Zigbee无线通讯网路简介
zigbee 介绍
2.1Mbps
1-10+ 7 1-7 使用方便
250Kbps
1-100+ 255/65000 100-1000+
424Kbps
0-0.1 1 —
9.6Kbps
1000+ 1 1-7
4Mbps
5-10 1 —
价格便宜， 便捷，安 覆盖面大， 体积小， 低功耗， 全 信号好 连接方便 可靠
的一条路径进行数据传输。
பைடு நூலகம்线通信技术之间的比较
无线通信 技术
Wi-Fi Bluetooth Zigbee NFC GSM 红外
应用重点
Web, Email, 图像
电缆替代品
检测&控制
移动支付， 声音&数 语言交流 据
遥控，门 禁控制
传输速率 传输距离 (米）
网络大小 电池寿命 （天） 主要优点
54Mbps
Zigbee技术简介
无线通信技术
UWB
NFC
什么叫zigbee?
Zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低功 耗无线网络技术，主要用于近距离的各种 电子设备之间的无线连接。 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。
1.4.4 Zigbee的应用
• • • • • 工业控制 家庭网络 消费电子 医疗设备 平板电脑
无线传感器网络
一般认为短距离的无线低功耗通信技术 最适合传感器网络使用。 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低的功耗， 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，最后，这 些数据就可以进入计算机用于分析。
ZigBee无线网络原理
ZigBee无线网络原理
ZigBee无线网络是一种低功耗、低速率的无线网络通信协议，其原理基于IEEE 802.15.4标准。
它适用于需要将大量节点连
接到一个中心控制器的应用场景，具备自组织、自修复和自动路由等特性。
ZigBee网络由三种设备组成：协调器（Coordinator）、路由器（Router）和终端设备（End Device）。
协调器是网络的核心，负责管理网络配置和协调各个设备的通信。
路由器可以转发数据包，并帮助建立路由表，使数据传输更高效。
终端设备是最简单的节点，功能有限且通信范围较短。
这些设备可以通过无线信道进行通信，并使用MAC层和物理层协议来实现数据传输。
ZigBee网络采用星型、树型或网状拓扑结构，其中协调器处
于网络的根节点，其他设备通过与协调器的直接或间接连接来实现通信。
网络中的节点可以根据实际情况自动组建和拓扑重组，无需手动配置。
在数据传输过程中，ZigBee网络使用CSMA-CA（载波感知多路访问监听）机制来协调节点的发送行为，避免冲突和碰撞。
每个节点都有一个64位的唯一地址，用于标识设备和建立通
信连接。
节点之间可以通过短距离的无线信道进行通信，距离一般在几十米到几百米之间，受限于无线信号传播和环境干扰等因素。
ZigBee网络支持多种应用层协议和功能，例如家庭自动化、
工业控制、智能电网等。
它的低功耗特性使得它在电池供电设备、传感器网络等场景下得到广泛应用。
通过合理设计和优化网络结构和通信机制，ZigBee无线网络可以实现可靠的数据传输和灵活的网络管理。
Zigbee简介
精简功能设备(RFD)：RFD只能传送信息给FFD或从FFD接收信息。
设备类型 全功能器件（FFD） 简化功能器件（RFD）
14
媒体接入控制层(3)
•
•
全功能器件 FFD
• • • • •
可工作于所有网络结构 可作为网络协调器 可与网络中任何节点通信 仅可和网络中的FFD通信 不能作为网络协调器
简化功能器件 RFD
15
媒体接入控制层(4)
• •
•
周期性的数据通信
• • • •
由用户决定周期的长短 如：烟雾传感器 由用户或外界事件引发决定间歇长短 如：电灯开关
间歇性的数据通信
重复而快速反应的数据通信
17
二、Zigbee技术特性和性能分析
•
18
实验证明 IEEE 802.15.4/ZigBee 的误码率，特别是 在信噪比为 4dB 的情况下可达到 10 -9
三、Zigbee技术应用范围
• 一、适合ZigBee 传输的数据类型 • 二、适合 ZigBee 技术的应用场合 • 三、Zigbee技术典型应用
第3章
ZigBee
1
Zigbee无线通信技术
一、Zigbee技术简介 二、Zigbee技术特性和性能分析
三、Zigbee技术应用范围
四、小结
2
一、Zigbee技术简介
一、什么是Zigbee？ 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。 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。
Zigbee简介
Zigbee简介ZigBee（紫蜂）技术是一种低复杂度、低耗电、低数据传输速率、低成本、高可靠且便于组网的双向短距无线通讯技术。
早期曾被称“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或“fireFly”无线电技术，现统称为ZigBee技术。
它是基于IEEE批准通过一个无线个人区域网标准研制开发的，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。
ZigBee协议栈是基于IEEE802.15.4的无线网络标准的，将IEEE 802.15.4与ZigBee技术对比，IEEE802.15.4定义了物理层（PHY)和介质访问层（MAC），而ZigBee联盟则在IEEE 802.15.4的基础上定义了网络层（NWK)和应用层（API)。
其中，PHY层主要功能是启动和关闭无线收发器、信道选择、能量监测、链路质量监测、清除信道评估以及通过物理介质对数据包进行发送和接收。
MAC层是信标管理、行道接入、时隙管理、发送确认帧、发送连接及断开请求。
并且，MAC层还为应用合适的安全机制提供了一些方法。
网络层主要用于建立和维护网络连接。
它独立处理传入数据的请求、关联、解除关联和孤立通知请求。
应用层主要为ZigBee技术的实际应用提供一些应有框架模型等，以便对ZigBee技术进行开发应用。
ZigBee无线网络根据不同的需要可采用星状、串状、网状三种不同类型的网络配置，每种配置是由一个协调器（Coordinator)、多个路由器(Router)和多个终端设备节点（End device）组成。
Coordinator和Router均为实现了一组很多服务的全功能设备（Full Function Device,FFD)，终端设备可以为FFD或简化功能设备（RFD）。
一个网络配置仅有一个唯一的协调器负责与所控制的子节点通信，汇集数据和管理发布控制，路由器主要起到通信路由和网络扩展的功能。
其中Coordinator节点是发起网络的，它等待着Router和End —device节点的加入。
什么是zigbee网络_它的工作原理及应用
什么是Zigbee网络: 它的工作原理及应用1. 简介Zigbee是一种无线通信协议，它是基于IEEE 802.15.4标准开发的，用于低功率无线传感器网络（LP-WAN）。
它的设计旨在为大规模的传感器网络提供低功耗、低数据传输速率和安全的通信解决方案。
目前，Zigbee已被广泛应用于物联网、家庭自动化和工业控制系统等领域。
2. Zigbee网络的工作原理Zigbee网络采用了星型拓扑结构，其中一个设备充当协调器的角色，其他设备连接到该协调器。
Zigbee设备之间通过无线信道进行通信，在工作过程中，协调器负责网络协议的管理和数据的传输。
Zigbee网络使用低功耗的射频技术进行通信，工作频率通常为2.4 GHz，传输距离一般在10-100米之间，但可以通过增加中继器来扩展覆盖范围。
3. Zigbee网络的应用Zigbee网络在多个领域有着广泛的应用，下面列举了一些主要的应用场景：• 3.1 物联网Zigbee作为物联网中的关键技术之一，广泛应用于智能家居、智能城市和智能农业等领域。
通过连接多个设备，如传感器、执行器和控制器，Zigbee网络可以实现远程监控、智能能源管理和自动化控制等功能。
• 3.2 家庭自动化Zigbee网络在家庭自动化中的应用越来越受欢迎。
它可以连接各种设备，如智能灯泡、智能插座和智能门锁等，通过无线通信实现对家居设备的远程控制和智能化管理。
• 3.3 工业控制系统Zigbee网络在工业控制系统中也有着广泛的应用。
它可以用于监测和控制各种设备，如温度传感器、湿度传感器和压力传感器等。
通过无线通信，工业系统可以实现实时监测和远程控制，提高生产效率和安全性。
• 3.4 智能健康监测Zigbee网络还可以应用于智能健康监测领域。
通过连接各种健康监测设备，如心率检测器、血压计和血糖仪等，Zigbee网络可以实时监测用户的健康状态，并将数据传输到医疗机构进行分析和处理。
• 3.5 环境监测Zigbee网络也被广泛应用于环境监测领域。
zigbee无线方案
zigbee无线方案Zigbee是一种广泛应用于物联网中的无线通信协议。
它基于IEEE 802.15.4标准，并专注于低功耗、低数据速率和短距离通信。
由于Zigbee的独特特性和诸多优势，它成为了许多智能家居、工业控制和传感器网络等领域的首选无线通信方案。
一、Zigbee无线方案简介Zigbee无线方案是一种基于Mesh（网状）拓扑结构的无线网络系统。
它由一个集中式的协调器（Coordinator）以及多个分布式的终端设备（End Device）组成。
协调器负责网络的管理和控制，而终端设备则具备传感数据采集和控制继电器等功能。
在Zigbee网络中，每个终端设备既可以是数据的源头，也可以是数据的转发节点。
这种多对多的网络拓扑结构使得Zigbee在大规模传感器网络中具有出色的灵活性和可扩展性。
二、Zigbee无线方案的优势1. 低功耗：Zigbee无线方案使用了低功率的射频技术，使得终端设备的电池寿命得以延长，适用于长期运行的物联网应用。
2. 高可靠性：Zigbee采用了自组织的Mesh网络结构，如果某个节点出现故障或中断，其他节点会自动找到新的路径，确保数据的可靠传输。
3. 强大的网络容量：Zigbee支持上千个终端设备同时连接到一个协调器，可以满足多种应用场景下的需求。
4. 快速响应时间：Zigbee网络使用分散式网络技术，具备较低的延迟，可以实现实时数据采集和迅速的控制指令传递。
5. 安全性：Zigbee采用了128位AES加密算法，确保数据的安全传输。
三、Zigbee无线方案的应用1. 智能家居：Zigbee无线方案可以实现智能灯光控制、门窗监测、智能家电控制等功能，提升家居的便利性和舒适度。
2. 工业控制：Zigbee无线方案广泛应用于工业自动化领域，可以进行设备状态监测、远程控制以及数据采集等任务。
3. 智能农业：结合传感器网络和Zigbee无线方案，可以实现对农田环境的实时监测和精细管理，提高农作物的产量和质量。
ZigBee网络
ZigBee网络技术及其应用。
随着物联网的不断发展，越来越多的智能设备开始进入人们的生活中，这些设备需要实现相互之间的联网，实现智能化的功能。
而一个联网的基础，就是搭建一个可靠的网络。
ZigBee网络技术，就是一种针对物联网设备而设计的网络技术。
它采用低功耗、短距离的无线通信方式，可以支持数百个设备的连接。
在无线传输距离、能耗和传输容量方面都有着非常出色的表现。
ZigBee网络技术与传统无线技术不同，它采用短距离无线通信，和蓝牙有一些相似的地方。
但是与蓝牙技术基本不同的是，ZigBee采用了自组织的网络结构，属于一种无中心式网络结构，可以自动地对成员节点进行管理和控制，从而降低了各个节点之间的耦合性。
在组网方面，ZigBee网络通常采用网格型的结构，每个节点可以和周围的其他节点进行连接，形成一个自组织的网状网络。
这种网状结构，大大增强了网络的容错性、可扩展性和灵活性，在数据传输和设备控制方面也有着较好的表现。
在使用方面，ZigBee网络具备极低的功耗和较长的续航时间，对于需要长时间运行的设备来说，这种低功耗的特性非常重要。
它可以采用内置电池，不需要定期更换电池，同时也可以采用一些无源能源来为设备供电，如太阳能、风能、压电能等。
在物联网的应用中，ZigBee网络技术得到了广泛的应用，如智能家居、能源管理、医疗监控、智能交通等领域，在各个领域都具备着不同的特点和应用场景，下面我们详细介绍几个典型的应用场景。
1. 智能家居智能家居是物联网应用中的一个重要领域，解决了人们生活中繁琐的家务问题，ZigBee网络技术在智能家居中的应用也得到了广泛的探讨和应用。
智能家居主要包括家庭能源管理、智能安防、智能家居控制等功能，通过ZigBee网络技术可以实现家电、灯光、窗户、门锁等知名设备的远程控制，使得家居智能化程度得到了极大的提升。
2. 能源管理能源管理主要解决的问题是如何对能源进行高效的管理和利用，降低能源的浪费。
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。
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– 物理层管理服务(PHY management service)：
• 透过物理层管理物理(PLME)服务的存取点(PLME-SAP)为物理层 管理提供服务。
IEEE 802.15.4物理层结构模型
• Zigbee Alliance\IEEE 802.15.4
• IEEE 802.15.4 无线个人局域网络的架构
• Zigbee的命名自于蜜蜂，蜜蜂成群飞行的样子看似混乱，但实际上蜜蜂是将花 与其它蜜蜂的信息互相传递，Zigbee技术则是将此模拟，将A装置的讯号无线 传递给B装置。
• Zigbee的技术包含了两种不同的组织所制定的通讯规范:
• 一则是 IEEE802.15.4协议，定义了物理层(PHY) ，媒体存取控制层(MAC) 。 • 另一则是Zigbee Alliance 所主导之标准，定义了网络层(Network Layer NWK) ， 安全层(Security Layer) ，应用层(Application Layer) 。
• 终端机(Device):网络的最终端节点有时也称为End Device通常只负责发送与接
收数据,可为RFD或FFD
• 一般在IEEE 802.15.4网络拓朴上，功能方面又可区分为两种型态
– 全功能装置(Full-Function Device；FFD)
• FFD之节点具备控制器之功能提供资料交换
Zigbee技术可应用的领域
ZigBee/IEEE802.15.4规格架构
• Zigbee Alliance\IEEE 802.15.4
• IEEE 802.15.4无线个人局域网络的架构
• 物理层(PHY)-IEEE802.15.4 • 媒体存取层(MAC)-IEEE802.15.4 • Zigbee网络层 • Zigbee应用层 • Zigbee协议堆栈
– 精简型装置(Reduced-Function Device；RFD) • RFD则是只能单纯地传送资料给予FFD或是从FFD接受简单资料。RFD多 用在简单的电灯开关或是感测节点的侦测上。
IEEE 802.15.4网络拓朴图
星状拓朴
对等式拓朴
• Zigbee Alliance\IEEE 802.15.4
Zigbee无线通讯网路简介
目录
• Zigbee Alliance\IEEE802.15.4 • 无线个人局域网络的架构 • 物理层(PHY)-IEEE802.15.4 • 媒体存取层(MAC)-IEEE802.15.4 • Zigbee网络层 • Zigbee应用层 • Zigbee协议堆栈
Zigbee Alliance\IEEE 802.15.4
ZigBee无线通道的组成表
通道间隔， MHz 频率上限， MHz 868.6
通道编号 K-0 K-1,2,3，…，10
中心频率，MHz 868.3 906+2(K-1)
K-11,12,13，…，26
2401+5(K-11)
5
2483.5
• IEEE 802.15.4无线个人局域网络的架构
• 物理层(PHY)-IEEE802.15.4 • 媒体存取层(MAC)-IEEE802.15.4 • Zigbee网络层 • Zigbee应用层 • Zigbee协议堆栈
物理层 (PHY) - IEEE 802.15.4
• ZigBee的通信频率在物理层规范。 • ZigBee根据不同的国家、地区，为其提供了不同的工作频率范围，分 别为2.4 GHz和868／915 MHz。 • IEEE 802.15.4定义了两个物理层标准，分别是2.4 GHz物理层和868／ 915 MHz物理层。 • 两个物理层都基于直接序列展频(DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum)技术。
• 物理层(PHY)-IEEE802.15.4 • 媒体存取控制层(MAC)-IEEE802.15.4 • Zigbee网络层 • Zigbee应用层 • Zigbee协议堆栈
• 在媒体存取控制层两个不同服务的存取点提供两种不同的媒体存取控 制子层服务。 – 媒体存取控制资料服务(MAC data service) – 媒体存取控制管理服务(MAC management service)
• Zigbee Alliance\IEEE 802.15.4
• IEEE 802.15.4 无线个人局域网络的架构
• 物理层(PHY)-IEEE802.15.4 • 媒体存取控制层(MAC)-IEEE802.15.4 • Zigbee网络层 • Zigbee应用层 • Zigbee协议堆栈
2400.0
• 2.4GHz波段为全球统一,及无需申请之全球通用ISM频段,有助于zigbee 的推广以及降低成本 • 2.4G物理层之特性:
• 250Kbps之数据传输数率,提高数据传输量以及降低传输延迟,因而更加
省电
• 在物理层中存在有数据服务存取点和物理层管理物理服务的存取点。 • 透过这两个服务存取点来提供如下服务： – 物理层数据存取服务(PHY data service)： • 透过物理层数据服务存取点(PD-SAP，Server Access Point)为物 理层数据提供服务。
• IEEE 802.15.4网络拓朴上，可以包含三种角色：
• 个人局域网络协调者(PAN 协调者):主要作为中央控制用,负责型成网络拓朴,协 调网络中各成员之流量, PAN 协调者需为FFD来担任 • 路由器:负责管控一部份网络成员的流量,发送与接收控制命令与发送数据,是管 理权限最高的装置,亦须由 FFD来担任
IEEE 802.15.4无线个人局域网络的架构
• 一般在IEEE 802.15.4网络拓朴上，功能方面又可区分为两种型态 – 全功能装置(Full-Function Device；FFD) • FFD之节点具备控制器之功能提供资料交换
– 精简型装置(Reduced-Function Device；RFD) • RFD则是只能单纯地传送资料给予FFD或是从FFD接受简单资料 。RFD多用在简单的电灯开关或是感测节点的侦测上。