ZigBee测试与协议分析
ZigBee路由协议分析与性能评估
信息工程大学 信息工程学 院 ， 郑州 ４ ０ ０ ５０２
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ZigBee协议解析无线个人局域网的工作原理与物联网应用
ZigBee协议解析无线个人局域网的工作原理与物联网应用无线个人局域网（Wireless Personal Area Network，简称WPAN）是一种短距离无线通信技术，ZigBee作为其一种重要的协议，已经在物联网应用中得到广泛应用。
本文将详细解析ZigBee协议的工作原理，并探讨其在物联网中的应用。
一、ZigBee协议的工作原理ZigBee协议是基于IEEE 802.15.4标准的一种低功耗、短距离、低数据速率无线通信协议。
其工作原理如下：1. 网络拓扑结构ZigBee网络可以采用星形、树形、网状等多种拓扑结构。
其中，星形结构由一个协调器（Coordinator）和多个终端节点（End Device）组成，协调器负责网络的组网与管理。
树形结构则是在星形结构的基础上，增加了路由器（Router）节点，实现了终端节点之间的数据转发。
网状结构是最灵活的，不仅可以进行节点之间的数据转发，还可以自动选择最佳的传输路径。
2. 网络通信方式ZigBee协议采用两种主要的通信方式，分别是直接通信（Direct Communication）和间接通信（Indirect Communication）。
直接通信是指两个节点之间直接建立通信链路，可以实现低延时的数据传输；间接通信则是通过路由器节点进行数据传输，适用于节点之间距离较远或传输条件较差的情况。
3. 网络协调ZigBee网络中的协调器负责网络的组网与管理，包括网络的初始化、频道选择、路由调度等。
协调器还可以与外部设备进行无线通信，用于与其他网络的互联。
4. 节能机制为了实现低功耗的通信，ZigBee协议引入了一系列的节能机制。
其中包括低功耗睡眠模式、快速唤醒模式、层次化网络等。
节点可以在不使用时进入睡眠模式，只有当数据传输时才会唤醒，从而有效节省能耗。
二、物联网应用中的ZigBee协议ZigBee协议在物联网应用中具有广泛的应用前景，主要体现在以下几个方面：1. 智能家居ZigBee协议可以实现智能家居中各个设备的互联互通。
ZigBee安全协议分析
ZigBee安全协议分析摘要：ZigBee作为短距离无线通信的代表，其安全协议依然遵循现代密码学的基本原理，本文首先概述了Zigee安全协议，然后描述了ZigBee安全协议的各个阶段，包括配对阶段、身份认证与协商阶段、通信安全保护阶段，最后描述了ZigBee的设备安全。
关键字: ZigBee安全协议，认证与加密，设备安全1.ZigBee安全协议概述ZigBee 是一种安全的短距离无线通信系统，ZigBee安全协议提供了基本的安全功能。
包括安全密钥创建、安全密钥传输、对称加密帧保护和安全设备管理，ZigBee安全协议流程经历了三个阶段，包括配对阶段、身份认证与协商阶段、通信安全保护阶段。
1.ZigBee配对阶段配对用于在协调器节点和路由器或者终端节点之间形成关联。
ZigBee支持对称密码体系，支持以下几种配置[1]：（1）配置密钥：通过预配置的方法，将128bit共享密钥预配置在节点间。
（2）配置口令：用户在节点间上输入相同的口令。
口令经过口令变换算法变换为128bit的共享密钥。
（3）配置bootstrap：从bootstrap获取口令，节点获取到bootstrap发送的口令，基于口令变换为128bit的共享密钥。
（4）不配置任何信息：节点间直接配对，无需输入。
第一种配置方式无需输入和输出设备，是最方便的配置方式，也是ZigBee推荐的方式，第二种配置方式需要输入和输出设备，增加了成本，但可以证明用户在现场以强化安全，第三种方式需要额外的节点信任的第三方bootstrap，使网络更加复杂，但是若网络节点很多（ZigBee理论上支持4K的节点），则前两种方案网络中的共享密钥或口令为n*(n-1)/2（假设n为网络的节点数）[1]，密钥或口令数量极大，密钥或口令安全管理困难，而使用第三种配置方案，则口令数为n，大大减少了口令数，简化了口令的安全管理。
第四种配置最为简单，对用户最友好，实际网络中大量使用，但极易受到中间人[1]攻击。
ZigBee网络基础试验报告
ZigBee网络基础试验报告ZigBee网络基础试验报告本报告通过Sample App这个例子实现数据在ZigBee网络中的简单传输。
要求掌握网络组建及协议分析仪的使用方法。
1 设备的分类ZigBee网络只支持两种设备：1）全功能设备（FFD Full Function Device）2)精简功能设备（也叫半功能设备Reduced Function Device）两者的比较：其中FFD设备能够提供MAC层的所有服务，可充当任何ZigBee 节点，不仅可以接收发送数据，还具有路由功能，因此可以接收子节点；而RFD只能提供部分的MAC层服务，只能充当子节点，只负责将采集到的数据发送给协调器和路由器节点，本身并不具有路由功能，因此不能接收子节点信息，RFD之间的通信只能通过FFD来完成。
ZigBee标准在此基础上定义了三种节点：ZigBee协调器（Coordinator）、ZigBee路由器（Routers）、ZigBee终端（End Device）2 所使用的设备所用的ZigBee设备都具有连接网络和断块网路的功能。
ZigBee协调器和路由器都具有以下附加功能：1)允许设备以如下方式连接网路：①MAC（Medium Access Control）层的连接命令。
②应用层的连接请求2)允许设备以如下方式断开网络；①MAC层的断开命令②应用层的断开命令③对逻辑网络地址的分配④维护邻居设备3 组建网络组建一个网状的ZigBee网络包括两个步骤：网络的初始化和节点加入网络；而节点加入网络又有两个步骤：通过协调器加入网络和通过已有节点入网。
1）网络的初始化ZigBee网络的建立是由协调器（Coordinator）发起的，任何一个节点想建立一个网络必须满足两个条件：①节点是FFD节点，具有协调器功能；②节点还没有和其他网络连接（一个网络中只许有一个协调器）网络初始化过程：图1：网络初始化流程网络初始化流程如下：1）确定网络协调器。
ZigBee路由协议分析及仿真实现-毕业论文
ZigBee路由协议分析及仿真实现-毕业论文摘要作为无线传感器网络（WSN Wireless Sensor Networks）的一项新型技术，ZigBee技术具有低功耗、低速率、低延时、低成本等特性，具有强大的组网能力和超大的网络容量，可以广泛应用在消费电子产品、家居与楼宇自动化、工业控制、医疗设备等领域。
由于其独有的特性，ZigBee无线技术也是无线传感器网络的首先技术，具有广阔的发展前景。
ZigBee协议标准采用开放系统接口（0SI）分层结构，其中物理层和媒体接入层由IEEE802.15.4工作小组制定，而网络层，安全层和应用框架层由ZigBee联盟制定。
本文根据IEEE802.15.4标准规范与ZigBee 标准规范，简单扼要地阐述了ZigBee协议栈的协议栈架构，重点讲解了ZigBee网络层树路由和网状网路由。
然后讲解了NS2网络仿真软件的工作原理，详细介绍了仿真环境的搭建和仿真分析的过程。
通过对CLUSTER-TREE路由算法和AODVjr路由算法在不同发包间隔下的平均延时、丢包率和控制包数量模拟，获得仿真结果。
AbstractAs a WSN(Wireless Sensor network), a new technology, ZigBee technology with low power consumption, low speed, low latency, low cost features, is a powerful networking capabilities and large network capacity, and can be widely used in consumer electronics, home and building automation, industrial control, medical equipment and other fields.Because of its unique properties, ZigBee wireless technology is the first technology of wireless sensor network, has a broad development prospects.ZigBee protocol standard using open system interface (OSI) hierarchical structure, including the physical layer and the media access layer shall be formulated by the IEEE802.15.4 working group, and the network layer, security and application framework layer shall be formulated by the ZigBee alliance.In this paper, based on IEEE802.15.4 standard specification and ZigBee standards,briefly expounds the simple ZigBee protocol stack protocol stack architecture, focusing on the ZigBee network layer routing and mesh networks by the tree.Then explained the working principle of NS2 network simulation software, introduces in detail the process of the construction of the simulation environment and simulation analysis.Routing algorithm based on CLUSTER - TREE and AODVjr routing algorithm under different contract awarding interval average delay, packet loss rate and the control packet number simulation, the simulation results.KEYWORDS: NS2，ZigBee，CLUSTER-TREE，AODVjr目录摘要......................................................................... I I Abstract. (III)目录 (VI)1 绪论 (1)1.1 背景介绍 (1)1.2 课程设计环境和工作内容 (1)2 ZigBee技术及仿真软件介绍 (3)2.1 ZigBee技术概述 (3)2.2 ZigBee协议栈架构 (3)2.3 ZigBee网络层路由协议 (5)2.3.1 ZigBee支持的网络拓扑 (5)2.3.2 ZigBee网络编址方式 (6)2.3.3 ZigBee网络路由算法介绍 (6)2.4 NS2网络仿真软件介绍 (7)2.4.1 NS2软件概述 (7)2.4.2 trace文件格式介绍 (8)3 仿真环境搭建过程 (10)3.1 Fedora 21安装过程 (10)3.2 NS2的安装过程 (18)3.3 NS2中添加ZBR路由协议的过程 (21)3.3.1 协议底层文件 (21)3.3.2 需要修改的文件 (21)3.3.3 需要修改的具体内容 (22)3.3.4 编译 (27)3.3.5 测试脚本 (27)3.4 gnuplot的安装 (27)3.5 本章小结 (27)4 仿真过程与仿真结果分析 (29)4.1 使用NS2进行模拟的基本流程 (29)4.2 星型拓扑环境搭建和模拟 (30)4.2.1 任务分析 (30)4.2.2 编写Tcl脚本 (30)4.2.3 执行模拟 (35)4.2.4 修改路由算法 (35)4.2.5 再次执行模拟 (36)4.3 星型拓扑仿真结果分析 (36)4.3.1 gawk工具介绍 (36)4.3.2 传输延时 (39)4.3.3 丢包率 (40)4.3.4 控制包数量 (41)4.4 树形拓扑环境的搭建和执行 (42)4.4.1 任务分析 (42)4.4.2 编写Tcl脚本 (42)4.4.3 执行模拟 (47)4.4.4 修改路由算法 (48)4.4.5 再次执行模拟 (48)4.5 树形拓扑仿真结果分析 (48)4.5.1 平均延时 (49)4.5.2 丢包率 (49)4.5.3 控制包数量 (50)4.6 本章小结 (51)5 总结和展望 (53)5.1 总结 (53)5.2 展望 (53)参考文献 (54)致谢 (56)1 绪论1.1 背景介绍随着科技的发展、文明的进步，人类对于信息的需求也日益增大，推广了信息的蓬勃发展。
ZigBee网络路由协议性能分析
ZigBee网络路由协议性能分析作者：李玉林来源：《电子技术与软件工程》2017年第12期摘要在信息时代，无线通信网络与人们的生活息息相关。
ZigBee技术在实际应用过程中表现出低能耗、低数据传输速率、低成本等特点。
这一技术的规范和应用仍在不断的完善与发展之中。
本文主要对ZigBee网络路由协议的性能问题进行了探究。
【关键词】ZigBee网络路由协议性能随着信息技术和移动通信技术的快速发展，让无线通信技术在各行各业得到了广泛的应用。
组网灵活、使用方便是无线传感器网络在实际应用中表现出来的主要特点。
ZigBee协议的出现，可以让传统无线协议对无线传感器的适应问题得到有效解决。
1 ZigBee协议的概述ZigBee技术不仅功耗、成本和速率均比较低，而且便于操作使用。
而IEEE 802.15.4标准具有数据传输率低、成本少、功耗低等特性，其最终目标就是为家庭或个人范围内各种设备之间的低速互连提供一个统一的标准。
为了保证所制定出的应用层与网络层的规范能够匹配IEEE802.15.4标准，ZigBee规范成为ZigBee联盟中不可缺少的因素。
在与之有关的LR-WPAN网络中，IEEE802.15.4标准编制了以下两种要素：（1）系统的媒体接入控制子层；（2）系统的物理层协议规范。
ZigBee联盟在这一前提下，所构建的应用层与网络层协议相关的规范构成了ZigBee协议。
简言之，ZigBee协议是为适应IEEE802.15.4标准而构建的网络层与应用层协议规范。
其中，协议规范可以由以下几方面因素组成：（1）应用支持子层；（2）应用架构；（3）ZigBee设备对象和厂商所定义的应用对象。
分层结构是这一协议所采用的主要结构。
数据实体和管理实体这两种服务实体在这种结构的每一层都有所涉及。
数据传输服务是数据实体所承担的主要形式。
管理实体提供的服务中并没有涉及到数据传输服务。
服务接入点是为上层提供接口的重要工具。
服务原语命令是服务接入点实现自身功能的保障性因素。
ZigBee路由协议分析与性能评估
１引言随着信息技术的高速发展，各种无线通信技术层出不穷。
无线个域网（ＷｉｒｅｌｅｓｓＰｅｒｓｏｎａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ，ＷＰＡＮ）的发展使人们逐渐摆脱电缆的束缚，在近距离内实现各种设备之间的通信。
ＺｉｇＢｅｅ是近几年发展的一种主要针对ＷＰＡＮ的低成本、低功耗、低速率的短距离无线通信技术，它能够广泛应用于低速率无线传感器网络中。
随着ＺｉｇＢｅｅ技术的发展与完善，它的广泛应用必将为人们的日常生活带来极大地方便和快捷。
ＩＥＥＥ８０２．１５．４小组与ＺｉｇＢｅｅ联盟共同制定了ＺｉｇＢｅｅ规范。
ＩＥＥＥ８０２．１５．４小组负责制定物理层（ＰＨｙｓｉｃａｌＬａｙｅｒ，ＰＨＹ）和媒体接入控制（ＭｅｄｉａＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ，ＭＡＣ）层规范［１］；ＺｉｇＢｅｅ联盟是一个全球企业联盟，旨在合作实现基于全球开放标准、可靠、低成本、低功耗的无线联网监控产品，它主要负责制定网络层、安全管理及应用界面规范，并于２００４年１２月通过了１．０版规范［２］。
网络层规范是ＺｉｇＢｅｅ标准的重要组成部分之一，文章在分析了ＺｉｇＢｅｅ网络配置、组网和地址分配机制等关键技术的基础之上，深入研究了ＺｉｇＢｅｅ网络中的路由协议，并在不同的网络拓扑下，通过网络仿真器ＮＳ－２下进行了性能仿真，根据仿真结果给出了路由协议的各项性能指标分析。
２ＺｉｇＢｅｅ网络层关键技术ＺｉｇＢｅｅ网络层主要实现组建网络，为新加入网络的节点分配地址、路由发现、路由维护等功能，支持星型网、ｍｅｓｈ网和树型网［３］。
ＺｉｇＢｅｅ在通用的网络层功能基础上尽可能地减小功耗、降低成本，并具有高度动态的拓扑结构和自组织、自维护能力。
ＺｉｇＢｅｅ网络中采用ＩＥＥＥ８０２．１５．４定义的两种无线设备：全功能设备（Ｆｕｌｌ－ＦｕｎｃｔｉｏｎＤｅｖｉｃｅ，ＦＦＤ）和精简功能设备（Ｒｅ－ｄｕｃｅｄ－ＦｕｎｃｔｉｏｎＤｅｖｉｃｅ，ＲＦＤ）。
ＦＦＤ可以与其它ＦＦＤ或者ＲＦＤ通信，而ＲＦＤ只能与ＦＦＤ通信。
ZigBee测试与协议研究
无线通信在嵌入式系统中的应用讲座(28)ZigBee测试与协议分析1.1 前言ZigBee协议栈包括物理层协议[IEEE802.15.4]和上层软件协议[ZigBee 2007（以及其他的ZigBee网络协议）]，本文将从这两方面来了解这些协议，通过介绍如何捕获，如何理解关键参数，使得我们得以深层次剖析ZigBee技术，有了这些本质性的认识，对于分析解决无线产品应用问题，会有很大的帮助。
1.2 物理层分析ZigBee的物理层为IEEE802.15.4标准所规定，定义了ZigBee底层的调制编码方式，这些规约大多是芯片设计者需要关心的，对于应用开发来说，我们更关心的是衡量一个芯片一个射频系统好坏的一个参数，在过去的文章中，我们了解过了输出功率，接收灵敏度和链路预算等参数，这一次我们更深入的去了解一个调制质量的参数：EVM。
EVM指的是误差向量（包括幅度和相位的失量），表征在一个给定时刻理想无误差基准信号与实际发射信号的向量差，如图1所示，从EVM参数中，我们可以了解到一个输出信号的：⏹幅度误差；⏹相位误差。
图 1 矢量误差EVM示意图EVM是衡量一个RF系统总体调制质量指标，定义为信号星座图上测量信号与理想信号之间的误差，它用来表示发射器的调制精度，调制解调器、PA、混频器、收发器等对它都会有影响。
图 3 EVM数据和眼图了解完这个参数之后，我们看看实际测试中，是如何获取标准信号标准信号矢量误差EVMEVM参数的。
ZigBee物理层的测试，在产品研发、生产和维护阶段，分别使用以下三种仪器测试：1.产品研发阶段要测量EVM参数，需要使用带协议解读的频谱仪，最好是自带相应协议插件的仪器i，可以使用安捷伦PXA N9030A频谱分析仪+8960B插件[选配了ZigBee分析插件]。
这些仪器可以测试出ZigBee调制信号的星座图，实时数据和眼图等信息，在芯片级开发过程中，需要考量高频电容电感以及滤波器等的单个及组合性能，特别需要注意的是ZigBee信号的临道抑制参数，利用PXA N9030A的高分辨率，可以查看点频的带外信号，这些细节在更换射频器件供应商时，需要仔细测量，一般数字电路抄板比较容易，因为器件性能的影响不是很大，只要值和封装对了就可以，但是射频前端的设计上，即使原样的封装、容值和感值，供应商不一样，射频参数也是不一样的，板材的选用也极大的影响着阻抗匹配，因此复制和再开发都有较大难度。
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