zigbee无线通信技术
智能家居Zigbee无线通信技术应用
智能家居Zigbee无线通信技术应用提纲：1. Zigbee通信技术的概述和应用2. Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用3. Zigbee协议栈和通信模型分析4. Zigbee无线通信技术的优点和缺点5. 基于Zigbee的智能家居案例分析1. Zigbee通信技术的概述和应用在智能家居领域，无线通信技术是关键技术之一，而Zigbee 协议则是一种常见的低功率消耗、低带宽、低数据速率、无线网络通信协议。
Zigbee技术协议可以应用于各种各样的场景，不同的设备，例如：智能家居、智能楼宇、智慧城市、物联网等。
2. Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用Zigbee技术的低功耗和低复杂性使其成为智能家居应用中的主要通信技术之一。
Zigbee技术在智能家居应用中的使用可以包括安全系统、照明系统、智能门锁、温度控制系统等。
3. Zigbee协议栈和通信模型分析Zigbee协议包括物理层、MAC层、网络层和应用层。
Zigbee 协议的通信模型和协议栈都非常具体，并采用高效的应用程序接口，可通过网络层按需路由进行数据的分发。
网络层路由器在Zigbee网络中起到重要作用，它们允许数据流动的方向和路径通过网络管理器进行控制，以保持网络高效率和可靠性。
4. Zigbee无线通信技术的优点和缺点Zigbee无线通信技术的主要优点是低功耗、低复杂性、低成本。
其通信范围可达30到100米。
不过，Zigbee技术的主要缺点是其带宽较低，最高速度仅为250 kbit / s，且不太适合高质量的数据和高带宽应用。
Y不过Zigbee技术与其它无线通信技术相结合可增加其通信功能和应用范围。
5. 基于Zigbee的智能家居案例分析（1）照明系统Zigbee技术被广泛用于智能家居的室内和室外照明控制系统中。
例如：Zigbee 网络路灯系列，可以根据天气以及交通流量调节来实现智能路灯网络供电和监控。
（2）温度控制和能源管理Zigbee技术可与温度传感器和热控制器等设备一起使用，并提供电量计量功能，以实现智能能源管理。
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技术简介
zigbee技术简介【正文】ZigBee是一种短距离无线通信技术，广泛应用于物联网、家庭自动化、工业自动化等领域。
它以低功耗、低复杂度和低数据传输速率为特点，是一种非常适合于传感器网络的通信协议。
ZigBee技术的出现源于对传统无线通信技术的不足之处的认识。
之前的无线通信技术大多对功耗要求较高，难以应用于需要长期运行的低功耗设备。
而ZigBee技术则专注于解决此类问题，使得各种传感器和移动设备能够通过无线网络进行低耗能的通信。
ZigBee技术采用了IEEE 802.15.4标准，利用2.4GHz频段进行通信。
这一频段已经被工业、科学和医疗（ISM）设备广泛使用，因此ZigBee能够与其他设备共享频谱，提高了通信的灵活性和可靠性。
ZigBee的网络结构非常简单灵活，可以根据应用的需求组成不同类型的网络。
它采用星型拓扑结构，其中一个设备充当协调器的角色，其他设备则作为终端节点进行通信。
这种结构使得网络的建立和维护非常方便，能够适应复杂环境中的通信需求。
另外，ZigBee还采用了分散式的时间频率分割多址（CSMA/CA）机制，用于协调网络中各个设备的通信。
这种机制能够有效减少冲突和碰撞，提高数据传输的可靠性和稳定性。
由于ZigBee技术的特点和优势，它在物联网领域得到了广泛的应用。
在家庭自动化中，ZigBee可用于实现智能家居控制系统，例如灯光控制、温度调节、安防监控等。
其低功耗和低复杂度的特点使得设备能够长时间运行，并且与其他无线设备无缝集成。
在工业自动化中，ZigBee技术也具备适应复杂环境的能力。
它可以用于监测温度、湿度、压力等参数，并将数据传输到上位机进行处理和分析。
同时，ZigBee技术的数据传输速率虽然不高，但足以满足大部分传感器网络的需求。
尽管ZigBee技术具有众多的优点，但也存在一些局限性。
由于其低数据传输速率，不适用于高带宽的应用场景。
此外，2.4GHz频段的使用会受到其他设备的干扰，造成通信质量下降。
zigbee的工作原理
zigbee的工作原理Zigbee是一种低功耗、短距离无线通信技术，主要用于物联网设备之间的通信。
它基于IEEE 802.15.4标准，并在其基础上添加了网络层和应用层协议。
Zigbee网络由一个协调器（Coordinator）和多个设备（Device）组成，协调器负责网络的管理和控制。
Zigbee的通信距离一般在几十米到几百米之间，传输速率较低，可达到250kbps。
它采用的是低功耗的射频技术，以确保设备的电池寿命较长。
此外，Zigbee使用的是mesh网状网络拓扑，设备之间可以通过多跳传输进行通信，提高了网络的覆盖范围和稳定性。
Zigbee的工作原理如下：1.设备加入网络：当设备加入Zigbee网络时，它会发送一个加入请求，协调器验证设备的身份后，将其分配给合适的网络节点。
设备可以是有源设备（Powered Device，PD）或无源设备（End Device，ED）。
有源设备可以直接与协调器通信，而无源设备需要通过其他设备进行中继。
2.建立网络拓扑：Zigbee网络采用mesh网状拓扑结构，其中每个设备都可以是路由器（Router），即可以进行中继的节点，或终端设备（End Device），即不能进行中继的节点。
设备之间可以通过多跳传输进行通信，数据可以沿着多个路径传递，提高了网络的可靠性和覆盖范围。
3.网络管理与路由选择：协调器负责网络的管理和控制，它会维护网络拓扑结构，并执行路由选择算法。
路由选择算法决定了数据传输的最佳路径，通过选择具有最佳信号强度和跳数的路由器进行数据传输，保证了数据的快速传递和可靠性。
4.数据传输和通信：设备之间可以通过两种方式进行通信，即直接通信和间接通信。
直接通信是指设备直接发送数据给目标设备，而间接通信是指设备通过中继节点进行数据传输。
设备可以根据需求选择合适的通信方式，以达到最佳的传输效果。
总的来说，Zigbee通过建立mesh网状网络拓扑，利用低功耗的射频技术实现设备之间的无线通信。
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。
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应用
zigbee应用ZigBee技术是一种低功耗、近距离、低速率无线通信技术，具有低功耗、低成本、简单易用等特点，广泛应用于智能家居、物联网、能源管理、电力控制等领域。
本文将从ZigBee技术的基本原理、应用案例以及未来发展等方面进行介绍，旨在帮助读者更好地理解和了解ZigBee技术的应用。
一、ZigBee技术基本原理ZigBee技术是一种基于IEEE802.15.4标准的无线通信技术，使用全球2.4GHz频段，采用工作在低速率模式下的设备，适用于大范围的低功耗应用。
ZigBee技术主要包含三个基本组件：设备、协调器和网络。
设备是指采用ZigBee技术的终端设备，如传感器、开关等，用于感知环境信息，并将其通过ZigBee网络传输到协调器。
协调器是ZigBee网络的核心节点，负责组网、路由和管理网络中的设备。
它还可以与上层网络（如无线局域网）进行通信，实现设备与互联网的连接。
网络是由协调器和多个设备组成的拓扑结构，通过ZigBee协议进行通信。
ZigBee网络分为星型、网状和混合三种结构，可以根据不同应用需求选择不同的拓扑结构。
ZigBee技术通过低功耗的无线通信方式实现设备之间的数据传输。
它采用短距离通信，通信距离一般在10-100米之间，适用于室内环境。
同时，ZigBee技术在传输过程中对数据进行了优化，采用了低速率的传输模式，降低了能耗。
二、ZigBee技术应用案例1. 智能家居智能家居是ZigBee技术最常见的应用领域之一。
通过将传感器、开关、灯光等设备连接到ZigBee网络中，实现对家居环境的智能控制。
用户可以通过智能手机、平板电脑等终端设备，远程控制家居设备的开关、调光、温度等功能，提高家居的舒适度和便利性。
2. 物联网ZigBee技术也广泛应用于物联网领域。
通过将物联网设备连接到ZigBee网络中，实现对物联网设备的监测、控制和管理。
例如，智能城市中的环境监测设备可以通过ZigBee网络将环境数据传输到中心服务器，实现对环境状况的实时监测和分析。
Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用研究
Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用研究Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用研究引言随着科技的不断进步和人们对生活质量的要求提高，智能家居作为一种新兴的生活方式进入了人们的视野。
智能家居通过互联网技术和无线通信技术实现了家庭设备的智能化控制，给人们的生活带来了便利和舒适。
在智能家居系统中，无线通信技术起到了关键的作用，其中Zigbee作为一种低功耗、短距离、低数据率的无线通信技术，被广泛应用于智能家居领域。
本文将对Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用进行研究，探讨其优势和挑战。
一、Zigbee无线通信技术的概述1.1 Zigbee无线通信技术的特点Zigbee无线通信技术是一种基于IEEE 802.15.4标准的无线传感器网络技术，具有以下特点：（1）低功耗：Zigbee设备使用了事件驱动的通信机制，可以实现低功耗的长时间运行。
（2）短距离：Zigbee的通信距离一般在10到100米之间，适用于智能家居中设备之间的短距离通信。
（3）低数据率：Zigbee的数据传输速率在20-250kbps之间，可以满足智能家居设备之间的低频数据传输需求。
1.2 Zigbee无线通信技术的网络拓扑结构Zigbee无线通信技术采用了星型或多级星型的网络拓扑结构。
在智能家居系统中，通常使用多级星型结构，即一个中心节点（通常是智能家居网关）连接多个终端设备（如智能灯、智能插座等），实现设备之间的无线通信。
1.3 Zigbee无线通信技术的应用领域Zigbee无线通信技术在物联网领域有广泛的应用，其中智能家居是重要的应用场景之一。
在智能家居中，Zigbee无线通信技术可以实现设备之间的互联互通，实现智能家居系统的自动化控制。
二、Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用研究2.1 Zigbee无线通信技术在智能照明系统中的应用智能照明系统是智能家居中的一个重要部分，Zigbee无线通信技术可以实现智能照明系统中各个灯具之间的互联互通。
ZigBee无线通信技术在家庭自动化中的应用
ZigBee无线通信技术在家庭自动化中的应用随着科技的不断发展，智能家居已经成为了现代家庭必不可少的一部分，而ZigBee无线通信技术也逐渐得到了越来越多的人关注和使用。
那么，ZigBee无线通信技术在家庭自动化中具体的应用及其优势是什么呢？一、ZigBee无线通信技术的基本原理ZigBee无线通信技术是一种低功耗、短距离、低数据速率的无线通信技术，它可以实现低功耗设备之间的无线通信，并可以使这些设备在一个网络环境中实现互联互通。
其基本原理是使用整个频谱上的窄带信道进行通信，把数据分成小块进行传输，从而降低了功耗和成本。
二、ZigBee在家庭自动化中的应用1、智能家居控制系统ZigBee技术可以实现智能家居系统的无线互联，让家中的各种设备能够相互交互，并可以通过手机、平板电脑等智能设备进行控制。
例如，当主人出门时，可以通过手机上的应用程序关闭家里的空调、电视等设备，从而达到节能的效果。
2、安全监控系统ZigBee技术还可以用于家庭安防监控系统。
通过安装一些无线传感器，可以实现对门窗、烟雾、气体、水浸等异常情况的检测。
一旦检测到异常情况，系统便可立即发出报警信号，提高家庭安全系数。
3、智能家电控制现在越来越多的家电制造商开始将ZigBee技术应用到家电产品中。
通过智能网关，可以将智能家电相互连接，实现家庭自动化控制。
例如，当主人离开家时，智能网关会自动关闭家里的空调、电视等电器，当主人回家时，系统也会自动开启这些设备。
三、ZigBee在家庭自动化中的优势1、低功耗、长寿命ZigBee技术的低功耗性质使得它可以在电力不足或无电的情况下运行，并且其寿命也比传统的无线技术长，可以达到数年甚至十年。
2、可靠稳定ZigBee技术采用更高级的方法来处理数据包丢失和重传，因此能够保持网络的稳定性。
与此同时，其小型化架构，也使得其更容易被维护和升级，以满足不同的管理需求。
3、通信距离更远ZigBee技术使用低功率射频（RF）信号，可实现更远的无线通信距离。
zigbee技术
1.ZigBee技术介绍1.1.什么是ZigBeeZigBee又叫紫蜂，是一种低功率无线电通信的开放标准，包括强大可靠的网络协议，安全服务和应用层，以确保设备间的互操作性。
ZigBee标准支持16个在全球范围内免许可证的2.4 GHz频段通道，通道数据传输速率达250kbps，同时也支持868/915MHz频段。
ZigBee技术是随着工业自动化对于无线通信和数据传输的需求而产生的，Zigbee网络省电、可靠、成本低、容量大、安全，可广泛应用于各种自动控制领域。
ZigBee强大的网络协议栈提供全网状路由功能，包括自动路由发现和修复，在不可预知的城市环境中，该功能对于网络的长期运作具有关键的作用。
ZigBee的超低能耗性能支持在非路由连接终端设备上使用电池进行长时间供电。
ZigBee还提供行业审查商业级的安全算法，它结合网络层和数据链路层（节点到节点）的公共密钥加密算法与密钥更新算法，以确保可靠的无线网络安全。
由于ZigBee设备易于安装和维护，既可靠又安全，并能够提供较长的电池寿命和高度可扩展的网络（成千上万的设备），同时可满足嵌入式设备较高的成本控制要求，ZigBee 标准越来越多地被用于连接设备到设备的传感器和控制应用程序。
1.2.ZigBee的应用范围1.3.主流无线通信技术的比较注：(1)单个子网最大节点数为理论值；(2)384Kbps为EGPRS理论传输值；(3)通信距离均为可视距离。
1.4.ZigBee技术的优势●低成本：使用ISM频段，无需申请License，无需缴纳专利费；●超低功耗：支持电池供电运行数年时间；●复杂性低，网络协议简单；●组网简单：自组网和自动路由功能使得网络的构建和维护变得十分容易；●稳定性高：网状网络提供高冗余通信路径，具备路由自动修补和优化能力，保证网络稳定可靠；CSMA/CD技术和重发确认机制确保了网络内数据通信的稳定性；●高安全性：提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用通用的AES-128位加密算法；●兼容性：开放的标准使不同供应商的产品可以很容易实现互联互通；国际通用的免费频段使产品准入更为简单；●响应速度快：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短●网络容量大：单个子网可管理多达65535个节点。
ZigBee技术简介
①低功耗。在低耗电待机模式下,2 节 5 号干电池可支持 1 个节点工作 6～24 个月,甚至更长。这是 ZigBee 的突出优势。
②低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的 1/10) ,降低了对通信控制器的要求,按预测分析,以 8051 的 8 位微控制器测算,全功能的主节点需要 32KB 代码,子功 能节点少至 4KB 代码,而且 ZigBee 免协议专利费。每块芯片的价格大约为 2 美元。
MAC Layer
IEEE 802.15.4
2.4GH
PHY Layer
868/915
Silicon
麓源电子科技有限公司
第5页
ZigBee Stack
Application
Lustech
四、 ZigBee 联盟
ZigBee 联盟是一个高速增长的非牟利业界组织, 制定网络、安全和应用软件层；提供不同产品的协调性及互通性测试规格；在世界各地推广 ZigBee 品牌并争取市场的关 注；管理技术的发展。ZigBee 联盟的主要目标是以透过加入无线网络功能，为消费者提供更富弹性、更易用的电子产片。ZigBee 技术能融入各类电子产品，应用范围横跨 全球民用、商用、公用及工业用等市场。生产商终于可以利用 ZigBee 这个标准化无线网络平台，设计简单、可靠、便宜又省电的各种产品。成员包括国际著名半导体生产 商、技术提供者、代工生产商以及最终使用者。成员正制定一个基于 IEEE802.15.4、可靠、高性价比、低功耗的网络应用规格。目前超过 200 家成员公司正积极进行 ZigBee 规格的制定工作。 当中包括 7 位推广委员， 半导体生产商、 无线技术供应商及代工生产商。 7 位推广委员分别为： Honeywell， Invensys， Mitsubishi， Motorola， Philips， Samsung。
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。
《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
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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技术及协议
ZIGBEE技术及协议ZigBee技术及协议是一种基于无线通信的网络协议，它为低功耗设备之间的通信提供了一种简单、低成本的解决方案。
ZigBee技术及协议在物联网、智能家居、工业自动化等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍ZigBee技术及协议的基本原理、特点及应用。
一、ZigBee技术及协议基本原理ZigBee技术及协议基于IEEE 802.15.4标准，它是一种短距离、低功耗的无线通信技术，操作频率在2.4GHz、868MHz及915MHz三个频段。
ZigBee技术采用了自组织、自动路由、分布式网络的概念，可以实现大规模的无线传感网络，支持千万级的节点数量。
ZigBee协议是一种基于星型或网状拓扑结构的网络协议，它通过对数据包的传输进行优化，实现了低功耗和低延时的通信效果。
ZigBee设备通常由协调器（Coordinator）、路由器（Router）和终端节点（End Device）组成，协调器负责网络的管理和控制，路由器负责数据包的转发，终端节点负责数据的采集和传输。
二、ZigBee技术及协议的特点1.低功耗：ZigBee设备采用了睡眠和唤醒的方式来降低功耗，终端节点可以通过休眠来降低功耗，并且可以根据需要定期唤醒进行通信。
2.低速率：ZigBee技术的传输速率相对较低，通常在250Kbps以下。
这使得ZigBee技术非常适合传输小量数据和低频率的通信。
3.低成本：ZigBee设备采用了低成本的硬件和软件设计，可以降低设备的制造成本，提高设备的可扩展性。
4.安全性：ZigBee协议支持AES 128位加密算法，保护网络通信的安全性，防止数据被非法访问和篡改。
5.自组织性：ZigBee设备可以自动组建网络，无需人工干预，可以方便地扩展网络规模。
三、ZigBee技术及协议的应用1.物联网：ZigBee技术及协议在物联网领域被广泛应用，可以实现智能家居、智能能源管理、智能健康监测等功能。
通过ZigBee技术，各种传感器和控制设备可以实现互联互通，实现信息的采集和传输。
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技术简介
ZigBee技术简介1、Zigbee是一种近距离、低复杂度、低功耗、自组网、低数据速率、低成本、高可靠的双向无线通信技术。
适合于自动控制、远程控制领域及家用设备联网，是物联网的核心技术之一。
1.1.Zigbee优势：1)免布线。
实施周期短、费用低，维护成本低2)双轨通信，抗干扰性强，通信稳定。
采用扩频通讯技术；每个节点同时维护两条与主站的通信路径(双轨通信)；并采用多个信道并行传输，即便其中几个信道被干扰，依然可以在其他信道保持通信畅通。
3)自动组网、自动路由、自动修复。
ZigBee网络是智能型网络，每个节点具有自组网特性，不仅作为采集发送节点，还可以为其它节点中继数据。
4)16级级联，网络容量大，扩展性强1.2适用范围：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以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
如短距离自动控制、远程控制及家用设备的无线联网，无线抄表网络、能耗监测及管理系统。
1.3应用案例：写字楼、办公楼、宿舍楼、工厂、酒店、医院、学校等，尤其适用于一些布线困难旧楼改造的能耗管理系统。
2、Zigbee无线自组网络特点：2.1自动组网。
上电后，无线设备自动寻找网络入网2.2自动登记信息。
无线设备入网后，自动将自己的信息上报到网络中心协调点(主站) 2.3数据自动路由。
每个无线设备具备中继路由功能，收到数据会自动继续转发2.4自动修复路径。
自动路由设备原来的路径不通时，可以寻找新的路径连接网络2.5抗干扰。
采用扩频通讯技术、频率快变技术、信道免冲突算法，多信道链接，双轨传输2.6免费频段。
工作频段ISM 2.4GHz，发射功率100mW，接收灵敏度-90dBm两点间通讯距离。
空旷地视距超过200m，小区内视距70-120m，办公建筑屋内视距50-80m，居住建筑物内30-50m，室内20-50m2.7级联通讯。
每个设备均带中继路由功能，可作为节点中继（无需另加中继器），级联深度为16级3、ZigBee/蓝牙/wi-fi等技术的比较ZigBee/蓝牙/wi-fi等技术的比较。
《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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图7 网络层参考模型
上层实体
NLDE-SAP 网络层数据 实体 MCPS-SAP
MAC层实体
同步包头
同步包头用于获取符号、扩频码、帧同 步。也有助于粗略的频率调整。 物理层包头指示的是净电荷部分的长度。 物理层净电荷部分含有MAC层数据包， 净荷部分最大程度不超过127字节。
MAC层工作机制 MAC层工作机制
IEEE 802系列把数据链路层分成LLC和 MAC两个子层。MAC与LLC的接口中用于管 理 目的的原语仅有26条，相对于蓝牙131条 和32个事件而言，MAC的复杂度很低，降低 了功耗和成本。 MAC层在服务协议汇聚层和物理层之间 提供一个接口图5是MAC层的参考模型。
图1 zigbee协议框架 应用层1 …… 应用汇聚层 网络层 IEEE 802.2逻辑 链路控制类型 业务汇聚特定子层 其他逻辑 链路控制 标准 应用层N
IEEE 802.15.4介质访问控制 2.4GHz物 理层 868MHz/915MHz 物理层
PHY层和 层和MAC层工作机制 三、PHY层和MAC层工作机制
2004年,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年， 推出ZigBee 2006，比较完 善. 2007年底，ZigBee PRO推出 ZigBee的底层技术基于IEEE 802.15.4。 物理层PHY和媒体接入控制层MAC直接 引用了IEEE 802.15.4
NLME-SAP 网络层管理 实体 MLME-SAP
网络层管理实体提供如下服务： ◆配置一个新的设备； ◆初始化一个网络； ◆连接和断开网络； ◆路由发现； ◆邻居设备发现； ◆接受控制。 网络层数据实体提供如下服务： ◆生产网络层协议数据单元（NPDU）； ◆指定拓扑传输路由。
其他部件功能
应用汇集层：把不同的应用映射到 zigbee网络。 应用层功能：除了提供一些必要的 函数以及为网络层提供合适的服务接口 外，应用者还可以在这一层定义自己的 应用对象。
物理层通过射频固件和射频硬件提供了 一个从MAC层到物理层的无线信道接口。 图3 zigbee物理层结构模型
数据服务 接入点
物理层
物理层管理实 体-接入点
物理层管理实体
物理层个域网 络基本信息
物理层数据服务-接入点
图4 物理层数据包格式
4字节 字节 前同步码 1字节 字节 帧定界符 1字节 字节 帧长度（7位）预留位（1位） 物理层包头 变量 PSDU 物理层净荷
一、ZigBee的起源 一、ZigBee的起源
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，主要 用于传感控制应用。 由于蓝牙技术对工业，家庭自动化控制 和工业遥测遥控领域而言，显得太复杂，功 耗大，距离近，组网规模太小等，而工业自 动化，对无线数据通信的需求越来越强烈， 而且，对于工业现场，这种无线数据传输必 须是高可靠的，并能抵抗工业现场的各种电 磁干扰。因此，经过人们长期努力，ZigBee 协议在2003年正式问世。
（3）任务组TG3制定的IEEE 802.15.3标准，研 究高传输速度无线个人区域网络标准，主要 追求的是传输速率和服务品质，主要对于在 多媒体的应用。 （4）任务组TG4制定的IEEE 802.15.4标准，针 对低速无线个人区域网络LR-WPAN制定的标 准。该标准把低能量消耗，低速率传输低成 本作为重点目标。 下图1是zigbee协议框架：
K=1,2,3, …,10 906+2(k-1) K=11,12,13, …,26 2401+5(k-11)
图2 频率和信道分布
868MHz/915MHz 物理层
通道0
通道1~10
868.3MHz
902.0MHz
928.0MHz
2.4GHz物理层
通道11~26
2.4GHz
2.483 5Gቤተ መጻሕፍቲ ባይዱz
在2.4GHz的物理层，数据传输速率为 250kb/s,数据传送速率精度为±4× 接受灵 敏度为-85dBm或更高。最小抗干扰水平是临 近信道抗干扰水平是0dB，交替信道抗干扰 水平是30dB。采用的是16相位正交调制技术。 在915MHz的物理层，数据传输速率为 40kb/s, 接受灵敏度为-92dBm或更高。最小抗 -92dBm 干扰水平是临近信道抗干扰水平是0dB，交 替信道抗干扰水平是30dB。采用的是二进制 移相键控的直序列扩频技术。 在868MHz的物理层，数据传输速率为 20kb/s。
图8 zigbee网络示意图
Zigbee终端 Zigbee路由接点 Zigbee协调者
Zigbee特点突出，主要有一下几个方面： ◆低功耗 ◆低成本 ◆低速率 ◆近距离（10~100m） ◆短时延 ◆高容量 ◆高安全
二、zigbee的协议标准 二、zigbee的协议标准
Zigbee是近距离通信的产物，属于个人区 域网络PAN和无线个人区域网络WPAN 在IEEE 802.15工作组内有四个任务组 （1）任务组TG1制定的IEEE 802.15.1标准（蓝 牙）这是一个中等速度，近距离的WPAN， 用于手机等短距离的通信。 （2）任务组TG2制定的IEEE 802.15.2标准，主 要研究IEEE 802.15.1和IEEE 902.11（无线局域 网络标准WLAN）的共存问题。
MHR（MAC层帧头）
MAC载 荷
MFR
帧控制域指明了MAC帧的类型，地址域的 格式及是否需要接收方确认等控制信息。帧序 号域包含了发送方对帧的顺序编号，用于匹配 确认。地址域采用的寻址方式可以是64位IEEE MAC地址或8位的zigbee网络地址。FCS用于接 收方判断该数据是否正确。
四、网络层
ZigBee
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、 低功耗、低速率、低成本的双向近距离 无线组网通讯技术。 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 输以及典型的有周期 性数据、间歇性数据 和低反应时间数据传 输的应用。
一、ZigBee的起源 的起源 二、 ZigBee的协议标准 的协议标准 层和MAC层工作机制 三、PHY层和 层和 层工作机制 四、网络层 五、 ZigBee技术的特点 技术的特点
Zigbee使用的无线信道由表1确定，频率和信道 分布如图2所示。从图中可以看出zigbee使用了3个频 段定义了27个物理信道。 表1 zigbee无线信道组成
信道编号
K=0 中心频率 /MHz 868.3 2 5 信道间隔 /MHz 频率上限 /MHz 868.6 928.0 2483.5 频率下限 /MHz 868.0 902.0 2400.0
图5 MAC层参考模型 MAC层参考模型
MAC公共部分子 层-服务接入点
MAC层管理实 体-服务接入点
MAC管理实体
MAC公共部分子层
MAC层个域网 信息库 物理层管理实体服务接入点
物理层数据服 务接入点
图6 MAC层数据包格式
2字节 字节 帧控制 1字节 字节 序列号 0/2字 字 节 目的 PAN 标示符 0/2/8字 0/2字 字 字 节 节 目的地 址 源 PAN 标示符 0/2/8字 可变 字 节 源地址 帧载荷 2字节 字节 FCS
ZigBee技术的特点 五、ZigBee技术的特点
Zigbee是由多达65000个无线数传模块组 成的无线数传网络平台，整个网络范围之间 他们可以相互通信。 Zigbee主要为自动化控制数据传输而建 立，每一个zigbee网络节点不仅本身可以与键 控对象连接直接进行数据采集和监控，还可 以自动中转其他网络节点传过来的数据资料。 除此之外每个zigbee网络节点（FFD）还可以 在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网 络信息中转任务的孤立子节点（RFD）无线 连接