ZigBee技术和标准应用现状的研究
ＺｉｇＢｅｅ技术和标准应用现状的研究
张辉詹炜陈伟清
深圳市标准技术研究院
摘要：ＺｉｇＢｅｅ为你的生活更具效率、更安全、更保密、更可靠和更便捷服务。本文立足与ＺｉｇＢｅｅ技术及其对应的ＺｉｇＢｅｅ产品分类，就ＺｉｇＢｅｅ标准和规范展开了详细的讨论，并总结了发展现状。同时，给出了与ＺｉｇＢｅｅ标准紧密相关的ＺｉｇＢｅｅ认证的总结报告。
关键词：ＺｉｇＢｅｅ技术 ； ＺｉｇＢｅｅ标准 ； ＺｉｇＢｅｅ规范 ； ＺｉｇＢｅｅ认证
中无线通信最开始，ＩＥＦ
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ZigBee技术和标准应用现状的研究
作者：张辉， 詹炜， 陈伟清
作者单位：深圳市标准技术研究院
引用本文格式：张辉.詹炜.陈伟清ZigBee技术和标准应用现状的研究[会议论文] 2012
ZigBee的短距离无线网络技术概述
ZigBee的短距离无线通信技术概述 摘要：近年来，各种无线通信技术迅猛发展，极大提高了人们的工作效率和 生活质量。然而，在日常生活中，我们仍然被各种电缆所束缚，能否在近距 离范围内实现各种设备之间的无线通信?纵观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，成本也比较高，并不适用于短 距离无线通信的场合。蓝牙技术的出现使得短距离无线通信成为可能，但是 其协议较复杂、功耗高、成本高等特点不太适用于要求低成本、低功耗的工 业控制和家庭网络。本文介绍了一种复杂度、成本和功耗都很低的低速率短 距离无线接入技术——ZigBee。该技术主要针对低速率传感器网络而提出， 它能够满足小型化、低成本设备（如温度调节装置、照明控制器、环境检测 传感器等）的无线联网要求，能广泛地应用于工业、农业和日常生活中。 关键字：无线通信技术，zigbee 一、引言 “ZigBee”是什么?从字面上猜像是一种蜜蜂。因为“ZigBee”这个词由“Zig”和“Bee”两部分组成，“Zig”取自英文单词“zigzag”，意思是走“之”字形，“bee”英文是蜜蜂的意思，所以“ZigBee”就是跳着“之”字形舞的蜜蜂。不过，ZigBee并非是一种蜜蜂，事实上，它与蓝牙类似是一种新兴的短距离无线通信技术，国内也有人翻译成“紫蜂”。下面就让我们一起进入这只蜜蜂的世界，与蜂共舞吧! 这只蜜蜂的来头还是要从它的历史开始说起，早在上世纪末，就已经有人在考虑发展一种新的通信技术，用于传感控制应用(sensor and control)，这个想法后来在IEEE 802.15工作组当中提出来，于是就成立了TG4工作组，并且制定了规范IEEE 802.15.4。但是IEEE 802的规范只专注于底层，要达到产品的互操作和兼容，还需要定义高层的规范，于是2002年ZigBee Alliance成立，正式有了“ZigBee”这个名词。两年之后，ZigBee的第一个规范ZigBee V1.0诞生，但这个规范推出的比较仓促，存在一些错误，并不实用。此后ZigBee Alliance 又经过两年的努力，推出了新的规范ZigBee 2006，这是一个比较完善的规范。据联盟最新的消息，今年年底将会发布更新版本的规范ZigBee 2007，这个版本增加了一些新的特性。
【标准】基于Zigbee技术的智能家居系统设计方案
基于Zigbee技术的智能家居系统设计方 家居设备通过Zigbee 进行无线组网，把家居设备的信息和数字视频传输到因特网网络上， 进行实时的显示并进行后续的利用和控制；同时将收集各处传输进来的数字视频信息进行后续的处理和识别。如入侵检测，人脸检测和识别等。 智能家居又称为智能住宅，在国外常用Smart Home 表示。与智能家居含义近似的有家庭自动化（Home Automation）、电子家庭（Electr ON ic Home、E-home）、数字家园（Digital Family）、家庭网络（Home Net/Networks for Home）、网络家居（NetworkHome）、智能家庭/建筑（Intel ligent Home/Building）等。 智能家居系统利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全。智能家居可以提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流通畅，优化人们的生活方式，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。 1 项目概述 1.1 智能家居发展概况 智能家居是利用先进的计算机技术、嵌入式系统和网络通讯技术，将家庭中的各种设备（如照明系统、环境控制、安防系统、网络家电）通过家庭网络连接到一起的，自从美国在1984 真正的智能建筑出现以来，国外已经有将近30 年的研究历史，而国内在这方面的研究相对较晚，从2003 年才逐步应用于高端市场，而且标准不统一，如海信、海尔、清华大学等大家各自为营。由于智能家居系统具有安全、方便、高效、快捷、智能化和个性化的独特魅力，使得智能家居的开发与建设成为21 世纪科技发展的必然趋势。随着全球对能源和环境的要求越来越高，而智能家居在节能方面的效果优势非常明显，因此具有非常广阔的市场前景。 1.2 开发板主要参数 本项目所使用开发板为Real6410 开发板，采用三星公司的ARM11 内核的处理器 S3C6410.开发板上还集成了123 M的DDR 内存以及1 GB NandFlash, 同时预留了
Zigbee技术主流芯片比较2概况
Zigbee技术主流芯片调研 1、Zigbee芯片调研 当今市场已有大量集成Zigbee协议和射频电路的芯片。以下是市场上主流的生成Zigbee的公司及其生产的典型Zigbee芯片。 公司TI FREESCALE ATMEL Nordic 芯片CC2530 MC1321 AT86RF230 nRF24E1/nRF9E5 MCU内核8051 HCS08 无（通过SPI接口由外 接MCU连接） 8051 通过在淘宝上的调查，TI公司的CC2530和FREESCALE的MC1321用户量比较大，有大量的公司提供基于这两款芯片的Zigbee模块，使用这些模块可以减少大量的硬件调试工作，而较容易的实现我们所需的传输功能。以下就这两类主流芯片进行详细介绍。 1.1 CC2530调研 CC2530是市场最主流的Zigbee芯片，TI公司推出的ZIGBEE网络处理器，将复杂的ZIGBEE网络协议栈，处理成了简单的用户接口命令，用户只要使用任何简单的单片机（微控制器），就可以容易的实现对ZIGBEE网络的控制；TI推出这个芯片的目的，就是希望ZIGBEE容易被使用。CC2530是TI公司推出的最新一代ZigBee标准芯片，适用于2.4GHz、IEEE802.15.4、ZigBee和 RF4CE应用。 CC2530包括了极好性能的一流RF收发器，工业标准增强性8051MCU，系统中可编程的闪存，8KB RAM以及许多其它功能强大的特性，可广泛应用在2.4-GHzIEEE802.15.4系统，RF4CE遥控制系统，ZigBee系统，家庭/建筑物自动化，照明系统，工业控制和监视，低功耗无线传感器网络，消费类电子和卫生保健。主要参数如下：
ZigBee技术发展和特点
第2章ZigBee技术及协议分析 2.1 ZigBee技术的发展及其特点⑴ 长期以来，低成本、短距离、低传输率、低功率的无线通讯市场一直存在着。蓝牙（Bluetooth）技术的出现曾让玩具制造商、家庭自动化控制以及工业控制等业界从业者兴奋不已，尽管蓝牙技术有很多优点，但是高昂的价格和其存在的技术缺陷严重影响了这些厂商的使用意愿。对于工业控制、家庭自动化控制等领域 而言，蓝牙技术过于复杂、功耗过大、距离近、组网规模达不到应用要求等，而工业自动化等领域对无线通信的需求越来越大。因此，经过人们的努力，于2004年正式推出了ZigBee协议规。 ZigBee的发展基础是IEEE802.15.4标准，它是一种新型的短距、低速、低功耗的无线通信技术，其前身是INTEL、IBM等产业巨头发起的“ HomeRF Lite” 无线技术。负责起草IEEE802.15.4标准的工作组于2000年成立，2002年美国摩托罗拉（Motorola）公司、荷兰菲利普斯（Philips）公司、英国Invensys公司、日本三菱电器公司等发起成立了ZigBee联盟，。到目前为止，ZigBee联盟已有200 多家成员企业，而且还在迅速壮大中。这些企业包裹半导体生产商、IP服务提 供商以及消费类电子厂商等，而这些公司都参加了IEEE802.15.4工作组，为ZigBee物理和媒体控制层技术标准的建立做出了它们的贡献。 2004年ZigBee1.0（又称ZigBee2004）诞生，它是ZigBee的第一个规，这使 得ZigBee有了自己的发展基本标准。但是由于推出仓促存在很多不完善的地方，因此在2006年进行了标准的修订，推出了ZigBee1.1 （又称ZigBee2006），但是该协议与ZigBee1.0是不兼容的。ZigBee1.1相较于ZigBee1.0做了很多修改，但是ZigBee1.1仍无法达到最初的设想，于是在2007年再次修订（称为 ZigBee2007/PR0），能够兼容之前的ZigBee2006,并且加入了ZigBee PRO部分，此时ZigBee联盟更专注于以下三种应用类型的拓展：家庭自动化（HA ）、建筑/ 商业大楼自动化（BA，以及先进抄表基础建设（AMI ）。 随着ZigBee标准的完善以及各软件以及硬件厂商的不断努力，用于ZigBee 开发的软硬件正趋于完善，ZigBee技术的实用化不断推进，其使用领域不断拓展。使ZigBee技术在2004年就被列为当今世界发展最快、市场前景最广阔的十大高新技术之一。 ZigBee技术有以下几个方面的特点：
ZigBee技术发展和特点
第2章 ZigBee技术及协议分析 2.1 ZigBee技术的发展及其特点]1[ 长期以来，低成本、短距离、低传输率、低功率的无线通讯市场一直存在着。蓝牙（Bluetooth）技术的出现曾让玩具制造商、家庭自动化控制以及工业控制等业界从业者兴奋不已，尽管蓝牙技术有很多优点，但是高昂的价格和其存在的技术缺陷严重影响了这些厂商的使用意愿。对于工业控制、家庭自动化控制等领域而言，蓝牙技术过于复杂、功耗过大、距离近、组网规模达不到应用要求等，而工业自动化等领域对无线通信的需求越来越大。因此，经过人们的努力，于2004年正式推出了ZigBee协议规。 ZigBee的发展基础是IEEE802.15.4标准，它是一种新型的短距、低速、低功耗的无线通信技术，其前身是INTEL、IBM等产业巨头发起的“HomeRF Lite”无线技术。负责起草IEEE802.15.4标准的工作组于2000年成立，2002年美国摩托罗拉（Motorola）公司、荷兰菲利普斯（Philips）公司、英国Invensys公司、日本三菱电器公司等发起成立了ZigBee联盟，。到目前为止，ZigBee联盟已有200多家成员企业，而且还在迅速壮大中。这些企业包裹半导体生产商、IP服务提供商以及消费类电子厂商等，而这些公司都参加了IEEE802.15.4工作组，为ZigBee物理和媒体控制层技术标准的建立做出了它们的贡献。 2004年ZigBee1.0（又称ZigBee2004）诞生，它是ZigBee的第一个规，这使得ZigBee有了自己的发展基本标准。但是由于推出仓促存在很多不完善的地方，因此在2006年进行了标准的修订，推出了ZigBee1.1（又称ZigBee2006），但是该协议与ZigBee1.0是不兼容的。ZigBee1.1相较于ZigBee1.0做了很多修改，但是ZigBee1.1仍无法达到最初的设想，于是在2007年再次修订（称为ZigBee2007/PRO），能够兼容之前的ZigBee2006，并且加入了ZigBee PRO部分，此时ZigBee联盟更专注于以下三种应用类型的拓展：家庭自动化（HA）、建筑/商业大楼自动化（BA）以及先进抄表基础建设（AMI）。 随着ZigBee标准的完善以及各软件以及硬件厂商的不断努力，用于ZigBee 开发的软硬件正趋于完善，ZigBee技术的实用化不断推进，其使用领域不断拓展。使ZigBee技术在2004年就被列为当今世界发展最快、市场前景最广阔的十大高新技术之一。
ZigBee技术概述
ZigBee 技术概述 1ZigBee 技术简介 (1) 2 ZigBee 结构 (2) 2.1物理层 (2) 2.2MAC 层 (4) 2.3网络层 (6) 2.4应用层 (7) 1ZigBee 技术简介 ZigBee 技术是一种近距离、低功耗、低成本、低传输速率的具有统一技术标准的短距离无线通信技术，符合IEEE 802.5.4标准，主要适用于工业、家庭自动控制以及远程控制领域，目的是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制。 ZigBee技术并不是完全独有、全新的标准。它的物理层、MAC层采用了IEEE 802.15.4(无线个人区域网)协议标准，并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由ZigBee联盟进行了制定。 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目不同，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(ISM) 频段，且该频段为免付款、免申请的无线电频段，在该频段上，数据传输速率为250kbPs,另外两个频段为868⑼5MHz，其相应的信道数分别为10个信道和1 个信道，传输速率分别为40kbPs和20kbPso 在网络性能上，ZigBee 设备可构造星型网络或者点对点网络，在每一个ZigBee 组成的无线网络内，连续地址码分为16bit短地址或者64bit长地址，可容纳的最大网络设备个数分别为216个和264个，具有较大的网络容量。 在无线通信技术上，采用免冲突多载波信道接入(CSMA/CA) 方式，有效地避免了无线电载波之间的冲突，此外，为保证数据传输的可靠性，建立了完整的应答通信协议。 ZigBee设备为低功耗设备，其发射功率为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，设备可自动调整发射功率，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。ZigBee技术主要 由以下优点： 1)低功耗：在低功耗待机模式下，两节普通的五号电池支持长达6 个月到
ZigBee技术概述
ZigBee技术概述 1ZigBee技术简介 (1) 2 ZigBee结构 (2) 2.1物理层 (2) 2.2 MAC层 (4) 2.3 网络层 (6) 2.4 应用层 (7) 1ZigBee技术简介 ZigBee技术是一种近距离、低功耗、低成本、低传输速率的具有统一技术标准的短距离无线通信技术，符合IEEE 802.5.4标准，主要适用于工业、家庭自动控制以及远程控制领域，目的是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制。 ZigBee技术并不是完全独有、全新的标准。它的物理层、MAC层采用了IEEE 802.15.4(无线个人区域网)协议标准，并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由ZigBee联盟进行了制定。 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目不同，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(ISM)频段，且该频段为免付款、免申请的无线电频段，在该频段上，数据传输速率为250kbPs，另外两个频段为868/915MHz，其相应的信道数分别为10个信道和1个信道，传输速率分别为40kbPs和20kbPs。 在网络性能上，ZigBee设备可构造星型网络或者点对点网络，在每一个ZigBee组成的无线网络内，连续地址码分为16bit短地址或者64bit长地址，可容纳的最大网络设备个数分别为216个和264个，具有较大的网络容量。 在无线通信技术上，采用免冲突多载波信道接入(CSMA/CA)方式，有效地避免了无线电载波之间的冲突，此外，为保证数据传输的可靠性，建立了完整的应答通信协议。 ZigBee设备为低功耗设备，其发射功率为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，设备可自动调整发射功率，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。ZigBee技术主要由以下优点： 1)低功耗：在低功耗待机模式下，两节普通的五号电池支持长达6个月到