ZIGBEE无线传感网络
基于ZigBee协议的无线传感网路及应用
无线 天地
基于ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 协议 的无线Fra bibliotek感网路及应用
居万春 （ 扬州 生活科技学 校， 江苏 扬州 ２ ２ ５ ０ ０ ２ ）
摘 要 ： 随着 网络 技 术的逐步成熟 ， 无线传感 器时代 的到来 ， 从 而也致使 了 无线传感 网络 技 术成 为了 近 几年 的一 个技 术热 点。 在 网络设备 中
Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 技术的开发是一项工作较 为复杂 的技术工程 ， 其 涉 及到的技术不仅有 网络领域 当中的传输、 射 频等技术 ， 还涉及 到了底 层软件硬件控制等技术。 在对Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 技术进行无线传感 图１ 无线传感器网络结构示意图 器网络 开发时， 主要也 就考虑到网络 的节点以及相适应 的功能 由于传感器 一般情况下都是嵌入 到各 个 电子设备当中， 外 型软件。目 前， 在科研人员的努力之下在硬件上 已经将Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 技 加监 测区域 环境往 往比较复杂 ， 传感 器的网络节点非常多， 导 术应 用到了射频芯片等 ， 这些高科技含量 的硬件设 施降低了开 致了网络 的维护十分麻烦甚至 就是不能进行维 护。 因此， 导对 发者的设计要求 ， 只需要在其中加入一些 元件就可 以实现应 节 于无 线传感器 的设计要做 到网络容量要大 ， 传感器体 积小， 消 点 的应 用 ， 在加上Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ ￣ 关 软 件 的开 发 利 用 ， 加 速 了Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 耗 低等特点，以实现 自组 网络 的动态 性 ， 并且还 要加强无线传 系统的设计， 已经进一步的简化 了用户命令接 口， 普通 的用户只 感器 的网络安全， 在无线信道上分布式的控制传感器所受到的 要使用一些简单的命令， 就可以实现Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 的网络控制。
传感器与无线传感网络ZigBee介绍
无线传感网络的概念和特点
无线传感网络（WSN）是一种由大量传感器节点 组成的网络，用于监测和控制物理或环境参数。
传感器节点具有低功耗、低成本、体积小等特点， 可以大量部署在监测区域。
无线传感网络采用无线通信技术，如ZigBee、蓝 牙、Wi-Fi等，实现传感器节点之间的数据传输。
无线传感网络具有自组织、自愈、分布式等特点， 可以适应各种复杂的环境。
和控制各种物理量
分类：根据测量原理和 功能，可分为温度传感 器、压力传感器、流量 传感器、加速度传感器
等
ZigBee：一种低功耗、 低成本、低速率的无 线通信技术，适用于 无线传感网络
应用领域：广泛应用 于工业自动化、智能 家居、医疗设备、环
境监测等领域
特点：低功耗、自组 织、自愈、安全性高、
网络容量大等
传感器与无线传感网络 ZigBee介绍
演讲人
传感器与无线传 感网络概述
ZigBee技术的应 用领域
ZigBee技术原理
ZigBee技术的发 展趋势
传感器与无线传感网络概述
传感器的定义和分类
传感器：能够检测和 测量物理量、化学量、 生物量等信号的装置
无线传感网络：由大 量传感器节点组成的 网络，用于实时监测
04
智能化：ZigBee技术不断融入人工智能技术，实现设备的智能化控制
市场前景与挑战
市场前景：随着物联 网技术的发展， ZigBee技术在智能 家居、智能医疗、智 能交通等领域具有广 泛的应用前景。
技术挑战：ZigBee 技术需要不断升级以 满足日益增长的数据 传输速度和安全性要 求。
竞争挑战：ZigBee 技术面临其他无线通 信技术的竞争，如 Wi-Fi、蓝牙等。
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无线传感网络在客车安全监测系统中的应用
网络技术的客车安全监测系统能够满足上述要 求， 可以及时、 准确地将客车上各个部件 （ 如列车 管、 制动缸 、 向架 、 、 转 车体 电气设备等等 ） 信息传 输到控制中心 ， 确保客车安全运行。 ＴＰ Ｓ Ｃ Ｄ 原理是利用安装在客车上各个部件 的测试设备系统在线检测其工作状态，检测设备 数据处理。 通过采集、 分析部件的原始信号得到部件的特征 无线通信模块是系统的核心部分，负责数据 量， 通过车厢级无线通讯网络将特征量传输到车 的接收与发送， 本设计采用 Ｃ ２ ３ Ｃ ４ ０￣ ； Ｃ ４ ０ Ｃ ２３ 厢级系统；车厢级系统根据特征量来判断部件的 芯片上整合了 ｚｇ ｅ 射频前端 、 存和微控制器。 ｉ ｅ Ｂ 内 工作状态， 在进行状态报警的同时将这些状态结 它使用 １ ８ ８ ５ Ｍ Ｕ 个 位 ０ １ Ｃ ，具有 １８ Ｂ可编程 ２Ｋ
工 ＩＨｍ 儿 目 小 刖 ¨ ／＼０
置。车厢级系统由各个检测设备组成， 主要包括： 转向架检测设备 、 制动检测设备 、 电源检测设备、 舒适度和平稳性检测设备 、 绝缘检测设备等。 这些 检测设备对部件进行实时采集、 分析， 将其状态特 征提取出来 ， 通过无线网络传到车厢级系统中。 而 车厢级系统根据各个检测设备的特征量进行基本 的判断， 得到各个部件的状态结果， 同时通过客车 级无线通讯 网络将这些信 息 传输到客车级控制中 心进行处理。 ２ｚｇ ｅ 技术及其特 ｉ ｅ Ｂ ｚｇ ｅ 技 术是基 于 ＩＥ ８ ２ ５ 术标准 ｉ ｅ Ｂ Ｅ Ｅ ０． Ａ技 １ 和 ｚｇ ｅ ｉＳ ｅ网络协议而设计的无线传感网络 ， 它是 中短距离、 低速率无线传感器网络， 射频传输成本 低， 各节点只需要很少的能量 ， 功耗小 ， 于电池 适 长期供电， 可实现一点对多点或两点间对等通信 、 快速组网 自 动配置，任意传感器之间可相互协调 实现数据通信 ， 主要用于中 短距离无线系统连接。 ｚ ｅ ｉ 技术的特点是 ： 邸ｅ 低速率 ， 低功耗， 低成 本， 延时短 ， 免许可无线通信频段， 多种组网方式 ， 近距离通信 ， 可靠数据传输 ， 大容量网络， 配置 自 及三级安全模式。 ３无线传感器网络节点的硬件设计 ＴＰ Ｓ Ｃ Ｄ 各个部件的检测设备主要 由传感器 、 ＡＤ转换芯片、微控制器 、Ｃ ４ ０ ／ Ｃ ２ ３ 无线通讯芯片 以及一些外围电路组成。无线通讯网络是 Ｔ Ｐ Ｓ Ｃ Ｄ 的传输 生命线 ，其状 态 的好坏将 直接 影 响到 ＴＰ Ｓ Ｃ Ｄ 的性能和稳定 眭，因此无线检测设备的 设 计非常重要。 我们设计的节点实现机理是将采集到的信 息 数据以无线方式发送出去。无线传感器网络节点 包括传感器模块 、 无线通信模块、 电源供应模块和 阻抗匹配网络。系统节点的结构框图如图 １ 所示。 传感器模块负责设备状态量的采集 ， 通过滤 波放大电路可以直搦 羞＾Ｃ ２ ３ Ｃ ４ ０的 Ａ ）口进行 ｔ ｆ
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。
基于ZigBee技术中职无线传感器网络技术的课程设计
基于ZigBee技术中职无线传感器网络技术的课程设计【摘要】本文主要介绍了基于ZigBee技术中职无线传感器网络技术的课程设计。
首先从ZigBee技术和无线传感器网络的概述开始，然后探讨了ZigBee技术在无线传感器网络中的应用以及设计要点。
接着介绍了实验设计与实施、数据采集与处理以及系统性能评估等方面。
最后对课程设计进行总结，并展望了未来的研究方向。
通过本课程设计，学生将深入了解ZigBee技术在无线传感器网络中的应用，掌握相关实验与数据处理技能，提高系统性能评估能力。
这对培养学生的实践能力和解决问题的能力具有重要意义，也为未来无线传感器网络技术的发展奠定了基础。
【关键词】ZigBee技术, 无线传感器网络, 课程设计, 应用, 设计要点, 实验设计, 数据采集, 数据处理, 系统性能评估, 总结, 研究方向, 未来展望1. 引言1.1 ZigBee技术概述ZigBee技术是一种短距离、低功耗、低数据传输速率的无线通信技术，主要应用在物联网领域。
它采用IEEE 802.15.4标准，工作在2.4GHz频段，具有自组网、低功耗、低成本等特点。
ZigBee技术被广泛应用在智能家居、工业控制、智能建筑等领域，为传感器节点之间的通信提供了可靠的解决方案。
其网络拓扑结构包括星型、网状和混合型，具有灵活性和扩展性。
ZigBee技术在无线传感器网络中扮演着重要的角色，通过组建网络、数据传输和协调节点等功能，使得无线传感器网络能够实现远程监测、实时控制等应用。
其低功耗特性使得传感器节点可以长时间工作，适用于需要长期监测的环境。
ZigBee技术还具有良好的安全性和可靠性，能够保障传感器数据的安全传输。
ZigBee技术的应用在无线传感器网络中具有广阔的前景，可以提升传感网络的性能和稳定性，为各种应用场景提供可靠的支持。
1.2 无线传感器网络简介无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN）是由大量分布在空间中的微小传感器节点组成的网络，每个节点都能感知周围的环境，并能将采集到的数据通过无线通信传输到网络中。
zigbee无线传感网络课程设计
zigbee无线传感网络课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握zigbee无线传感网络的基本概念、原理和应用场景。
2. 了解zigbee协议栈的结构、功能及其工作流程。
3. 掌握zigbee网络拓扑结构、节点类型及其配置方法。
技能目标：1. 学会使用zigbee开发工具进行网络编程和调试。
2. 能够搭建简单的zigbee无线传感网络，并进行数据采集、处理和传输。
3. 培养学生运用zigbee技术解决实际问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物联网技术的兴趣，激发学习热情。
2. 增强学生的团队协作意识，培养合作解决问题的能力。
3. 培养学生关注社会热点问题，了解zigbee技术在现实生活中的应用，提高社会责任感。
课程性质：本课程属于信息技术领域，旨在让学生了解和掌握zigbee无线传感网络的基本知识，培养实际操作能力和创新思维。
学生特点：本课程针对的是高年级学生，他们在前期课程中已具备一定的编程基础和网络知识，具有较强的学习能力和实践操作能力。
教学要求：教师应注重理论与实践相结合，引导学生通过实际操作掌握zigbee 技术，鼓励学生开展团队合作，提高解决问题的能力。
在教学过程中，关注学生的情感态度价值观培养，使其在学习过程中形成正确的价值观。
通过分解课程目标为具体的学习成果，便于后续教学设计和评估。
二、教学内容1. zigbee基本概念与原理- 无线传感网络概述- zigbee技术特点与应用场景- zigbee协议栈结构与工作原理2. zigbee网络结构与配置- zigbee网络拓扑结构- 节点类型及其功能- 网络配置与优化方法3. zigbee编程与调试- 开发工具与环境介绍- zigbee协议栈编程- 程序调试与故障排除4. 数据采集、处理与传输- 传感器节点数据采集- 数据处理与融合- 无线数据传输技术5. zigbee应用案例与实战- 现实生活中的zigbee应用案例- 实战项目：搭建简单的zigbee无线传感网络- 数据分析与优化教学内容安排与进度：第一周：介绍无线传感网络与zigbee基本概念、原理第二周：学习zigbee网络结构与配置方法第三周：掌握zigbee编程与调试技巧第四周：学习数据采集、处理与传输技术第五周：分析zigbee应用案例，进行实战项目设计与实施第六周：项目总结与成果展示，数据分析与优化教材章节关联：《信息技术》第四章：无线传感网络《信息技术》第五章：zigbee技术及应用《信息技术》实践教程：zigbee编程与实战案例三、教学方法为了提高教学效果，激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用以下多样化的教学方法：1. 讲授法：通过系统讲解zigbee无线传感网络的基本概念、原理、协议栈结构等内容，为学生奠定扎实的理论基础。
基于CC2430的ZigBee无线传感网络节点的设计
； 瓣蠡
Ｊ ＣＨＥ Ｉ ＮＧＤＩ ＡＮＬＵ ＯＮＧＸＵＮ Ｔ
Ｖ １２ Ｎ ． ０． ９ ｏ４ Ｄ ｅ ２ １ ｅ ．０ １
基 于 Ｃ ２３ Ｃ ４ ０的 Ｚｇ ｅ 线 传 感 网络 节点 的设 计 ｉＢ ｅ无
梁伟 明 曹 彪
引 言
随着无线通信、 集成 电路、 传感器 以及微机电 系统等技术 的飞速发展和 日益成熟 ， 传感器信息 获取技术已经从过去的单一化逐渐向集成化 、 微
靠 。为推动 Ｚ Ｂ ｅ ｉ ｅ 技术 的发展 ， ｈ ｃｎ Ｅ ｂｒ ｇ Ｃ ｉ ｏ 、 ｍ ｅ、 ｐ
Ｆ ｅ ｓ ａｅ ｒ ｅ ｃ ｌ 、Ｈｏ ｅ ｗｅ Ｍｉ ｕ ｉｈ Ｍｏ ｏ ａａ ｈ ｌ ｓ ｎｙ ￣ ｓ ｂｓ ｉ ｔ ｔｒ ｌ 、Ｐ ｉ ｐ ｉ
给观 察者 。基 于 Ｚｇ ｅ 协 议 、 Ｃ ２ ３ 频芯 片为核 心 的硬 件设 计方 法 ， ｉＢ ｅ 以 Ｃ ４ ０射 实现 了一 个基 于 Ｚｇｅ ｉ ｅ的无 ｂ 线传 感 器 网络 节点硬 件平 台 的开发 。 关键 词 无线传 感 器网络 Ｚｇ ｅ Ｃ ２３ ｉＢｅ Ｃ ４０
２ 无线传感器 网络介 绍
无线传感器网络是一种无中心节点的全分布 网络。通过随机投放的方式 ， 众多传感器节点被 密集部署在监控区域。这些传感器节点集成有传
感器、 数据处理单元和通信模块， 它们通过无线信 道相连 ， 自组织地构成 网络系统。传感器节点利
近年来 ， 无线传感器 网络被广泛 的应用在预防医
部的数据交的技术提案。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 传感器只需要很少的能量 ， 以接力 的方式通过无
传感器与无线传感网络ZigBee介绍
Zigbee技术在智能农业中的应用
低功耗
Zigbee技术采用低功耗设计，延长了传感器节 点的使用寿命。
可靠性
Zigbee技术具有较高的通信可靠性和稳定性， 保证了数据传输的质量。
ABCD
无线传输
Zigbee技术实现传感器节点之间的无线通信， 降低了布线成本和难度。
自组网
Zigbee节点可自组织形成网络，无需中心节 点控制。
可靠传输
Zigbee传输速率低，但可靠性高，适用于环 境监测等对数据准确性要求高的场景。
低成本
Zigbee节点成本低，易于大规模部署。
环境监测的发展趋势
智能化
利用人工智能技术对环境数据进行深度分析，提 高预警和决策的准确性。
物联网化
将环境监测与物联网技术相结合，实现更广泛的 数据采集和远程控制。
数据中心架构
数据中心对接收到的数据进行处理、分析和可视化，为农业生产提供决策支持 。
传感器在智能农业中的应用
土壤湿度传感器
监测土壤湿度，为灌溉提供依据，避免过度 或不足灌溉。
光照传感器
监测光照强度，优化植物光合作用，提高农 作物产量。
温度传感器
监测农田温度，预测病虫害发生风险，及时 采取措施。
CO2浓度传感器
各子系统通过统一的通信协议和数据接口进行连接，实现数据共享和远程 控制。
传感器作为智能家居系统中的重要组成部分，负责采集环境参数和设备状 态信息，为系统提供数据支持。
传感器在智能家居中的应用
温度传感器
用于监测室内温度，实现温度自动调节和节能控制。
湿度传感器
用于监测室内湿度，保持室内舒适度。
（完整版）Zigbee无线传感网络习题
（完整版）Zigbee无线传感网络习题1、RFD通常只能用作zigbee网络中的终端设备。
2、Zigbee网络中设备地址分配的方式有分布式分配机制和随机分配机制两种。
3、zigbee网络工作频带为868MHz时，其数据传输速率为20kbps。
4、zigbee技术的安全性高，其加密技术采用了AES-128算法。
5、ZigBee采用了CSMA/CA 的碰撞避免机制，以提高系统的兼容性。
6、ZigBee 无线传感器网络由PC机、网关、路由节点、传感器节点四部分组成。
7、无线传感网络中网关的作用是完成通过计算机发送的指令发送或接收路由节点或者传感器节点数据，并将接收到的数据发送给计算机。
8、在LBee系列模块中，AT指令集使用统一通用帧命令格式，包括帧头、全局帧、校验位三部分。
1、下面哪个不是Zigbee技术的优点( B )A 、近距离B 、高功耗C 、低复杂度D 、低数据速率2、作为ZigBee技术的物理层和媒体接入层的标准协议是(A)。
A、IEEE 802.15.4协议B、IEEE802.11bC、IEEE802.11aD、IEEE802.123、ZigBee中每个协调点最多可连接( D )个节点，一个ZigBee网络最多可容纳( )个节点。
A、255 65533 B 、258 65534 C、258 65535 D、255 655354、ZigBee网络中传输的数据可分为哪几类(D )A周期性的，间歇性的、固定的数据 B 周期性的，间歇性的C周期性的发复兴的反应时间低的数据D周期性，间歇性，反复性的、反应时间低的数据5、下列哪项不是FFD通常有的工作状态( D )A、主协调器B、协调器C、终端设备D、从设备6、下列哪项不是WPAN的特点( B )A、有限的功率和灵活的吞吐量B、可靠性监测C、网络结构简单D、成本低廉7、Zigbee的接收灵敏度的测量条件为在无干扰条件下，传送长度为(B )个字节的物理层数据包A 10B 20 c 30 D 408、PAN标识符值为0xffff,代表的是( A )A、以广播传输方式B、短的广播地址C、长的广播地址D、以上都不对9、Zigbee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。
基于ZigBee的无线传感网络关键技术
基于 ZigBee 的无线传感网络关键技术
［丁明玲 李林江］
摘要
目前智能家居无线传感技术种类繁多，各有优势。ZigBee 作为一种新出现的无 线传感技术，以其协议简单、成本低、功耗小、易组网等特点，在智能家用系统控制、 楼宇自动化、工业监控等领域具有广阔的市场空间，主要介绍 ZigBee 无线传感网络 的特点、体系结构、节点类型及其发展趋势。
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2017.12· 广东通信技术
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》技术交流
功能等优势，非常适合智能家居、物联网的无线传输应用。
⑤ 稳定强：能够很大程度上抵抗外界的干扰，能够
2.1 ZigBee 技术应用
在一定程度上对网络进行修复和重建。能够长时间的稳定
物理层主要起到接口的作用，定义了 MAC 层到物理
Control）
无线信道的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。
MAC 层负责处理所有的物理无线信道访问，并产生
物理层数据服务从无线物理信道上收发数据。物理管理服
网络信号、同步信号；支持 PAN 连接和分离，提供两个
务：维护一个由物理层相关数据组成的数据库，物理层功
2.2 ZigBee 技术特点 ① 低功耗：设备可以在电池供电的情况下长时间工
3 ZigBee 网络体系结构
作，可以正常运行数个月甚至数年。
ZigBee 网络体系结构，有点类似 TCP/IP 的体系结构，
② 低速率：ZigBee 工作在 20~250 kbit/s 的较低速率，
由 OSI 七层协议演化而来的，如图 1 所示，ZigBee 网络体
基于ZigBee-GPRS技术的无线传感网络
［ ｙｗｏ ｄ ］Ｚ ｇ ｅ ；ＧＰ Ｓ Ｋｅ ｒ ｓ ｉ ｅ Ｂ Ｒ ；Ｗｉ ｌ ｓ ｅ ｓ ｒ ｏ ｅ ；ＭＣ ３ ９ ；ＧＲ ７ ｒ ｅ ｎｏ ｄｓ ｅ ｓｓ ｎ １ １２ ４
中精 简 功 能 设 备 Ｒ Ｄ（ ｅｕ ｅ ｕ ｃｉｎＤ ｖｃ） 要 是 简 单 的控 Ｆ Ｒ ｄ ｃｄＦ ｎｔ ｅ ｉ 主 ｏ ｅ
ＸＩ ＡＮ ｍ ｉ Ｔｕ— ｎｔ
’ ’ ’
Ｘ Ｕ Ｊ ＡＮ Ｇ ｎｇ ｐｉ Ｄｕ Ｉ Ｙｏ — ｎｇ
ＺＥＮＧ ｎ—ｅ Ｙａ ｒ ｎ
（ ｃ ｔｆｎｒａｏＥｇ ｅｉ ，ｕ ｇｏ ｉｒｔｆｅ ｎｌｙ Ｆ ｕ ｌｏ ｔｎ ｎｉｅｎ Ｇａ ｄ ｇ ｎｅ ｉｏＴｈｏｇ ａ ｌ ｏ ｆ ｍ ｉ ｎ ｒｇ ｎ ｎ Ｕ ｖｓ ｃ ｏ ｙ ｙ
Ｇ ａ ｇ ｈ ｕ５ ０ ０ ， ｈｎ ｕ ｎ ｚ ｏ １ ０ ６ Ｃ ｉａ）
［ ｓ ａ ｔ】 Ｃ ｍｂ ｎｎ ｅＺ ｇ ｅ ｎ ＲＳｔｃ ｎ ｌｇ ， ｅ ｗｉ ｌｓ ｓｎ ｏ ｅ ｒ ｓ ｍ ｗ ｔ ｏ ｌ ｎａ ｙｓｒｎ ｔ ｓ ｓ ｒ ｐ ｓｄ Ｔｈ ｙ ｔ Ａｂ ｔ ｃ ｒ ｏ ｉ ｉｇｔ ｉＢ ｅ ｄ ＧＰ ｈ ｏｏ ｙ ａＨ ｗ ｒ ｅ ｓ ｅ ｓ ｒｎ ｔ ｋｓ ｔ ｉ ｃ ｍｐ ｅ ｈ ａ ｅ ｅ ｗｏ ｙ ｅ ｈ ｍｅ ｔｒ ｅ ｇ ｈ ｏ ｏ ｅ ． ｅ ｓ ｍ ｔ ｉｐ ｓ ｅ
１２ ． ＧＰ ＲＳ技 术
通 用 分 组 无 线 业 务 ＧＰ Ｓ 是 以 全 球移 动 通 讯 系 统 （ Ｍ） Ｒ ＧＳ 为 基 础 的数 据 传 输 技 术 。它 不 但 具 有 覆 盖 范 围广 、数 据 传 输 速 度 快 、 通 信 质 量 高 、永 远 在 线 和 按 流 量 计 费等 优 点 ，而 且 其 本 身 就 是 一 个 分 组 型 数据 网 ， 支持 Ｔ ＰＩ 协 议 ，可 直接 与 Ｉｔ ｎｔ Ｃ／ Ｐ ｎｅ ｅ ｒ 互 通 。Ｇ ＲＳ 业 务 在 无 线 上 网 、环 境 监 测 、交 通 监 控 、移 动 办 Ｐ 公 等 领 域 中 具 有 无 可 比拟 的性 价 比优 势 。自从 ２ ０ ０ ２年 中 国移 动 开 通 Ｇ ＲＳ 业 务 以来 ，这 项技 术 的 应 用 己经 十 分 成 熟 ，Ｇ Ｒ Ｐ ＰＳ 技 术越 来越 多地 被应 用 到 各个 领 域 。
无线传感网络技术 第三章典型的ZIGBEE 协议栈及解决方案
该方案是将协议处理和无线射频处理集成在一个芯片上。 ✓ 早期典型的产品有TI 公司的CC2430，CC2430 使用一个8051 8 位MCU 内核，并具备128KB闪存和8KB
RAM ，可用于构建各种类型的ZIGBEE设备，包括调谐器、路由器和终端设备。CC2430片内资源丰富，包含 模数转换器(ADC) 、若干定时器、AES-128 协同处理器、看门狗定时器、32kHz 晶振的休眠模式定时器、上 电复位电路(Power-On-Reset)、掉电检测电路(Brown-out-detection)，以及21 个可编程I/O 引脚。 ✓ Freescale公司单芯片集成SOC主要有MC1321X系列芯片，该系列芯片集成了MC9S08GT MCU 和MC1320x 收发信机，闪存可以在16～60 KB 的范围内选择，符合802.15.4 标准，包括一个集成的发送/接收（T/R）开 关，可以降低对外部组件的需求，进而降低原料成本和系统总成本，支持Freescale的软件栈选项、简单MAC （SMAC）、802.15.4 MAC 和全ZIGBEE 堆栈。此外MC13211 提供16 KB 的闪存和1 KB 的RAM，非常适合 采用SMAC 软件的点到点或星形网络中的经济高效的专属应用。对于更大规模的联网，则可以使用具有32 KB 的内存和2 KB 的RAM 内存的MC13212芯片。MC13213具有60 KB 的内存和4 KB 的RAM，提供可编程 时钟、4 MHz （或更高）频率运行的标准4线SPI、外部低噪声放大器和功率放大器（PA）。 ✓ EMBER公司早期推出EM250芯片，片内含有16 位低功耗微控制器，128KB 闪存，5K RAM，2.4GHz无线射 频模块，同时提供有EmberZNet 2.1 协议栈。最新的EmberZNet 协议版本已经迭代到2.8，芯片EFR32MG13 内核为ARM Cortex-M4，可工作于2.4GHz，闪存容量为512KB，内存容量为64 KB。
ZigBee无线传感网络在机泵智能监测中的应用
ｎｔ ｒ （ Ｓ ｅ ｗｏｋ Ｗ Ｎ） ｉｃｎｔ ｃｅ ｒ ａａｒｎｍｉ ｉｎ ｎ ｉｉｓ ｓｄ ｒ ｏ ｎｃｉｇ ｈｓ ｅ ｏｋｔ ｅ ｒｅ．Ａｐｏｏｙ ｅ ｆｈｓ ｓ ｏ ｓｕ ｔｄ ｏ ｔ ｔ ｓ ｓ ｏ ．Ａ ｄ Ｆ ｅ ｎ ｅｔ ｉｎｔ ｒ ｆ ｌ ｓ ｖ ｒ ｒｔｔ ｔｉ ｒ ｆ ｄ ａ ｓ Ｗ ｉｕ ｆ ｃ ｏ ｎｔ ｗ ｏ ｄｅ ｉ ｐｏ
ＹＵＡＮ ｎ —ａ ｇ ＱＩ ， ＫＥＸｉ ｏ ｇ ＷＡＮＧ Ｈｕ —ｉｇ， ＨＡ Ｈｏ ｇｙ Ｈｏ ｇｆｎ ， Ｈｅ — ｎ， ｙ ａｑｎ Ｎ ｎ －ｕ
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络 降 低 了数 据 流 量 。 此 基 础 上 组 建 Ｚｇ ｅ 在 ｉＢ ｅ网络 ， 于 数 据 的 传 输 ， 引入 ｗｉｉ 为 Ｚｇ ｅ 络 与 现 场 服 务 器 的 接 入 手 段 。 用 并 Ｆ作 ｉ ｅ网 Ｂ 实验 结 果 表 明 ， 系 统 可 以 有 效 的 完成 数 据 的 采 集 和 无 线 传 输 ， 及 时 的 检 测 出设 备 的 异 常 状 态 。 该 并
ｄ ｇ ｒｕ ｅ．ａ ．ｎ ｎ ｉｏ ｎｔｒｙｔｍ ｓｄ ｎ ｉＢ ｅ ｒｌ ｓ ｅｓｒ ｅ ｒ （ Ｎ） ｉｐ ｔｏｗａｄ ｉ ｔ ｉｒｔ ｎ ｎ ａ ｅｏ ｓ ｒａ ｎ ｏ １ ｅ ｏ ｄｔ ｎｍｏ ｉ ｓ ｂ ｅ ｇ ｅ ｅｅ ｎ ｏ ｔ ｋ ＷＳ ａ ｎｉ ｃ ｉ ｏｓ ｅ ａ ｏ Ｚ ｗｉ ｓ ｓ ｎ ｗｏ Ｓ ｕ ｒ ｒ．Ｆｒ ，ｖｂａ ｏ ｆ ｓ ｉ
zigbee原理
zigbee原理Zigbee是一种低功耗、无线传感网短距离通信协议，采用自组织、多跳和网状网络拓扑结构。
它采用低功率、简单的射频物理层，工作在ISM频段，最常用的是2.4GHz频段。
Zigbee协议为低数据速率和低功耗应用提供了一种经济高效的通信解决方案。
Zigbee网络由一个协调器（Coordinator）和多个终端设备（End Device）组成。
协调器负责网络的配置、管理和协调，而终端设备则负责数据的传输。
协调器可以和多个终端设备建立通信，并控制网络中的数据流动。
Zigbee的通信原理主要包括两个部分：物理层和MAC层。
物理层主要处理射频信号的传输和接收，而MAC层则负责数据帧的组织、传输和接收。
在物理层，Zigbee采用了DSSS（直接序列扩频）调制技术和BPSK（二进制相移键控）调制方式。
DSSS可以增强信号的抗干扰能力，BPSK可以提高信号的传输效率。
同时，Zigbee 还采用了能量检测和前导码技术，以提高接收机的灵敏度和信号的可靠性。
在MAC层，Zigbee采用了CSMA/CA（载波侦听多点接入/冲突避免）机制进行数据传输。
终端设备在发送数据前，会先侦听信道是否有其他设备正在传输。
如果信道忙碌，终端设备会暂时等待，直到信道空闲后再进行数据传输。
这样可以避免数据冲突，提高数据传输的可靠性和稳定性。
另外，Zigbee还通过网络拓扑结构和路由协议来实现多跳通信。
终端设备可以通过中继节点进行数据传输，从而扩展网络的覆盖范围。
路由协议可以根据网络的拓扑结构和节点的能力进行路径选择，实现数据的有效传输。
总的来说，Zigbee协议的原理主要包括射频信号的传输和接收、数据帧的组织和传输、CSMA/CA机制的数据传输和多跳通信的实现。
这些原理保证了Zigbee网络的稳定性、可靠性和高效性，使其成为物联网应用中的重要通信协议。
基于ZigBee的无线传感网络网关的设计
线 传 感 器 网络 。移 植 精 简 的嵌 入 式 ＴＣ ／Ｐ协 议 ， ＰＩ 分析 ＺＳａｋ协 议 栈 ， 现 两 种 网 络 信 息 的报 文 转 换 ， 时 实 现 无 线 传 感 － ｔｃ 实 同
网络与 ＧＰ Ｓ网络 的信 息传输 ， Ｒ 设计并制作 了基于 Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ的无线传感器 网络网关 系统 。
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈｉ ｐ ｐ ｒｄ ｓ ｒｂ ｓ ｔ ｅ ｏ ｅ ａｌｄ ｓｇ ｆ ａ ｇ ｔ ｗａ ｒ ｇ ａ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｉ Ｂ ｅ ｗｉｅｅ ｓ ｓ ｎ ｏ ｅ ｗｏ ｋ ｓ ｒｃ ｓ ａ ｅ ｅ ｃ ｉ ｅ ｈ ｖ ｒ ｌ ｅ ｉ ｎ ｏ ａ ｅ ｙ ｐ ｏ ｒ ｍ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ Ｚ ｇ ｅ ｒ ｌｓ ｅ ｓ ｒ ｎ ｔ ｒ ｐ ｏ ｏ ｏ ．Ｉ ｔ ｌＰ ｒ ｔ ｃ １ ｎ ｅ ＸＡ２ ０ ｉ ｔ ｅｅ ｒ ｒ ｃ ｓ ｏ ，ｉ ｃ ｕ ｄ ａ ｃ ｓ ｈ ｐ ｔ ｒ ｕ ｈ Ｅ ｈ ｒ ｅ ．ＧＰ ｄ ｌ ，ｃ ２ ３ ａ ｉ ｈ ｐ ｗｈ ｃ ７ ｓ ｈ ｏ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ｔ ｏ ｌ ｃ ｅ ｓｃ ｉ ｈ ｏ ｇ ｔ ｅ ｎ ｔ ＲＳ ｍｏ ｕ ｅ ｃ ４ ０ ｒ ｄ ｏ ｃ ｉ ｉｈ
ZigBee技术的无线传感网络研究
ZigBee技术的无线传感网络研究一、 ZigBee技术简介ZigBee技术是一种低成本、低功耗、短距离、低速率的无线个人局域网技术，是IEEE 802.15.4标准的实现。
ZigBee技术最早由ZigBee联盟在2003年推出，后来由ZigBee联盟逐步完善其标准和技术规范。
ZigBee技术具有联网范围广、功耗低、数据传输可靠等特点，逐渐被广泛应用于无线传感网络系统中。
二、 ZigBee技术在无线传感网络中的应用1.智能家居ZigBee技术在智能家居领域有着广泛的应用。
通过ZigBee技术，可以实现家庭中各种智能设备的互联互通，如智能灯具、智能门锁、智能温控系统等。
传感节点可以通过ZigBee技术与智能家居网关相连，实现智能设备之间的数据交换和控制。
ZigBee技术的低功耗特性也为智能家居设备的长期运行提供了保障。
2.工业自动化在工业自动化领域，ZigBee技术也具有重要的应用价值。
工业场景中需要大量的传感数据采集和设备控制，ZigBee技术可以实现对工业传感节点的集中监控和管理。
ZigBee技术可以实现工业设备之间的无线通信和联网，提高了工业自动化系统的灵活性和可靠性。
3.环境监测在环境监测领域，ZigBee技术可以实现对环境参数的无线采集和传输。
利用ZigBee技术可以搭建环境监测网络，实现对大范围环境参数的实时监测和数据采集。
通过ZigBee 技术，可以实现对大气质量、水质监测等环境参数的长期监测，为环境保护和管理提供数据支持。
4.医疗健康1.多层次网络未来的无线传感网络系统将更加注重多层次网络的构建，ZigBee技术将在此过程中发挥重要作用。
通过构建多层次的传感网络系统，可以实现对不同层次和不同规模数据的有效管理和传输，提高了传感网络系统的整体性能和效率。
2.低功耗通信随着无线传感网络在各领域中的广泛应用，对于传感节点的功耗和通信能耗也将越来越受到关注。
未来ZigBee技术将更加注重低功耗通信的研究和应用，以满足不同领域对于低功耗、长寿命的传感网络设备需求。
基于ZigBee无线传感网络在环境温燃中的应用
中国西部 科技 ２ １ 年０ 月 （ ００ ３ 上旬 ）第０ 卷第０ 期 总第２ ４ ９ ７ ０ 期
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摘
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户 义 定
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层 ，Ｚｇｅ 联盟 在此基础 ｝ ｉＢ ｅ ： 规定 了网络层和 应用层框架 。
ＩＥ８２ １． 规 定 Ｚｇ ｅ可 以工 作 在 ８８ ｚ９ ５ 和２ ４Ｈ Ｅ Ｅ０ ．５４ ｉＢ ｅ ６删 ／ ｌ删ｚ ．Ｇ ｚ Ｉ Ｍ 段 。Ｚ ｇ ｅ 技 术 具 有 低 功 耗 、 低 成 本 、 低速 率 、近 距 Ｓ频 ｉＢ ｅ 离 、短 延 时 、 高 容 量 、 高 安 全 、 免 执 照频 段 等 优 点 。拓 扑
浅论基于Zigbee技术的家庭无线传感网络应用研究
浅论基于Zigbee技术的家庭无线传感网络应用研究（作者:___________单位: ___________邮编: ___________）论文关键词:Zigbee 无线传感器网络论文摘要:针对基于Zigbee技术的智能家居无线系统的相关技术进行研究，分析了Zigbee体系结构和网络拓扑结构。
1.引言智能家居系统可以理解为利用电脑、网络和综合布线技术，通过家庭信息管理平台将与家居生活有关的各种通讯设备、家用电器和家庭保安装置经由家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统上，从而形成一个有机的整体(数字家庭网络系统)，进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。
而无线择。
智能家居系统的数据吞吐量要求很低，同时要求低功耗、低成本，于是在这样的背景下一种基于IEEE802.15.4标准的短距离无线网络协议的Zigbee技术出现了，它真正实现了宽带网络家庭的延伸拓展，使家庭组网更加便捷。
2Zigbee技术介绍Zigbee是IEEE802.15.4协议的代名词。
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。
主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌人各种设备。
Zigbee技术有如下几点优势:(1)成本低，Zigbee技术是免协议专利费的，而且每块芯片的价格大约为2美元左右;(2)低功耗，在低耗电待机模式下，两节五号干电池可支持1个节点工作半年至两年时间甚至更长;)(3)低速率，Zigbee工作在20一250kbps的较低速率，在不同频带间分别提供250kbps(2.4GHz),40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率满足低速率传输数据的应用需求;(4)近距离，其传输范围一般介于10一100m之间，在增加射频(RF)发射功率后，亦可增加到1一3km;(5)短时延，Zigbee的响应速度较快，一般从睡眠转人工作状态只需15ms，节点连接进人网络只需30ms，进一步节省了电能;(6)大容量，Zigbee可采用星状、树状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点，同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网;(7)安全性能好，Zigbee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接人控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码，以灵活确定其安全属性.基于上述特点可看出Zigbee主要应用于短距离范围内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间，其典型的传输数据类型有周期性数据(如传感器数据)、间歇性数据(如照明控制)和重复性低反应时间数据等。
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传感网
物联网
泛在网
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
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。
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。
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 。
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
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
信标准
2.1.5 小结
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
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
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。
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。
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。
具有十分广阔的应用前景，能应用于军事国防、工
农业控制、城市管理、生物医疗、环境检测、抢险 救灾、危险区域远程控制等领域。
模块2：ZIGBEE技术及应用
2.1 ZIGBEE无线传感网络 9:00-11:30
主讲老师：罗汉江 辅讲老师：任益芳、黄林峰
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
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。
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。
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。
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
平衡调度监测任务
检测并注册传感器节点的移 动，维护到汇聚务的应用层软件 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
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
依赖于数据传输通道， 同时为网络协议各层 提供信息支持
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
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。
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。
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。
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。