ZigBee知识介绍及网络节点的设计
ZigBee基础知识
ZigBee基础知识一、ZigBee特点ZigBee技术就是一种新兴得短距离、低功耗、低成本、低数据传输率得无线通信技术。
它得主要特点如下:1)低功耗:在低功耗待机模式下,两节普通5号干电池可使用6~24个月。
2)低速率:数据传输速率只有10kb/s~ 250 kb/s,专注于低速数据传输应用。
3)低成本:因为ZigBee数据传输速率低,协议简单,降低了对通信控制器得要求,所以大大降低了成本。
4)短距离:传输距离一般介于10~100m之间,在增加RF发射功率后,亦可增加到1~3km。
这指得就是相邻节点间得距离,如果通过路由与节点间通信得接力,传输距离将可以更远。
5)短时延:Zigbee得响应速度较快,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。
6)容量大:Zigbee可采用星状、簇状与网状网络结构,一个主节点可管理254个子节点,同时主节点还可由上一层网络节点管理,这样可组成65000多个节点。
7)安全:ZigBee提供了数据完整性检查与鉴权功能,采用AES-128加密算法,各个应用可灵活确定其安全属性。
8)工作频段灵活:使用得频段分别为全球得2、4GHz ISM频段(16个信道)、欧洲得868MHz频段(1个信道),以及美国得915MHz频段(10个信道),均为免执照频段。
二、ZigBee工作频率表1 ZigBee工作频率表三、ZigBee得设备类型ZigBee网络支持两种功能类型得网络节点:全功能器件(Full FunctionDevice, FFD)与精简功能器件(Reduce Function Device,RFD)。
全功能器件拥有完整得协议功能,在网络中可以作为协调器(Coordinator),路由器(Router)与普通节点(Device);而精简功能器件旨在实现最简单得协议功能而设计,只能作为普通节点存在于网络中。
全功能器件可以与精简功能器件或其她得全功能器件通信,而精简功能器件只能与全功能器件通信,精简功能器件之间不能直接通信。
ZigBee网络基本知识
2010-05-05 09:25ZigBee网络基本知识接触ZB这么久了，现在才来记录下这些关于网络的基本知识，不禁觉得好笑，更可笑的是以前学习的是通信，居然对网络还这么陌生。
客观上说，这就是学校的差异；主观上说，还是自己没有真正学到东西，希望现在能补多少是多少吧。
下面内容是转载自阿元的博客的，觉得别人怎么就那么厉害呢？关键是学一点，记一点吧。
ZigBee的基础是IEEE802.15.4，这是IEEE无线个人区域网工作组的一项标准，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。
ZigBee联盟还开发了安全层。
point1->节点的类型在Zigbee网络中，节点分为三种类型：协调者、路由器和路由节点。
其中ZigBee 协调者（coord）为协调者节点，每各ZigBee网络必须有一个。
他的主要作用是初始化网络信息。
ZigBee 路由器（router）为路由节点，他的作用是提供路由信息。
ZigBee 终端节点（rfd为终端节点），它没有没有路由功能，完成的是整个网络的终端任务。
point2->层的概念在Zigbee中有几个层的概念是比较重要的。
ZigBee的体系结构由称为层的各模块组成。
每一层为其上层提供特定的服务：即由数据服务实体提供数据传输服务；管理实体提供所有的其他管理服务。
每个服务实体通过相应的服务接入点(SAP)为其上层提供一个接口，每个服务接入点通过服务原语来完成所对应的功能。
（1）物理层（PHY）物理层定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。
物理层内容：1)ZigBee的激活；2)当前信道的能量检测；3)接收链路服务质量信息；4)ZigBee 信道接入方式；5)信道频率选择；6)数据传输和接收。
Zigbee知识点
第一章Zigbee概述1、Zigbee就是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术,主要用于近距离无线连接。
2、Zigbee的特点就是功耗低、成本低、时延短、网络容量大、可靠安全。
3、常见的Zigbee芯片有CC243X系列、MC1322X系列与CC253X系列。
4、常见的Zigbee协议栈有非开源(msstatePAN)协议栈、开源(freakz)协议栈与半开源(Zstack)协议栈。
5、Zigbee软件开发平台包括IAR、Zigbee Sniffer、物理地址修改软件以及其它辅助软件。
6、Zigbee硬件开发平台采用Altium Designer进行设计。
7、简述Zigbee的定义。
答:Zigbee就是一种近距离、低复杂度、低功耗、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(包括典型的周期性数据、间歇性数据与低反应时间数据)的应用。
( Zigbee的基础就是IEEE802、15、4,但就是IEEE802、15、4仅处理低级的MAC(媒体接入控制协议)层与物理层协议,Zigbee联盟对网络层协议与应用层进行了标准化。
)8、简述无线传感器网络与Zigbee之间的关系。
答:从协议标准来讲:目前大多数无线传感器网络的物理层与MAC层都采用IEEE802、15、4协议标准。
IEEE802、15、4描述了低速率无线个人局域网的物理层与媒体接入控制协议(MAC层),属于IEEE802、15、4工作组。
而Zigbee技术就是基于IEEE802、15、4标准的无线技术。
从应用上来讲:Zigbee适用于通信数据量不大,数据传输速率相对较低,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、自组织与低功耗的特点。
9、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。
构建zigbee网络总结
构建 ZigBee 网络总结概述ZigBee 是一种基于 IEEE 802.15.4 标准的无线通信协议，旨在提供低功耗、低数据率的短距离无线通信解决方案。
ZigBee 网络由一个或多个 ZigBee 设备组成，这些设备通过 ZigBee 协调器进行协调和管理。
本文将探讨构建 ZigBee 网络的关键步骤和注意事项。
步骤一：选择合适的硬件设备构建 ZigBee 网络的第一步是选择合适的硬件设备。
ZigBee 网络的设备分为三类：协调器（Coordinator）、路由器（Router）和终端设备（End Device）。
协调器是网络的主节点，负责组织和管理整个网络。
路由器允许设备之间进行中继和转发数据。
终端设备是网络中的最终节点，负责与其他设备进行通信。
在选择硬件设备时，需要考虑以下因素： - 功耗：如果是低功耗应用，选择低功耗的设备非常重要。
- 通信范围：根据项目需求选择合适的通信范围。
- 可靠性：确保设备的稳定性和可靠性。
- 成本：根据项目预算选择合适的硬件设备。
步骤二：设计网络拓扑结构在ZigBee 网络中，网络拓扑结构的设计非常重要。
常见的拓扑结构包括星型、网状和链状。
不同的拓扑结构适用于不同的应用场景。
星型拓扑结构星型拓扑结构是最简单和最常见的ZigBee 网络拓扑结构。
在星型拓扑结构中，所有设备都通过协调器进行通信。
该拓扑结构适用于需要集中管理的应用，例如家庭自动化系统。
网状拓扑结构网状拓扑结构允许设备之间进行多跳通信，提供了更强大的网络覆盖能力。
在网状拓扑结构中，路由器负责转发数据，并确保数据能够可靠地从源设备传输到目标设备。
该拓扑结构适用于需要大范围通信的应用，例如智能城市和工业自动化系统。
链状拓扑结构链状拓扑结构是一种特殊的网状拓扑结构，它只允许设备之间进行单向通信。
链状拓扑结构适用于需要按序传输数据的应用，例如传感器网络。
在设计网络拓扑结构时，需要考虑以下因素： - 设备位置：根据设备的位置选择合适的拓扑结构。
基于ZigBee技术的无线传感器网络节点的设计.
0引言目前发展较成熟的几大无线通信技术，往往比较复杂，不但耗费较多资源，成本也较高，不适于短距离无线通信。
ZigBee 技术的出现就弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，大大减少资源的浪费，且有很大的发展前景。
ZigBee 技术是在IEEE 802.15.4协议标准的基础上扩展起来的，是一种短距离、低功耗、低传输速率的无线通信技术。
该技术主要针对低速率传感器网络而提出，能够满足小型化、低成本设备的无线联网要求，可广泛应用于工业、农业和日常生活中。
ZigBee 无线网络根据应用的需要可以组织成星型网络、网状网络和簇状网络三中拓扑结构。
ZigBee 网络有两种类型的多点接入机制。
在没有使能信标的网络中，只要信道是空闲的，任何时候都允许所有节点发送。
在使能信标的网络中，仅允许节点在预定义的时隙内进行发送。
协调器会定期以一个标知为信标帧的超级帧开始发送，并且希望网络中的所有节点与此帧同步。
在这个超级帧中为每个节点分配了一个特定的时隙，在该时隙内允许节点发送和接收数据。
超级帧可能还含有一个公共时隙，在此时隙内所有节点竞争接入信道。
1无线传感器网络节点硬件设计本文采用集成MCU+射频收发模块的SOC 设计方式，这种组合方式的兼容性与芯片之间的数据传输可靠性强，而且能实现节点的更微小化和极低的功耗。
1.1无线传感器网络节点组成无线传感器网络节点一般由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源管理模块组成，如图1所示。
数据采集单元用来采集区域的信息并完成数据转换，采集的信息包含温度、湿度、光强度、加速度及大气压力等；数据处理单元控制整个节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理和任务管理等；数据传输单元用于与其他节点进行无线通信、交换控制消息及收发采集数据；电源管理单元选通所用到的传感器。
1.2CC2430模块本文采用CC2430芯片为核心来设计传感器节点。
CC2430芯片是挪威Chipcon 公司推出的符合IEEE 802.15.4标准ZigBee 协议的Soc 解决方案。
Zigbee技术介绍知识讲解
7.2007年10月完成再次修订(称为ZigBee2007/PRO)。能够 兼容之前的ZigBee2006版本，并且加入了ZibgeePRO部分 ，此时ZigBee联盟更加专注于以下三个方面：
的频率，在 2.4G 的频段上 具有 16 个信道，带宽为 250K。
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二、Zigbee技术特性和性能分析
二、Zigbee 物理信道
• ZigBee 在 2.4G 的频段上具有 16 个信道，从
2.405GHz — 2.480GHz 间分布，信道间隔 是 5M， 具有很强的信道抗串扰能力。
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二、Zigbee技术特性和性能分析
4.2004年12月ZigBee1.0标准(又称为ZigBee2004) 敲定，这使得ZigBee有了自己的发展基本标准。
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一、Zigbee技术简介
三、Zigbee协议的发展历史
5.2005年9月公布ZigBee1.0标准并提供下载。在这一年 里，华为技术有限公司和IBM公司加入了ZigBee联盟。 但是基于该版本的应用很少，与后面的版本也不兼容。
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二、Zigbee技术特性和性能分析
一、ZigBee 频带和数据传输率
• ZigBee 无线可使用的频段有 3 个，分别是 2.4GHz 的 ISM 频
段、欧洲的 868MHz 频 段、以及美国的 915MHz 频段，而不 同频段可使用的信道分别是 16 、 1 、 10 个；
• ZigBee 在中国采用 2.4G 的 ISM 频段，是免申请和免使用费
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zigbee技术介绍
zigbee技术介绍ZigBee作为用于个人网络的短距离无线通信协议，已变得越来越知名。
Zigbee是一种适用于短距离无线通信的低成本，低功耗，低速的新技术，可以嵌入各种电子设备中。
该技术主要设计用于低速通信网络。
它的最大特点是低功耗和联网功能，尤其是具有路由功能的联网功能。
从理论上讲，ZigBee覆盖的通信领域可以无限扩展。
ZigBe包含3种节点类型，即：协调器，路由节点和终端节点。
●协调器——启动网络和维护网络●路由节点——转发数据包●终端节点——发送和接收数据。
在实际的Zigbee网络中，仅支持两种无线设备：全功能设备和简化功能设备。
FFD可以提供所有IEEE802.15.4协议服务，不仅可以发送和接收数据，还可以具有路由功能；最终节点负责收集数据，然后将其发送到协调点或路由节点进行处理。
这三种类型的节点使ZigBee支持三种网络拓扑：星形结构，树形结构和网状结构Zigbee协议无线通信技术的特点：●低速率：数据传输速率在10Kb/s〜250Kb/s之间●低功耗：在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可以使用6到24个月●成本低：Zigbee数据传输速率低，协议简单，大大降低了成本●网络容量大：网络可容纳65,000个设备●短延迟：典型的搜索设备延迟为30ms，睡眠激活延迟为15ms，活动设备通道访问延迟为15ms。
数据安全性：Zigbee提供数据完整性检查和声音功能，采用AES-128加密算法，并且每个应用程序都可以灵活确定其安全属性基于ZigBee技术的应用数字家庭ZigBee模块可以安装在电视，门禁系统，空调系统和其他家用电器中。
通过ZigBee终端设备，可以收集各种家庭信息并将其传输到中央控制设备，或者可以使用远程控制来实现远程控制的目的，从而提供家庭生活自动化，联网和智能化。
自动抄表读数通过ZigBee网络直接发送到提供天然气，水和电的公司。
利用ZigBee技术，天然气或水电公司可以直接向用户发送用水、用电、用气等信息，十分方便。
zigbee网络拓扑结构及节点设计
zigbee网络拓扑结构及节点设计作者：叶子2 1 引言基于zigbee技术的无线传感器网络适用于网点多、体积小、数据量小，传输可靠、低功耗等场合，在环境监测、无线抄表、智能小区、工业控制等领域已取得一席之地[1]。
同时，zigbee规范与协议日臻完善[2]。
从zigbee1.0、zigbee1.1到目前最新的zigbee2007/pro，zigbee协议规范的演进对硬件系统提出了更高的要求[3]。
2 设计要求2.1 zigbee网络结构从网络结构上看，zigbee网络有星形，树形，网状3种模式，按照网络节点功能划分可分为终端节点(ep)、路由器节点(rp)和协调器节点(cp)3种[2]。
其组织结构如图1示。
图1 zigbee网络拓扑结构其中，协调器节点负责发起并维护一个无线网络，识别网络中的设备加入网络;路由器节点支撑网络链路结构，完成数据包的转发;终端节点是网络的感知者和执行者，负责数据采集和可执行的网络动作[2]。
这就要求zigbee网络节点需扮演终端感知者、网络支持者、网络协调者3种角色。
从功能上，zigbee节点应由微控制器模块、存储器、无线收发模块、电源模块和其它外设功能模块组成。
其结构如图2所示。
图2 zigbee网络节点模块图其中，包括dma、usart模块、定时器模块、a/d模块在内的丰富的外设功能来满足网络对硬件资源的需求，存储器模块完成协议栈的存储与执行，cpu实现数据的运算与处理，mac定时器用于实现网络同步，使用aes技术对信息进行加密，无线模块完成收据的收发与信息帧控制。
2.2 zigbee网络节点设计要求(1)可供选择的无线频段。
无线频段的选择要兼具较高的传输速率和较好的绕射性能，同时要具备一定的抗干扰力。
2.4ghz频段是ieee 502.15.4定义的工作在ism频段的两个工作频段之一，有16个速率为250kb/s的信道。
(2)体积小，成本低，易于大规模布建。
zigbee技术较其它无线技术的优势在于自组网，这就需要布建大规模的网络节点，因此成本问题凸显出来，有资料显示：10$左右的zigbee网络节点有较高的性价比。
基于zigbee的无线传感器网络节点设计
传感器节点一般由数据采集单元、数据处理单元和数据传输单元以及电源管理单元等模块组成[5]。节点硬件结构由图2所示。微处理器ATmega128通过SPI总线和一些离散控制信号与RF收发芯片CC2430进行通信。
图2 传感器网络节点组成框图
CC2430外围电路。CC2430内部使用1.8V工作电压，适合于电池供电的设备，外部数字I/O接口使用3.3V电压，这样可以保持和 3.3V逻辑器件的兼容型。它在片上集成了一个自流稳压器，能够把3.3V电压转化成1.8V电压。这样对于只有3.3 V电源的设备，不需要额外的电压转换电路就能正常工作。图3 CC2430芯片外围电路
RF CC2430CC2430芯片[4]以强大的集成开发环境作为支持，内部线路的交互式调试以遵从IDE的IAR工业标准为支持，得到嵌人式机构很高的认可。它结合Chipcon公司全球先进的ZigBee协议栈、工具包和参考设计，展示了领先的ZigBee解决方案。其产品广泛应用于汽车、工控系统和无线传感器网络无线传感器网络等领域，同时也适用于ZigBee之外2. 4GHz频率的其他设备。
本文来源于与非网
基于zigbee的无线传感器网络节点设计
一、引言
ZigBeeZigBee[2]是一种基于 IEEE802.15.4规范的无线技术。它具有在802.15.4规范上创建的安全和应用层接口、工作于免授权的2.4GHz频段、以年计算的超低电池寿命、极大可伸缩的网络和星型网络拓扑（每个主设备可支持4万多个节点）等诸多优点，在国防军事、工业控制、消费性电子设备等领域有很大的发展空间 [3]。
二、硬件设计
1、芯片无线收发模块内部结构
CC2430芯片的内部结构。天线接收的射频信号经过低噪声放大器和I/Q下变频处理后，中频信号只有2MHz，此混合I/Q信号经过滤波、放大、AD变换、自动增益控制、数字解调和解扩，最终恢复出传输的正确数据。
zigbee相关知识点
Zigbee相关知识点介绍Zigbee是一种低功耗的、短距离通信协议，被广泛应用于物联网领域。
它基于IEEE 802.15.4标准，具有自组网、低功耗和安全性等特点。
本文将介绍Zigbee的相关知识点，让我们一起来了解一下吧！1. Zigbee网络拓扑结构Zigbee网络采用了星型、网状和混合型等多种拓扑结构。
其中，星型拓扑是最简单的一种，由一个集中器（Coordinator）和多个终端设备组成，所有通信都通过集中器进行。
网状拓扑则允许设备之间直接通信，具有更高的可靠性和扩展性。
混合型拓扑则是星型和网状拓扑的结合，能够满足不同应用场景的需求。
2. Zigbee通信协议栈Zigbee通信协议栈包括物理层、MAC层、网络层和应用层。
物理层负责无线信号的发送和接收，MAC层处理数据包的传输和接收，网络层负责路由和组网，应用层则定义了不同应用场景下的具体协议。
3. Zigbee设备类型Zigbee设备可以分为三类：协调器（Coordinator）、路由器（Router）和终端设备（End Device）。
协调器是网络的核心，负责管理整个网络；路由器负责中继数据包和扩展网络覆盖范围；终端设备是最简单的设备，通常用于传感器和执行器等简单应用中。
4. Zigbee网络组网过程Zigbee网络的组网过程包括设备加入网络、设备发现、设备配置和网络优化等步骤。
首先，设备通过协调器加入网络，然后进行设备发现，找到附近的邻居设备。
接下来，设备需要进行配置，包括分配独立的网络地址、选择频道和设置传输速率等。
最后，网络需要进行优化，包括路由表的维护和能量管理等。
5. Zigbee应用场景Zigbee在物联网领域有广泛的应用场景，如智能家居、工业自动化和智能农业等。
在智能家居中，Zigbee可用于智能灯光控制、智能门锁和温湿度传感器等。
在工业自动化中，Zigbee可用于无线传感器网络和远程监测等。
在智能农业中，Zigbee可用于土壤湿度监测和灌溉控制等。
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组网方案
Zigbee组网方案介绍Zigbee是一种低功耗、短距离、低速率的无线通信技术，常用于物联网应用。
Zigbee组网方案是指在Zigbee网络中，如何合理布局设备和搭建网络结构，以实现稳定的通信和高效的数据传输。
本文将介绍Zigbee组网的基本原理、网络拓扑结构以及常用的组网方案。
基本原理Zigbee使用IEEE 802.15.4无线通信标准，工作于2.4GHz频段。
它采用低功耗、低速率的通信方式，支持星型和网状拓扑结构，以及多种网络拓扑结构的组合。
Zigbee组网的基本原理是利用协调器（Coordinator）作为网络的核心，连接所有的设备，并管理网络的功能。
其他设备可以是从节点（End Device）或路由器（Router），将数据通过网络传输给协调器。
协调器负责设备的加入和离开、数据的传输和路由选择等功能。
从节点负责传感器数据的采集和发送，路由器则负责数据的中继和路由选择。
网络拓扑结构Zigbee网络支持多种网络拓扑结构的组合，常见的有星型和网状两种。
星型结构星型结构是最简单的网络拓扑结构，所有设备都直接连接到协调器。
这种结构下，数据传输的距离较近，通信效果稳定可靠。
然而，星型结构下的设备数量有限，且中心节点容易成为瓶颈。
星型结构星型结构网状结构网状结构是一种多对多的网络拓扑结构。
各个设备可通过路由器相互连接，数据可以从源设备通过多个中继节点传输到目标设备。
这种结构下，网络的扩展性较好，且传输距离也可以更远。
网状结构网状结构组网方案根据实际应用需求，选择合适的组网方案是关键。
下面介绍几种常用的Zigbee 组网方案。
单一网状结构在小型范围内，可使用单一网状结构。
所有设备通过路由器连接，数据可以从源设备直接传输到目标设备。
这种方案易于部署，但设备数量和覆盖范围有限。
多层级网状结构对于大范围的应用场景，可使用多层级网状结构。
将网络划分为多个区域，每个区域内有一个协调器和多个路由器。
协调器之间通过路由器连接，形成多层级的网状结构。
基于zigbee的无线网络协调器节点的设计
基于zigbee的无线网络协调器节点的设计ZigBee是一种由英特尔开发的低功耗无线网络技术，由英特尔支持的短距离、低速率的无线网络技术。
它使用节点网络结构，可以在低成本的情况下构建完整的低级别网络覆盖，无线局域网（WLAN）可以实现整合和控制多种网络节点。
一个zigBee网络中有一个或多个节点叫做协调器，它们负责维护和管理整个网络的共同状态和紧密维护节点的唯一性，以及确保节点可以安全地无线传输数据。
一. ZigBee协调器节点协调器节点是ZigBee网络中最重要的节点，其主要职责是管理网络中的所有节点，包括初始化、组织、维护和保护网络。
在协调器节点中，我们可以定义一些参数如网络ID，设置网络安全性等，这些参数必须经过协调器审批，才能让其他节点进入到ZigBee网络中。
此外，协调器节点也具有网络发现功能，可以支持ZigBee网络的数据传输，有效地改善ZigBee网络的安全性和稳定性。
二.协调器节点的设计1.络通信模块网络通信模块是协调器节点的核心组件，它的主要功能就是实现ZigBee网络中节点之间的网络通信和数据传输。
它可以根据需要采用多种通信技术，如UART、SPI、I2C和RS485等。
此外，它还具备一定的错误纠正功能，可以有效减少网络传输数据的错误率。
2.存模块内存模块主要负责存储协调器节点的网络参数和网络上传输的数据，它可以采用各种内存技术，如SRAM、SDRAM、Flash等。
它可以实现网络数据的长期存储，也可以帮助和支持协调器节点的网络参数的更新。
3.制器模块控制器模块是协调器节点的核心组件，它主要用于管理和控制其他模块的运行，实现网络参数设置、网络维护和网络加密等功能。
此外，它还可以用于完成协调器节点的配置管理。
4.源模块电源模块的目的是为协调器模块提供电源，它可以采用多种电源技术，如直流电源供电、可充电电池、太阳能电池等。
此外，它还可以用来检测电源的状态，以保证协调器模块的正常运行。
ZigBee知识介绍及网络节点的设计
（2）网络地址，长度为16位：用于本地网 络中的设备标识，在每个设备的短地址必 须唯一，当节点加入网络时有其父节点分 配并通过使用短地址进行通信。
网络数据传递机制 (2/3)
在802.15.4标准中,有三种不同的数据转移： A:从终端设备到协调器 B:从协调器到终端设备 C:在对等网络中从一方到另一方
实验步骤
• 1.在ZSensorMonitor中观察网络拓扑结构
实验步骤
• 2.在IAR软件中对开发板进行编程
实验步骤
３.物理地址烧写
• 退出IAR编译环境，对协调器和路由器分别进行物理地址 烧写
实验现象
• 先将协调器上电运行，用超级终端观察信息变化。
总结
在研究ZigBee协议栈的基础之上，进行组 网的研究。研究和分析主要包括以下几方 面内容： 研究并分析了ZigBee网络组网相关知识 CC2530芯片的研究 基于ZigBee协议栈的编程
硬件设计(2/3)
硬件组成概述 • 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组成。
硬件设计(3/3)
• 传感器节点实物图如下：
软件设计
• 通过组网研究，设计了一个树形网络，其流程图如下
上电运行
初始化
建立 网络
建立 失败
建立成功
LED闪烁4次 串口显示信息
监测 无线信
号 有节点加入
数据 接收完
毕 是
LED闪烁2次 串口显示信息
分配网络 地址
否
进入等待接受状 态
（a）协调器流程图
软件设计
（b）路由器流程图
ZigBee基础知识
ZigBee基础知识一、Z igBee特点ZigBee技术是一种新兴的短距离、低功耗、低成本、低数据传输率的无线通信技术。
它的主要特点如下：1）低功耗：在低功耗待机模式下，两节普通5号干电池可使用6~24个月。
2）低速率：数据传输速率只有10kb/s~ 250 kb/s,专注于低速数据传输应用。
3）低成本：因为ZigBee数据传输速率低，协议简单，降低了对通信控制器的要求，所以大大降低了成本。
4）短距离：传输距离一般介于10~100m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1~3km。
这指的是相邻节点间的距离，如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。
5）短时延：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。
6）容量大：Zigbee可采用星状、簇状和网状网络结构，一个主节点可管理254个子节点，同时主节点还可由上一层网络节点管理，这样可组成65000多个节点。
7）安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用AES-128加密算法，各个应用可灵活确定其安全属性。
8）工作频段灵活：使用的频段分别为全球的2.4GHz ISM频段（16个信道）、欧洲的868MHz频段（1个信道），以及美国的915MHz频段（10个信道），均为免执照频段。
二、ZigBee工作频率三、ZigBee的设备类型ZigBee网络支持两种功能类型的网络节点：全功能器件（Full Function Device, FFD)和精简功能器件(Reduce Function Device, RFD)。
全功能器件拥有完整的协议功能，在网络中可以作为协调器(Coordinator)，路由器(Router)和普通节点(Device);而精简功能器件旨在实现最简单的协议功能而设计,只能作为普通节点存在于网络中。
全功能器件可以与精简功能器件或其他的全功能器件通信, 而精简功能器件只能与全功能器件通信, 精简功能器件之间不能直接通信。
三种zigbee网络架构详解
三种zigbee网络架构详解zigbee作为一种短距离、低功耗、低数据传输速率的无线网络技术，它是介于无线标记技术和蓝牙之间的技术方案，在传感器网络等领域应用非常广泛，这得益于它强大的组网能力，可以形成星型、树型和网状网三种zigbee网络，可以根据实际项目需要来选择合适的zigbee网络结构，三种zigbee网络结构各有优势。
星形拓扑是最简单的一种拓扑形式，他包含一个Co-ordinator（协调者）节点和一系列的End Device（终端）节点。
每一个End Device 节点只能和Co-ordinator 节点进行通讯。
如果需要在两个End Device 节点之间进行通讯必须通过Co-ordinator 节点进行信息的转发。
这种拓扑形式的缺点是节点之间的数据路由只有唯一的一个路径。
Co-ordinator（协调者）有可能成为整个网络的瓶颈。
实现星形网络拓扑不需要使用zigbee 的网络层协议，因为本身IEEE 802.15.4的协议层就已经实现了星形拓扑形式，但是这需要开发者在应用层作更多的工作，包括自己处理信息的转发。
树形拓扑包括一个Co-ordinator（协调者）以及一系列的Router（路由器）和End Device （终端）节点。
Co-ordinator 连接一系列的Router 和End Device，他的子节点的Router 也可以连接一系列的Router 和End Device. 这样可以重复多个层级。
树形拓扑的结构如下图所示：需要注意的是：Co-ordinator 和Router 节点可以包含自己的子节点。
End Device 不能有自己的子节点。
有同一个父节点的节点之间称为兄弟节点有同一个祖父节点的节点之间称为堂兄弟节点树形拓扑中的通讯规则：。
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。
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硬件设计(2/3)
硬件组成概述 • 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组成。
硬件设计(3/3)
• 传感器节点实物图如下：
软件设计
• 通过组网研究，设计了一个树形网络，其流程图如下
上电运行
初始化
建立 网络
建立 失败
建立成功
LED闪烁4次 串口显示信息
监测 无线信
网络层数据服务
务
接入
提
供 者
网络层（NWK层）
管 理 平 台
MAC
NWK安全管理
NWK信息管理
路由管理
网络层管理
子层 管理
服务
接入
MAC子层数据服务接入
MAC子层管理服务接入
媒介层（MAC层）
PHY数据服务接入
PHY管理服务接入
2.4GHZ
物理层（PHY层）
868/915MHz
组网研究
• 网络设备类型 • 网络拓扑结构 • 网络数据传递机制 • 组网流程图
Bluetooth
GPRS/GSM
技术标准
IEEE802.15.4 IEEE802.11b IEEE802.15.1 1xRTT/CDMA
传输速率（ kbps）
连接设备数
20-250 65536
11000 32
1000-3000 7
64-128 1
功耗（mW） 1-3
100
1-100
1-100
覆盖范围（m ）
实验步骤
• 1.在ZSensorMonitor中观察网络拓扑结构
实验步骤
• 2.在IAR软件中对开发板进行编程
实验步骤
３.物理地址烧写
• 退出IAR编译环境，对协调器和路由器分别进行物理地址 烧写
实验现象
• 先将协调器上电运行，用超级终端观察信息变化。
总结
在研究ZigBee协议栈的基础之上，进行组 网的研究。研究和分析主要包括以下几方 面内容： 研究并分析了ZigBee网络组网相关知识 CC2530芯片的研究 基于ZigBee协议栈的编程
没 有
入网失败，作为冗余 节点进入休眠模式
系统设计
• 硬件设计 • 软件设计 （a）协调器设计 （b）路由器设计
硬件设计(1/3)
• 采用CC2530模块设计方案，片上集成高性能 8051内核、ADC、USART等，支持ZigBee协议
栈 。主要包括：2个SmartRF05EB评估板；5个
SmartRF05BB电池底板；1个CC2530USB Dongle接收器；7个2.4GHZ Antennas天线。 • 传感器节点定时发送温度，汇聚节点确保数据按 路由方式发送，汇聚节点通过RS232串口将信息 发送到PC机上，在ZSensorMonitor软件中显示网 络的拓扑结构和传感器采集的温度数据。
网络设备类型
• ZigBee网络中有三种设备类型：协调器、路由器以及终端节点。
终端设备 路由器 协调器
网络拓扑结构
• ZigBee网络中有三种类型的拓扑结构：星型、树型以及网型。
星型结构 路由器
树型结构 协调器
网型结构 终端设备
网络数据传递机制 (1/3)
• 在802.15.4标准中无线网络设备有两种类型 的地址：
网络数据传递机制 (3/3)
• ZigBee网络中的数据传输又分为三种类型： （1）直接数据传输：适用于所有的数据转移 （2）间接数据传输：仅适用于从协调器到终端设备
的数据转移
（3）有保证时隙(GTS)数据传输：仅适用于终端设 备与协调器之间的数据转移
注：传输数据到终端设备和从终端设备传输数据的 确切机制随着网络类型的不同而不同。
答辩单位：河北大学
ZigBee知识介绍及网络 节点的设计
ZigBee发展历程
2001年8月,ZigBee Alliance(联盟)成立； 2004年12月,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华为公司加入； 2006年,推出ZigBee 2006,比较完善； 2007年底,ZigBee PRO推出 。
组网流程图
节点从休眠模式醒来
扫描信道主动方式
是 收到信标帧
否 扫描信道 （能量检测） 并建立网络
接受加入网络请求
短地址空间判断 满
未 满
分配短地址
无短地址空间加入 新子节点失败
发送入网响应 成功允许子节点加入网络
监听信标帧 选择父节点加入网
络
有
发送入网请求
收到请求响应 是
成功加入网络
否
未申请的父节点
（1）IEEE地址，长度为64位（24+40）： 由IEEE组织分配，用于唯一的设备标识。
（2）网络地址，长度为16位：用于本地网 络中的设备标识，在每个设备的短地址必 须唯一，当节点加入网络时有其父节点分 配并通过使用短地址进行通信。
网络数据传递机制 (2/3)
在802.15.4标准中,有三种不同的数据转移： A:从终端设备到协调器 B:从协调器到终端设备 C:在对等网络中从一方到另一方
应用领域
• 智能家居
应用领域
• 物资跟踪
引言
•
无线传感器网络由部署在监测区域内大量的传感器节点组成，并
且以无线通信的方式形成了一个自组织的多跳的网络系统。构成无线
传感器网络的节点可以分为三种类型：传感器节点，汇聚节点以及协
调器节点 。
目前流行的无线射频模块
各种无线技术比较
名称
ZigBee
WiFi
号 有节点加入
数据 接收完
毕 是
LED闪烁2次 串口显示信息
分配网络 地址
否
进入等待接受状 态
（a）协调器流程图
软件设计
（b）路由器流程图
组网实验
在本实验中，硬件采用满足ZigBee协议规范的美 国TI公司的CC2530ZDK开发板 ；软件采用 ZSensorMonitor观察网络的拓扑结构； IAR公司 的IAR Embedded Workbench for MCS-51 作 为开发环境; 支持TI的Z-Stack协议栈
应用层框架
应用对象240
ZDO公用 接口
ZigBee设备对象 （ZDO）
应用对象240
终端240应用支持 子层数据服务接入
应用对象1
终端1应用支持 子层数据服务接入
终端0应用支持 子层数据服务接入
应用支持子层（APS层）
APS安全管理
APS信息管理
数据反映管理
应用支 持子层 管理服
务接入
ZDO
安
全
服
主要原因领域
1-100 控制、监测
1-200 上网/视频
1-10
1000
语音/数据传输 语音/数据传输
ZigBee是一种短距离、低功耗的无线通信技术。该协议
由应用层、网络层、数据链路层和物理层组成。网络层以 上协议由ZigBee联盟制定，IEEE802.15.4负责物理层和 链路层标准。
应用层（APL层）