zigbee的系统结构和组网方式
ZigBee协议
ZigBee协议协议名称：ZigBee协议一、引言ZigBee协议是一种低功耗、低速率的无线通信协议，旨在为物联网设备提供可靠、安全的无线通信能力。
本协议旨在规范ZigBee网络的组网方式、通信协议、安全机制等内容，以确保设备之间的互操作性和数据传输的可靠性。
二、范围本协议适用于基于ZigBee技术的物联网设备，包括但不限于传感器、执行器、智能家居设备等。
三、术语定义1. ZigBee：一种基于IEEE 802.15.4标准的无线通信技术，用于低功耗、低速率的短距离通信。
2. ZigBee设备：采用ZigBee技术的物联网设备，包括终端设备和协调器设备。
3. 终端设备：指无线传感器节点或执行器节点，可以通过协调器设备进行通信。
4. 协调器设备：指ZigBee网络中的主节点，负责网络的管理和协调。
四、ZigBee网络组网方式1. 网络拓扑结构：ZigBee网络采用星型、树型或网状拓扑结构，由一个协调器设备和若干终端设备组成。
2. 网络组网方式：ZigBee网络可以通过协调器设备进行主动组网，也可以通过设备之间的自组织方式进行动态组网。
3. 网络扩展性：ZigBee网络支持网络的扩展，可以通过添加更多的终端设备或协调器设备来扩大网络规模。
五、ZigBee通信协议1. ZigBee帧格式：ZigBee通信采用帧格式进行数据传输，包括帧起始符、帧控制字段、目标地址字段、源地址字段、帧有效载荷和帧校验字段等。
2. 数据传输方式：ZigBee通信支持广播传输、单播传输和多播传输三种方式，根据实际应用需求选择合适的传输方式。
3. 数据传输速率：ZigBee通信的数据传输速率根据设备所采用的射频通信频段和通信距离进行调整，一般在10-250 kbps之间。
4. 网络协议栈：ZigBee通信采用分层的网络协议栈，包括物理层、介质访问控制层、网络层和应用层，以实现数据的可靠传输和网络的管理。
六、ZigBee安全机制1. 密钥管理：ZigBee网络使用密钥管理机制来确保通信的安全性，包括密钥生成、密钥分发和密钥更新等操作。
zigbee协议规范
zigbee协议规范ZigBee是一种低功耗、低成本、无线网络通信协议，旨在为物联网设备提供高效的通信方式。
它基于IEEE 802.15.4标准，并使用了一套自己的通信协议规范。
本文将介绍ZigBee协议规范的主要内容及其在物联网领域的应用。
一、ZigBee协议框架ZigBee协议规范采用分层架构，包括应用层、网络层、MAC层和物理层。
应用层负责定义设备之间的应用通信协议，网络层处理设备之间的路由和组网，MAC层管理设备之间的访问和数据传输，物理层负责无线信号的调制和解调。
二、ZigBee网络拓扑结构ZigBee支持多种网络拓扑结构，包括星型、网状、集群树型等。
星型拓扑结构是最简单的，以一个协调器为中心，与多个终端设备直接通信。
网状拓扑结构允许多个设备之间进行直接通信，具有自组织和自修复的能力。
集群树型拓扑结构是一种分层的网络结构，能够实现更高效的数据传输和路由选择。
三、ZigBee通信协议ZigBee协议规范定义了一组通信协议，包括应用层协议、网络层协议、MAC层协议和物理层协议。
其中，应用层协议提供了设备之间的应用通信接口，可根据不同的应用需求进行自定义；网络层协议负责路由选择和组网管理，实现了多跳传输和自动路由；MAC层协议管理设备之间的通信时间和频率，以实现低功耗和高效通信；物理层协议定义了无线信号的调制和解调方式，包括频率、带宽和调制类型等。
四、ZigBee应用领域ZigBee协议规范广泛应用于物联网领域，包括家庭自动化、智能城市、工业控制和农业监测等。
在家庭自动化中，ZigBee可以连接家庭中的各种设备，如灯光、门窗、温度传感器等，实现智能化的控制和管理。
在智能城市中，ZigBee可以应用于智能交通、环境监测和智能能源管理等领域，提高城市的管理效率和生活质量。
在工业控制中，ZigBee可以实现设备之间的无线通信和监测，提高生产效率和安全性。
在农业监测中，ZigBee可以应用于土壤湿度、气象信息等数据的采集和传输，为农业生产提供便利。
基于ZigBee的无线通信组网设计
基于ZigBee的无线通信组网设计一、ZigBee协议栈ZigBee协议栈是ZigBee通信协议的基础，由物理层、MAC层、网络层和应用层组成。
物理层定义了无线信道的调制、频率和功率等参数；MAC层负责数据的传输和接收，实现了信道共享和帧格式的定义；网络层处理路由选择和网络拓扑结构的管理；应用层实现了不同应用的数据处理和交互。
这些层次的协议组成了整个ZigBee协议栈，为ZigBee的无线通信提供了可靠的基础。
二、网络拓扑结构ZigBee的网络拓扑结构包括星型、网状和混合型等几种形式。
星型拓扑结构适用于简单的小范围通信，一个集中控制器连接多个设备；网状拓扑结构适用于大范围通信和设备密集的场景，任意两个设备之间都可以通过中继节点进行通信；混合型拓扑结构将星型和网状结合起来，适用于较大规模和多样化的应用场景。
不同的网络拓扑结构适用于不同的场景和需求，设计者可以根据实际情况选择合适的网络结构。
三、节点类型ZigBee网络中的节点主要分为协调器、路由器和终端设备三种类型。
协调器是网络中的主节点，负责网络的组建和管理；路由器用于数据的中继和转发，拥有一定的计算和存储能力；终端设备是网络中的终端节点，通常功耗较低，只负责数据的采集和传输。
这三种节点类型相互配合，形成了稳定的通信网络。
四、通信机制ZigBee的通信机制主要包括数据传输、路由选择和能耗管理等方面。
数据传输采用了低功耗的无线通信技术，使用低频率和短数据包进行数据的传输；路由选择采用了基于跳数的路由协议，实现了快速且稳定的数据传输；能耗管理采用了低功耗的设计，通过睡眠模式和功耗优化实现了长时间的运行。
这些通信机制使得ZigBee具有了良好的稳定性和低功耗的特点。
基于ZigBee的无线通信组网设计是一项复杂而重要的工作。
设计者需要根据实际应用场景和需求，选取合适的ZigBee协议栈、网络拓扑结构、节点类型和通信机制，才能设计出稳定、高效、低功耗的无线通信系统。
zigbee简介_pptZigBee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,I
ZigBee和简单无线通讯之间 最大区别
• 简单的点到点，点到多点通讯（目前很多这样的 数传模块），包装结构比较简单，主要为同步序 言，数据，校验几部分组成。而ZigBee是采用数 据帧的概念，每个无线帧包括了大量无线包 装， 包含了大量时间，地址，命令，同步等信息，真 正的数据信息只占很少部分，而这正是ZigBee可 以实现网络组织管理，实现高可靠传输的关键。 • 同时，ZigBee采用了MAC技术和DSSS （直扩 序列调制）技术，能够实现高可靠，大规模网络 传输。
应用ZigBee可组成多种网络拓扑结构 最重要的是网状网络（Mesh)
ZigBee节点类型
节点工能介绍
• 1.协调器 • 上电启动和配置网络（例如设定网络标示符 ，选择信道）， 一旦完成后相当于路由器功能。 • 2.路由器 • (1)允许其他网络设备加入 (2)多路跳由 (3)协助电池供电的子节点通信 (4)自己作为终端节点应用 3 终端节点 向路由节点传递数据，可选择睡眠与唤醒。 （路由因不断转发数据需电池供电，终端节点电池供电)
Zigbee是IEEE 802.15.4的扩展
• ZigBee不仅只是IEEE802.15.4的名字。 IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，而 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。
Zigbee技术的表现形式
• 由各种软件代码，分层次 组成的软件协议栈。 • 代码分类：应用层， 应用安全层，网络层， MAC层等等。 • 代码形式：源代码和库文件。
协议栈核心—网络层
• ZigBee协议栈的核心部分在网络层。网络 层主要实现节点加入或离开网络、接收或 抛弃其他节点、路由查找以及传送数据等 功能，支持Cluster-Tree，AODVjr， Cluster-Tree＋AODVjr等多种路由算法， 支持星形（Star）、树形（ClusterTree）、网格（Mesh）等多种拓扑结构
ZIGBEE
zigbee编辑Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。
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。
这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。
其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。
主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
1概述ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。
ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。
其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。
ZigBee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。
ZigBee网络中设备的可分为协调器(Coordinator)、汇聚节点(Router)、传感器节点(EndDevice)等三种角色。
[1]才茂Zigbee 典型组网方式与此同时，中国物联网校企联盟认为：zigbee作为一种短距离无线通信技术，由于其网络可以便捷的为用户提供无线数据传输功能，因此在物联网领域具有非常强的可应用性。
2起源ZigBee译为"紫蜂"，它与蓝牙相类似。
是一种新兴的短距离无线通信技术，用于传感控制应用(Sensor and Control)。
由IEEE 802.15工作组中提出，并由其TG4工作组制定规范。
2001年8月，ZigBee Alliance成立。
2004年，ZigBee V1.0诞生。
它是Zigbee规范的第一个版本。
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协议体系结构
竭诚为您提供优质文档/双击可除zigbee协议体系结构篇一：zigbee协议架构根据应用和市场需要定义了zigbee协议的分层架构，其协议的体系结构如图1所示，其中物理层（physicallayer，phy）和媒介访问控制层（mediumaccesscontrolsub-layer,mac）是由ieee802.15.4-20xx标准定义的，在这个底层协议的基础上zigbee联盟定义了网络层（networklayer,phy）和应用层（applicationlayer,apl）架构.图1zigbee协议栈体系结构物理层规范物理层定义了它与mac层之间的两个接口：数据服务接口pd-sap和管理服务接口plme-sap，其中pd-sap接口还为物理层提供了相应的数据服务，负责从无线物理信道上收发数据，而plme-sap接口同时为物理层提供相应的管理服务，用于维护一个由物理层相关数据组成的数据库。
物理层负责数据的调制、发送和接收、空闲信道评估（clearchannelassessment,cca）信道能量的监测（energydetect,ed）和链接质量指示（linkqualityindication，lqi）等。
物理层帧结构由同步头、物理层帧头和物理层有效载荷三部分组成，如表1所示。
同步头又包括32bit的前同步码和8bit的帧定界符，前同步码用来为数据收发提供码元或数据符号的同步；帧界定符用来标识同步域的结束及数据的开始。
物理层帧头包括7bit的帧长度和1bit的预留位，帧长度定义了物理层净荷的字节数。
物理层有效载荷就是mac层的帧内容。
表一物理层帧格式媒体接入控制层规范mac层定义了它与网络层之间的接口，包括提供给网络层的数据服务接口mlde-sap和管理服务接口mlme-sap，同时提供了mac层数据服务和mac层管理服务。
mac层数据服务主要实现数据帧的传输；mac层管理服务主要负责媒介访问控制、差错控制等。
ZigBee简介
【简介】：现实生活中，系统传输的通常为小量的突发信号。
虽然能满足传输，但其成本高、体积大和能源消耗大等问题不得不让我们考虑，在这种情况下，体积小、成本低、能量消耗小和传输速率低的短距离无线通信Zigbee技术诞生了。
简单的说，Zigbee是一种高可靠的【无线数据传输网络】，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是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个Zigbee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。
与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，Zigbee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，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Zigbee“基站”却不到1000元人民币。
每个Zigbee网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。
除此之外，每一个Zigbee网络节点(FFD)还可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的子节点(RFD)无线连接。
【发展史】：1999年针对自动化应用需求的增加，低功耗、低成本以及多节点的无线网路技术概念ZigBee 因应而生。
2000年12月IEEE成立IEEE 802.15.4工作组，致力于开发一种可应用在固定、可携或移动设备上的低成本、低功耗以及多节点的低速率无线连接技术。
2001年8月美国Honeywell等公司发起成立ZigBee Alliance，他们提出的ZigBee技术被确认纳入为IEEE 802.15.4标准。
2002年10月TI、Motorola、Philips和日本三菱等重量级企业加盟ZigBee Alliance。
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的系统结构和组网方式
简介ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据传输速率的无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术方案。
ZigBee是建立在IEEE 802.15.4标准之上,它确定了可以在不同制造商之间共享的应用纲要。
IEEE 802。
15.4标准定义了ZigBee协议的PHY层和MAC层。
PHY层规范确定了在2.4GHz（全球通用的ISM频段)以250kb/s的基准传输率工作的低功耗展频无线电以及另有一些以更低数据传输率工作的915MHz(北美的ISM频段）和868MHz（欧洲的ISM频段）的实体层规范。
MAC层规范定义了在同一区域工作的多个IEEE 802。
15。
4无线电信号如何共享空中通道。
为了促进ZigBee技术的发展,2001年8月成立了ZigBee联盟，2002年下半年,英国Invensys公司、日本三菱电子公司、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，它们将加入“ZigBee联盟”，目前该联盟已经有150多家成员，以研发名为ZigBee的下一代无线通信标准.正如前面所述，ZigBee不仅仅只是802。
15.4的名字，IEEE 802。
15.4仅处理低级MAC层和PHY层协议，所以ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化，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。
ZigBee的组成和构网方式1。
FFD和RFD利用zigbee技术组件的无线个人区域网(WPAN）是一种低速率的无线个人区域网（LR WPAN），这种低速率个人区域网的网络结构简单、成本低廉，具有有限的功率和灵活的吞吐量。
在一个LR WPAN网络中，可同时存在两种不同类型的设备,一种是具有完整功能的设备（FFD），另一种是简化功能的设备(RFD）。
在网络中，FFD通常有3中工作状态：（1）作为个人区域网络（PAN)的主协调器；(2)作为一个普通协调器；（3)作为一个终端设备。
FFD可以同时和多个RFD或其他FFD通信。
Zigbee组网原理详解
Zigbee组网原理详解1.组网概述组建一个完整的zigbee网状网络包括两个步骤：网络初始化、节点加入网络。
其中节点加入网络又包括两个步骤：通过与协调器连接入网和通过已有父节点入网。
2. 网络初始化预备Zigbee网络的建立是由网络协调器发起的，任何一个zigbee节点要组建一个网络必须要满足以下两点要求：（1）节点是FFD节点，具备zigbee协调器的能力；（2）节点还没有与其他网络连接，当节点已经与其他网络连接时，此节点只能作为该网络的子节点，因为一个zigbee网络中有且只有一个网络协调器。
FFD：Full FuncTIon Device 全功能节点RFD：Reduced FuncTIonDevice 半功能节点3.网络初始化流程3.1 确定网络协调器：首先判断节点是否是FFD节点，接着判断此FFD节点是否在其他网络里或者网络里是否已经存在协调器。
通过主动扫描，发送一个信标请求命令（Beaconrequest command），然后设置一个扫描期限（T_scan_duraTIon），如果在扫描期限内都没有检测到信标，那么就认为FFD在其pos内没有协调器，那么此时就可以建立自己的zigbee网络，并且作为这个网络的协调器不断地产生信标并广播出去。
注意：一个网络里，有且只能有一个协调器（coordinator）。
3.2 进行信道扫描过程。
包括能量扫描和主动扫描两个过程：首先对指定的信道或者默认的信道进行能量检测，以避免可能的干扰。
以递增的方式对所测量的能量值进行信道排序，抛弃那么些能量值超出了可允许能量水平的信道，选择可允许能量水平的信道并标注这些信道是可用信道。
接着进行主动扫描，搜索节点通信半径内的网络信息。
这些信息以信标帧的形式在网络中广播，。
介绍zigbee的组成部分及zigbee技术与应用
介绍zigbee的组成部分及zigbee技术与应用ZigBee是一种基于IEEE802.15.4的低功耗、低传输速率、架构简单的短距离无线通信技术，它在自动控制领域的应用正越来越引起业界的瞩目。
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，亦包含寓意。
Zigbee技术并不是完全独有、全新的标准。
它的物理层、MAC层和链路层采用了IEEE802.15.4（无线个人区域网）协议标准，但在此基础上进行了完善和扩展。
其网络层、应用会聚层和高层应用规范（API）由Zigbee联盟进行了制定。
需要无线通信交换信息的低成本装置;数据的交换量较小、传输的速率要求不高;功耗要求极低，采用电池供电且需要维持较长时间;需要多个（尤其是大量）设备组成无线通信网络，主要进行监测和控制的场合。
Zigbee传输距离为数十米，使用频段为免费的2.4GHz与900MHz频段，传输速率为20kbps 至250kbps。
BobHeile认为，相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee技术的低功耗、低速率是最适合作为传感器网络的标准，这将成为未来Zigbee技术主要的发展方向。
此外，Zigbee成本低、结构简单、耗电量小等特点，使得利用Zigbee技术组成的网络具备省电、可靠、成本低、容量大、安全、自愈性强等诸多优势，基于Zigbee技术的网状网结构在组网和选择网络路径时更加灵活、自由。
基于Zigbee技术的传感器网络应用非常广泛，可以帮助人们更好地实现生活梦想。
智能家居：Zigbee技术应用在数字家庭中，可使人们随时了解家里的电子设备状态。
家里可能都有很多电器和电子设备，如电灯、电视机、冰箱、洗衣机、电脑、空调等等，可能还有烟雾感应、报警器和摄像头等设备，以前我们最多可能就做到点对点的控制，但如果使用了ZigBee技术，可以把这些电子电器设备都联系起来，组成一个网络，甚至可以通过网关连接到Internet，这样用户就可以方便的在任何地方监控自己家里的情况，并且省。
《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。
简析ZigBee智能家居系统自动组网技术
简析ZigBee智能家居系统自动组网技术智能家居网络按网络介质的不同可分为有线网络与无线网络两类。
有线网络主要是利用家中的电话线或电力线进行组网，而无线网络主要利用 2. 4GHz 频段的免费无线资源进行组网。
显而易见，同有线网络技术相比，无线网络安装方便、组网灵活、即插即用、可移动性强，因而更适合于智能家居网络的发展，这也为自组网技术的发展奠定了良好的基调。
一、ZigBee智能家居系统自动组网技术（一）数据通信技术在对本智能家居系统的通信模块进行设计的时候，采用了与ZigBee协议结构相似的分层结构。
整个通信模块的结构由上到下分为：应用层、射频层和硬件抽象层。
1、应用层：位于整个通信模块结构的最上层，在整个家居系统中设计的应用都定义在该层。
当启动系统软件的时候，启动的就是应用层。
当用户需要实现某个功能时，用户通过操作应用层，利用应用层给下层的射频层和硬件抽象层下达相关的命令，来实现相关的功能。
2、射频层：主要通过调用硬件抽象层的相关函数来间接调用整个家居系统设备中的硬件资源，从而为数据收发提供接口用于相关数据的收发，并通过调用相关的安全机制来保证数据收发的安全性和可靠性。
硬件抽象层利用相关的接口函数来直接驱动硬件设备，而射频层和应用层只需要调用硬件抽象层就能对相关的硬件进行控制，简单、方便。
3、硬件抽象层：在对硬件抽象层进行具体设计时，让其由：常用、接口、射频、外射驱动等四个文件夹组成。
常用文件夹中主要对该层的数据类型、8051微控制器的特殊功能寄存器以及全局中断函数进行相关的定义。
接口文件夹中主要包含该层需要用到的所有的头文件。
GC2430的头文件和相关的驱动文件存儲在射频文件夹中，而除了CC2430射频模块以外，其它外部设备的驱动文件则存储在外射驱动文件夹中。
通过对硬件资源的寄存器进行相关的映射，射频层和应用层直接利用驱动文件夹来对硬件抽象层进行相关的操作而不需要考虑硬件的细节。
（二）ZigBee节点功能对于通信网络中的应用层的设计，主要是对ZigBee节点的相关功能进行设计。
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：。
基于ZigBee的无线通信组网设计
基于ZigBee的无线通信组网设计
ZigBee是一种低功耗的无线通信技术，适用于物联网领域中的传感器网络。
它采用了自组织、自愈、低功耗和低数据传输速率的特点，在家庭自动化、工业自动化、智能照明
等领域得到了广泛应用。
基于ZigBee的无线通信组网设计涉及到网络拓扑结构、通信协议、路由算法和网络安全等方面。
网络拓扑结构可以是星型、网状或树状。
星型拓扑结构采用一个集中式的协调器作为
网络控制中心，各个节点通过无线连接到协调器。
网状拓扑结构中，每个节点都可以连接
到其他节点，从而实现多路径传输，提高了网络的可靠性。
树状拓扑结构是一种层级结构，其中一个节点作为根节点，其他节点通过无线连接到根节点。
通信协议是保证网络正常运行的关键，ZigBee采用了自己独特的ZigBee协议。
这个
协议定义了节点之间的通信方式，包括数据封装、路由和安全等方面。
通过ZigBee协议，节点可以高效地传输数据、进行网络管理和控制。
路由算法是指节点之间传输数据的路径选择算法。
在ZigBee网络中，节点通过跳跃传输数据，这就需要选择合适的路径来保证数据的可靠传输。
ZigBee采用了基于多跳的路由算法，通过选择最优的路径将数据传输到目标节点。
路由算法也要考虑节点的能量消耗，
以保证网络的持续运行。
网络安全是保证ZigBee网络安全的关键。
在无线通信中，数据的安全性非常重要，特别是涉及到个人隐私和机密信息。
ZigBee提供了一系列的安全措施，如数据加密、认证和访问控制等，以保护网络中的数据安全。
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简介ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据传输速率的无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术方案。
ZigBee是建立在IEEE 802.15.4标准之上，它确定了可以在不同制造商之间共享的应用纲要。
IEEE 802.15.4标准定义了ZigBee协议的PHY层和MAC层。
PHY层规范确定了在2.4GHz(全球通用的ISM频段)以250kb/s的基准传输率工作的低功耗展频无线电以及另有一些以更低数据传输率工作的915MHz（北美的ISM频段）和868MHz（欧洲的ISM频段）的实体层规范。
MAC层规范定义了在同一区域工作的多个IEEE 802.15.4无线电信号如何共享空中通道。
为了促进ZigBee技术的发展，2001年8月成立了ZigBee联盟，2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电子公司、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，它们将加入“ZigBee联盟”，目前该联盟已经有150多家成员，以研发名为ZigBee的下一代无线通信标准。
正如前面所述，ZigBee不仅仅只是802.15.4的名字，IEEE 802.15.4仅处理低级MAC层和PHY层协议，所以ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化，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。
ZigBee的组成和构网方式1.FFD和RFD利用zigbee技术组件的无线个人区域网（WPAN）是一种低速率的无线个人区域网（LR WPAN），这种低速率个人区域网的网络结构简单、成本低廉，具有有限的功率和灵活的吞吐量。
在一个LR WPAN网络中，可同时存在两种不同类型的设备，一种是具有完整功能的设备（FFD），另一种是简化功能的设备（RFD）。
在网络中，FFD通常有3中工作状态：（1）作为个人区域网络（PAN）的主协调器；（2）作为一个普通协调器；（3）作为一个终端设备。
FFD可以同时和多个RFD或其他FFD通信。
而RFD则只用一种工作状态即作为一个终端设备，并且一个RFD只能和一个FFD通信。
2.ZigBee的体系结构ZigBee体系结构主要有物理（PHY）层、媒体接入控制（MAC）层、网络/安全层以及应用框架层构成，如下图所示：图1 ZigBee的体系结构由上图可知：IEEE 802.15.4标准定义了ZigBee协议的PHY层和MAC层，而ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化，还开发了安全层，这才真正形成了ZigBee协议栈。
其中PHY层的特征是启动和关闭无线收发器，能量检测，链路质量，信道选择，清除信道评估（CCA），以及通过物理媒体对数据包进行发送和接受。
MAC层的特征是：信标管理，信道接入，时隙管理，发送确认帧，发送连接及断开连接请求。
除此之外，MAC层为应用合适的安全机制提供了一些方法。
网络/安全层主要用于ZigBee的LR WPAN网的组网连接、数据管理以及网络安全等。
应用框架层主要为ZigBee技术的实际应用提供一些应用框架模型，不同应用场合，不同厂商提供的应用框架是有差异的。
3. ZigBee的网络拓扑结构根据应用需求，ZigBee技术网络有两种网络拓扑结构：星型的拓扑结构和对等的拓扑结构，其中对等拓扑结构又包括簇状拓扑结构和网状拓扑结构。
如下图所示：图2 ZigBee的拓扑结构星型拓扑网络结构由一个叫做PAN主协调器的中央控制器和多个从设备组成，主协调器必须为全功能设备(FFD)，从设备既可为全功能设备（FFD）也可为缩简功能设备(RFD)。
在网络通信中，通常将这些设备分为起始设备或者终端设备，PAN主协调器既可作为起始设备、终端设备，也可作为路由器，它是PAN网络的主要控制器。
在任何一个拓扑网络上，所有设备都有唯一的64位的长地址码，该地址码可以在PAN中用于直接通信，或者当各设备之间已经存在连接时，可以将其转变为16位的短地址码分配给PAN设备。
因此在设备发起连接时，采用64位的长地址码，只有连接成功后，系统分配了PAN的标识符后，才能采用16位的短地址码进行连接。
因此短地址码是一个相对地址码，长地址码是一个绝对地址码。
在Zigbee技术应用中，PAN主协调器是主要的耗能设备，而其他从设备均采用电池供电。
当一个全功能设备(FFD)第一次被激活后，它就会建立一个自己的网络，将自身设置成为一个PAN 主协调器。
所有星型网络的操作独立于当前其他星型网络的操作，也就是说在星型网络结构中只有一个唯一的PAN主协调器，通过选择一个PAN标识符确保网络的唯一性。
目前，其他无线通信技术的星型网络没有采用这种方式。
因此一旦选定了一个PAN标识符，PAN主协调器就会允许其他从设备加入到它的网络中，无论是全功能设备，还是缩减功能设备都可以加入到这个网络中。
在对等的拓扑网络结构中，同样也存在一个PAN主设备，但该网络不同于星型拓扑网络结构，在该网络中的任何一个设备只要是在它的通信范围之内，就可以和其他设备进行通信。
对等拓扑网络结构能够构成较为复杂的网络结构，例如网状网拓扑结构，这种对等拓扑网络结构在工业监测和控制、无线传感器网络、供应物资跟踪、农业智能化以及安全监控等方面都有广泛的应用。
一个对等网络的路由协议可以是基于A d·hoc技术的，也可以是自组织式的和自恢复式的。
并且在网络中各个设备之间发送消息时，可通过多个中间设备中继的传输方式进行传输，即通常称为多跳的传输方式，以增大网络的覆盖范围。
在对等拓扑结构中，每一个设备都可以与在无线通信范围内的其它任何设备进行通信。
任何一个设备都可定义为PAN主协调器。
例如，可将信道中第一个通信的设备定义成PAN主协调器。
簇树拓扑结构其实是对等网络拓扑结构的一种应用形式，它的另一种典型的应用形式也即为网状网络(Mesh)拓扑结构。
在对等网络中的设备可以为全功能设备，也可以为简化功能设备。
而在簇树中的大部分设备为FFD，RFD只能作为树枝末尾处的叶节点，这主要是由于RFD一次只能连接一个FFD。
任何一个FFD都可以作为主协调器，并且可为其它从设备或主设备提供同步服务。
在整个PAN中，只要该设备相对于PAN中的其他设备具有更多计算资源，比如具有更快的计算处理能力、更大的存储空间以及更多的供电能力等等。
这样的设备都可以成为该PAN的主协调器，通常称该设备为PAN主协调器。
在建立一个PAN时，首先PAN主协调器将其自身设置成一个簇标识符(CID)为0的簇头(CLH)。
然后选择一个没有使用的PAN标识符，并向邻近的其他设备以广播的方式发送信标帧，从而形成第一簇网络。
接收到信标帧的候选设备可以在簇头中请求加入该网络，如果PAN主协调器允许设备加入，那么主协调器会将该设备作为子节点加到它的邻居表中。
同时，请求加入的设备将PAN主协调器作为它的父节点加到邻居表中，成为该网络的一个从设备，其他的所有侯选设备都按照同样的方式，可请求加入到该网络中，作为网络的从设备。
如果候选设备不能加入该网络中，那么它将寻找其他的父节点。
在簇树网络中，最简单的网络结构是只有一个簇的网络，但是多数网络结构由多个相邻的网络构成。
一旦第一簇网络满足预定的应用或网络需求时，PAN主协调器将会按下一个从设备为另一簇新网络的簇头，使得该从设备成为另一个PAN的协调器，随后其他的从设备将逐个加入，并形成一个多簇网络。
无论是星型拓扑结构，还是对等拓扑网络结构，每个独立的PAN都有一个唯一的标识符，利用该PAN标识符，可采用16位的短地址码进行网络设备间的通信，并且可激活PAN网络设备之间的通信。
网状网(Mesh)可以看成是簇树网络的一种改进型的对等网络。
从数据路由来看，簇树网络结构很容易导致非均匀流量分配。
如图3所示，根节点A承担的数据流量明显比其它次级根节点承担的数据流量要大，由此可见，通常具有较小路径深度的树结构承担更大流量处理。
由此将导致处于较小路径深度树结构中的节点其电池能量消耗将比其它较大路径深度树结构中的节点电池能量消耗要快[12]，因而处于较小路径深度中的节点因能量的快速耗尽而更容易失效，其单点失败(SPF)和网络分离的现象[13]就更容易发生。
因此，为了克服网络流量分配不均，在簇树网络的基础上形成如图4所示的网络结构即Mesh网络结构。
图3 簇树网络结构图4 Mesh网络结构与簇树网络相比，网状网络传递数据包将会选择一个更短的路径，从而减少根节点的数据流量。
比如，当数据包从节点M向节点I传递的时候，簇树网络中正常的数据包传递路径是M-L-K-J-A-B-H-I这条路线，而在网状网络中，数据包可能直接从节点M传递到节点I。
这样一方面减少了数据传递的延时，另一方面起到数据分流的作用，从而减轻了根节点的负担，提高了网络运行的稳定性。
4.ZigBee的组网流程节点组网流程如图5所示，当第一个FFD设备被激活后，首先进行对物理层所默认的有效信道进行能量扫描，以检测可能的干扰，并对检测到的信道按能量值大小进行信道排序，然后执行主动扫描过程以选择一个最佳信道作为当前工作信道。
第一个成功建立网络的节点也即协调器节点（在MSSTATE_LRWPAN协议栈中，协调器节点在网络建立过程中不进行信道扫描，直接根据天线的设计频点采用指定的信道进行通信，以达到最佳通信效果）。
网络建立之后，所有其它节点(FFD或RFD)均作为网络中的子节点发送入网请求，寻找其通信范围内的网络，如果找到网络，节点根据所获取的网络信息选择一个父节点提出入网申请。
并等待父节点的请求响应。
父节点收到一个入网申请后，将根据请求信息作出是否允许加入网络的判断，若允许加入，父节点将发出请求响应，告知子节点。
子节点收到请求响应后，将获得一个父节点分配给它的一个网络地址（也叫短地址）作为在网络内的唯一身份标识。
至此节点成功加入网络。
首个FFD激活节点将作为协调器广播信标帧，同时接受新节点的入网请求。
图5 ZigBee的组网流程5.ZigBee信息交流方式IEEE 802.15.4使用一种简单的方法来让多个设备使用同一个频率信道，它使用的访问机制是载波检测多路访问碰撞避免（CSMA-CA）。
在CSMA-CA中，任何时候一个设备想要发送信息，都要先执行一条空闲信道评估（CCA）指令来确保该信道没有被其他设备所使用，然后它才开始发送信号。
判定一个信道是否空闲可以通过测量频带中的频谱能量或者检测工作中信号的类型。
信道访问的方式有两种：基于竞争和免于竞争。
在基于竞争的信道访问中，所有想在同一频率信道传输信息的设备都使用CSMA-CA机制，谁先发现信道空闲谁就先进行传输。
在免于竞争方式中，PAN 协调器为特殊设备留出一个时隙，这个时隙叫做GTS（Guarantee Time Slot），因此，有GTS的设备可以在GTS期间开始发送信息，而不需要使用CSMA-CA机制。