网络层和应用层由Zigbee联盟指
定。每一层向它的上层提供数据或管理服务。Zigbee的应 用层由应用支持子层(APS)、Zigbee设备对象(ZDO)和制造
1
第6章 Zigbee网络技术
6.1 Zigbee技术概述
6.2 应用系统组成
6.3 网络拓扑和协议栈结构
6.4 应用简介
小结
2 本章目标
理解Zigbee技术的特点。
掌握Zigbee应用系统的组成。 掌握Zigbee网络拓扑和协议栈结构。
了解Zigbee技术的应用。
3 学习导航
4
6.1 Zigbee技术概述
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，
数据、间歇性数据和低反应时间数据)的应用。
Zigbee的基础是IEEE802.15.4，但是Zigbee并不等于 IEEE802.15.4。由于IEEE仅处理低级的MAC层和物理层协
议，因此Zigbee联盟对网络层协议和应用层进行了标准化
设定。
6 6.1.2 特点
Zigbee可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)
CC2430/CC2431是Chipcon公司(已被TI收购)推出的用
来实现嵌入式Zigbee应用的片上系统。它支持2.4GHz IEEE802.15.4/Zigbee协议，是世界上首个单芯片Zigbee解决
方案。CC2430/CC2431片上系统家族包括三个不同产品：
CC2430-F32、CC2430-F64和CC2430-F128，它们的区别在 于内置闪存的容量不同，以及针对不同 IEEE802.15.4/Zigbee，应用的成本不同。
路以及21个可编程I/O引脚。CC2430/CC2431芯片具有以下 特点：
16 高性能、低功耗的8051微控制器内核。
极高的灵敏度及抗干扰能力。
强大的DMA功能。 只需极少的外接元件。
电流消耗小(当微控制器内核运行在32 MHz时，RX为
27 mA，TX为25 mA)。 硬件支持避免冲突的载波侦听多路访问。
15 CC2430/CC2431在单个芯片上整合了Zigbee射频前端、
内存和微控制器。它内置1个8位8051内核，具有
32/64/128KB可编程闪存和8KB的RAM，还包含模拟数字转 换器ADC、定时器、AES128协同处理器、看门狗定时器、
32 kHz晶振休眠模式定时器、上电复位电路和掉电检测电
3. 大容量 Zigbee设备既可以使用64位IEEE地址，也可以使用指
配的16位短地址。在一个单独的Zigbee网络内，可以容纳
最多216个设备。
8 4. 可靠
由于无线通信是共享信道的，因而面临着众多有线网
络所没有的干扰和安全威胁。Zigbee在物理层和MAC层采 用IEEE802.15.4协议，使用带时隙或不带时隙的载波检测
无线传感器网络是集信息采集、信息传输、信息处理 于一体的综合智能信息系统，具有低成本、低功耗、低数
据速率、自组织网络等特点。Zigbee技术是为低速率传感
器和控制网络设计的标准无线网络协议栈，是适合无线传 感器网络的标准。
5 6.1度、低功耗、低成本的
双向无线通信技术，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(包括典型的周期性
商定义的应用对象组成。
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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。
14 6.2.1 常见的Zigbee芯片
目前最常见的Zigbee芯片为CC243X系列、CC253X系
列和MC1322X系列。下面分别介绍三种系列芯片的特点。 1. CC243X系列
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
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。
和915MHz(美国流行)三个频段上，分别具有最高250 kb/s、 20 kb/s和40 kb/s的传输速率，它的传输距离在10～75 m范
围内。Zigbee作为一种无线通信技术具有以下特点。
1. 低功耗 低功耗是Zigbee重要的特点之一。一般的Zigbee芯片有
多种电源管理模式，这些管理模式可以有效地对节点的工