ZIGBEE无线传感网络

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基于ZigBee协议的无线传感网路及应用

基于ZigBee协议的无线传感网路及应用

无线 天地
基于z i g B e e 协议 的无线Fra bibliotek感网路及应用
居万春 ( 扬州 生活科技学 校, 江苏 扬州 2 2 5 0 0 2 )
摘 要 : 随着 网络 技 术的逐步成熟 , 无线传感 器时代 的到来 , 从 而也致使 了 无线传感 网络 技 术成 为了 近 几年 的一 个技 术热 点。 在 网络设备 中
Z i g b e e 技术的开发是一项工作较 为复杂 的技术工程 , 其 涉 及到的技术不仅有 网络领域 当中的传输、 射 频等技术 , 还涉及 到了底 层软件硬件控制等技术。 在对Z i g b e e 技术进行无线传感 图1 无线传感器网络结构示意图 器网络 开发时, 主要也 就考虑到网络 的节点以及相适应 的功能 由于传感器 一般情况下都是嵌入 到各 个 电子设备当中, 外 型软件。目 前, 在科研人员的努力之下在硬件上 已经将Z i g b e e 技 加监 测区域 环境往 往比较复杂 , 传感 器的网络节点非常多, 导 术应 用到了射频芯片等 , 这些高科技含量 的硬件设 施降低了开 致了网络 的维护十分麻烦甚至 就是不能进行维 护。 因此, 导对 发者的设计要求 , 只需要在其中加入一些 元件就可 以实现应 节 于无 线传感器 的设计要做 到网络容量要大 , 传感器体 积小, 消 点 的应 用 , 在加上Z i g b e e  ̄ 关 软 件 的开 发 利 用 , 加 速 了Z i g b e e 耗 低等特点,以实现 自组 网络 的动态 性 , 并且还 要加强无线传 系统的设计, 已经进一步的简化 了用户命令接 口, 普通 的用户只 感器 的网络安全, 在无线信道上分布式的控制传感器所受到的 要使用一些简单的命令, 就可以实现Z i g b e e 的网络控制。

传感器与无线传感网络ZigBee介绍

传感器与无线传感网络ZigBee介绍

无线传感网络的概念和特点
无线传感网络(WSN)是一种由大量传感器节点 组成的网络,用于监测和控制物理或环境参数。
传感器节点具有低功耗、低成本、体积小等特点, 可以大量部署在监测区域。
无线传感网络采用无线通信技术,如ZigBee、蓝 牙、Wi-Fi等,实现传感器节点之间的数据传输。
无线传感网络具有自组织、自愈、分布式等特点, 可以适应各种复杂的环境。
和控制各种物理量
分类:根据测量原理和 功能,可分为温度传感 器、压力传感器、流量 传感器、加速度传感器

ZigBee:一种低功耗、 低成本、低速率的无 线通信技术,适用于 无线传感网络
应用领域:广泛应用 于工业自动化、智能 家居、医疗设备、环
境监测等领域
特点:低功耗、自组 织、自愈、安全性高、
网络容量大等
传感器与无线传感网络 ZigBee介绍
演讲人
传感器与无线传 感网络概述
ZigBee技术的应 用领域
ZigBee技术原理
ZigBee技术的发 展趋势
传感器与无线传感网络概述
传感器的定义和分类
传感器:能够检测和 测量物理量、化学量、 生物量等信号的装置
无线传感网络:由大 量传感器节点组成的 网络,用于实时监测
04
智能化:ZigBee技术不断融入人工智能技术,实现设备的智能化控制
市场前景与挑战
市场前景:随着物联 网技术的发展, ZigBee技术在智能 家居、智能医疗、智 能交通等领域具有广 泛的应用前景。
技术挑战:ZigBee 技术需要不断升级以 满足日益增长的数据 传输速度和安全性要 求。
竞争挑战:ZigBee 技术面临其他无线通 信技术的竞争,如 Wi-Fi、蓝牙等。

Zigbee技术

Zigbee技术

WiFi的技术优势
覆盖范围 传输速率 组网方式
半径100m
IEEE802.11b:11Mb/s IEEE802.11a/g:54Mb/s
设置WiFi无线路由器,组网方便
无线网络标准的比较
提纲
1
无线传感网络概述
2
Zigbee协议
3
Z-Stack协议栈
4
Zigbee测试
ZigBee概述
ZigBee是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据率、 低成本的双向无线通讯技术,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。
➢产生应用数据单元; ➢绑定及绑定服务; ➢AIB管理; ➢安全管理;
ZigBee网络设备类型
网络协调器:包含所有的网络消息,是3种设备类型中最复杂的一种,存储 容量最大、计算能力最强。发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、 存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信息。 全功能设备(FFD):可以担任网络协调者,形成网络,让其他的FFD或是 精简功能装置(RFD)连结,FFD具备控制器的功能,可提供信息双向传输。
UWB
调制方式 传输距离 传输速率 UWB技术标准 工作频段
MB-OFDM 10~20m <1Gbit/s IEEE 802.15.4a 3.1GHz和10.6GHz之间
Zigbee
什么是Zigbee技术? “Zig”的英文含义是“之字形” “Zag”的含义是“急转, 急变” “Zigzag”的含义是“之字形跳变”
zigbee无线网络技术总结六室2010712中科院微电子研究所提纲无线传感网络概述1zigbee协议2zstack协议栈3zigbee测试4无线传感网络概述无线传感器网络wirelesssensornetwork综合了微电子技术嵌入式计算技术现代网络及无线通信技术分布式信息处理技术等先进技术能够协同地实时监测感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息并对其进行处理处理后的信息通过无线方式发送并以自组多跳的网络方式传送给观察者

ZigBee无线传感网络在客车安全监测系统中的应用

ZigBee无线传感网络在客车安全监测系统中的应用

网络技术的客车安全监测系统能够满足上述要 求, 可以及时、 准确地将客车上各个部件 ( 如列车 管、 制动缸 、 向架 、 、 转 车体 电气设备等等 ) 信息传 输到控制中心 , 确保客车安全运行。 TP S C D 原理是利用安装在客车上各个部件 的测试设备系统在线检测其工作状态,检测设备 数据处理。 通过采集、 分析部件的原始信号得到部件的特征 无线通信模块是系统的核心部分,负责数据 量, 通过车厢级无线通讯网络将特征量传输到车 的接收与发送, 本设计采用 C 2 3 C 4 0 ̄ ; C 4 0 C 23 厢级系统;车厢级系统根据特征量来判断部件的 芯片上整合了 zg e 射频前端 、 存和微控制器。 i e B 内 工作状态, 在进行状态报警的同时将这些状态结 它使用 1 8 8 5 M U 个 位 0 1 C ,具有 18 B可编程 2K
工 IHm 儿 目 小 刖 ¨ /\0
置。车厢级系统由各个检测设备组成, 主要包括: 转向架检测设备 、 制动检测设备 、 电源检测设备、 舒适度和平稳性检测设备 、 绝缘检测设备等。 这些 检测设备对部件进行实时采集、 分析, 将其状态特 征提取出来 , 通过无线网络传到车厢级系统中。 而 车厢级系统根据各个检测设备的特征量进行基本 的判断, 得到各个部件的状态结果, 同时通过客车 级无线通讯 网络将这些信 息 传输到客车级控制中 心进行处理。 2zg e 技术及其特 i e B zg e 技 术是基 于 IE 8 2 5 术标准 i e B E E 0. A技 1 和 zg e iS e网络协议而设计的无线传感网络 , 它是 中短距离、 低速率无线传感器网络, 射频传输成本 低, 各节点只需要很少的能量 , 功耗小 , 于电池 适 长期供电, 可实现一点对多点或两点间对等通信 、 快速组网 自 动配置,任意传感器之间可相互协调 实现数据通信 , 主要用于中 短距离无线系统连接。 z e i 技术的特点是 : 邸e 低速率 , 低功耗, 低成 本, 延时短 , 免许可无线通信频段, 多种组网方式 , 近距离通信 , 可靠数据传输 , 大容量网络, 配置 自 及三级安全模式。 3无线传感器网络节点的硬件设计 TP S C D 各个部件的检测设备主要 由传感器 、 AD转换芯片、微控制器 、C 4 0 / C 2 3 无线通讯芯片 以及一些外围电路组成。无线通讯网络是 T P S C D 的传输 生命线 ,其状 态 的好坏将 直接 影 响到 TP S C D 的性能和稳定 眭,因此无线检测设备的 设 计非常重要。 我们设计的节点实现机理是将采集到的信 息 数据以无线方式发送出去。无线传感器网络节点 包括传感器模块 、 无线通信模块、 电源供应模块和 阻抗匹配网络。系统节点的结构框图如图 1 所示。 传感器模块负责设备状态量的采集 , 通过滤 波放大电路可以直搦 羞^C 2 3 C 4 0的 A )口进行 t f

基于ZigBee技术的无线传感器网络节点的设计.

基于ZigBee技术的无线传感器网络节点的设计.

0引言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,成本也较高,不适于短距离无线通信。

ZigBee 技术的出现就弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺,大大减少资源的浪费,且有很大的发展前景。

ZigBee 技术是在IEEE 802.15.4协议标准的基础上扩展起来的,是一种短距离、低功耗、低传输速率的无线通信技术。

该技术主要针对低速率传感器网络而提出,能够满足小型化、低成本设备的无线联网要求,可广泛应用于工业、农业和日常生活中。

ZigBee 无线网络根据应用的需要可以组织成星型网络、网状网络和簇状网络三中拓扑结构。

ZigBee 网络有两种类型的多点接入机制。

在没有使能信标的网络中,只要信道是空闲的,任何时候都允许所有节点发送。

在使能信标的网络中,仅允许节点在预定义的时隙内进行发送。

协调器会定期以一个标知为信标帧的超级帧开始发送,并且希望网络中的所有节点与此帧同步。

在这个超级帧中为每个节点分配了一个特定的时隙,在该时隙内允许节点发送和接收数据。

超级帧可能还含有一个公共时隙,在此时隙内所有节点竞争接入信道。

1无线传感器网络节点硬件设计本文采用集成MCU+射频收发模块的SOC 设计方式,这种组合方式的兼容性与芯片之间的数据传输可靠性强,而且能实现节点的更微小化和极低的功耗。

1.1无线传感器网络节点组成无线传感器网络节点一般由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源管理模块组成,如图1所示。

数据采集单元用来采集区域的信息并完成数据转换,采集的信息包含温度、湿度、光强度、加速度及大气压力等;数据处理单元控制整个节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理和任务管理等;数据传输单元用于与其他节点进行无线通信、交换控制消息及收发采集数据;电源管理单元选通所用到的传感器。

1.2CC2430模块本文采用CC2430芯片为核心来设计传感器节点。

CC2430芯片是挪威Chipcon 公司推出的符合IEEE 802.15.4标准ZigBee 协议的Soc 解决方案。

基于ZigBee技术中职无线传感器网络技术的课程设计

基于ZigBee技术中职无线传感器网络技术的课程设计

基于ZigBee技术中职无线传感器网络技术的课程设计【摘要】本文主要介绍了基于ZigBee技术中职无线传感器网络技术的课程设计。

首先从ZigBee技术和无线传感器网络的概述开始,然后探讨了ZigBee技术在无线传感器网络中的应用以及设计要点。

接着介绍了实验设计与实施、数据采集与处理以及系统性能评估等方面。

最后对课程设计进行总结,并展望了未来的研究方向。

通过本课程设计,学生将深入了解ZigBee技术在无线传感器网络中的应用,掌握相关实验与数据处理技能,提高系统性能评估能力。

这对培养学生的实践能力和解决问题的能力具有重要意义,也为未来无线传感器网络技术的发展奠定了基础。

【关键词】ZigBee技术, 无线传感器网络, 课程设计, 应用, 设计要点, 实验设计, 数据采集, 数据处理, 系统性能评估, 总结, 研究方向, 未来展望1. 引言1.1 ZigBee技术概述ZigBee技术是一种短距离、低功耗、低数据传输速率的无线通信技术,主要应用在物联网领域。

它采用IEEE 802.15.4标准,工作在2.4GHz频段,具有自组网、低功耗、低成本等特点。

ZigBee技术被广泛应用在智能家居、工业控制、智能建筑等领域,为传感器节点之间的通信提供了可靠的解决方案。

其网络拓扑结构包括星型、网状和混合型,具有灵活性和扩展性。

ZigBee技术在无线传感器网络中扮演着重要的角色,通过组建网络、数据传输和协调节点等功能,使得无线传感器网络能够实现远程监测、实时控制等应用。

其低功耗特性使得传感器节点可以长时间工作,适用于需要长期监测的环境。

ZigBee技术还具有良好的安全性和可靠性,能够保障传感器数据的安全传输。

ZigBee技术的应用在无线传感器网络中具有广阔的前景,可以提升传感网络的性能和稳定性,为各种应用场景提供可靠的支持。

1.2 无线传感器网络简介无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是由大量分布在空间中的微小传感器节点组成的网络,每个节点都能感知周围的环境,并能将采集到的数据通过无线通信传输到网络中。

zigbee无线传感网络课程设计

zigbee无线传感网络课程设计

zigbee无线传感网络课程设计一、课程目标知识目标:1. 让学生掌握zigbee无线传感网络的基本概念、原理和应用场景。

2. 了解zigbee协议栈的结构、功能及其工作流程。

3. 掌握zigbee网络拓扑结构、节点类型及其配置方法。

技能目标:1. 学会使用zigbee开发工具进行网络编程和调试。

2. 能够搭建简单的zigbee无线传感网络,并进行数据采集、处理和传输。

3. 培养学生运用zigbee技术解决实际问题的能力。

情感态度价值观目标:1. 培养学生对物联网技术的兴趣,激发学习热情。

2. 增强学生的团队协作意识,培养合作解决问题的能力。

3. 培养学生关注社会热点问题,了解zigbee技术在现实生活中的应用,提高社会责任感。

课程性质:本课程属于信息技术领域,旨在让学生了解和掌握zigbee无线传感网络的基本知识,培养实际操作能力和创新思维。

学生特点:本课程针对的是高年级学生,他们在前期课程中已具备一定的编程基础和网络知识,具有较强的学习能力和实践操作能力。

教学要求:教师应注重理论与实践相结合,引导学生通过实际操作掌握zigbee 技术,鼓励学生开展团队合作,提高解决问题的能力。

在教学过程中,关注学生的情感态度价值观培养,使其在学习过程中形成正确的价值观。

通过分解课程目标为具体的学习成果,便于后续教学设计和评估。

二、教学内容1. zigbee基本概念与原理- 无线传感网络概述- zigbee技术特点与应用场景- zigbee协议栈结构与工作原理2. zigbee网络结构与配置- zigbee网络拓扑结构- 节点类型及其功能- 网络配置与优化方法3. zigbee编程与调试- 开发工具与环境介绍- zigbee协议栈编程- 程序调试与故障排除4. 数据采集、处理与传输- 传感器节点数据采集- 数据处理与融合- 无线数据传输技术5. zigbee应用案例与实战- 现实生活中的zigbee应用案例- 实战项目:搭建简单的zigbee无线传感网络- 数据分析与优化教学内容安排与进度:第一周:介绍无线传感网络与zigbee基本概念、原理第二周:学习zigbee网络结构与配置方法第三周:掌握zigbee编程与调试技巧第四周:学习数据采集、处理与传输技术第五周:分析zigbee应用案例,进行实战项目设计与实施第六周:项目总结与成果展示,数据分析与优化教材章节关联:《信息技术》第四章:无线传感网络《信息技术》第五章:zigbee技术及应用《信息技术》实践教程:zigbee编程与实战案例三、教学方法为了提高教学效果,激发学生的学习兴趣和主动性,本课程将采用以下多样化的教学方法:1. 讲授法:通过系统讲解zigbee无线传感网络的基本概念、原理、协议栈结构等内容,为学生奠定扎实的理论基础。

基于CC2430的ZigBee无线传感网络节点的设计

基于CC2430的ZigBee无线传感网络节点的设计
第 2 卷第 4 9 期 2 l 年 l 月 o1 2
; 瓣蠡
J CHE I NGDI ANLU ONGXUN T
V 12 N . 0. 9 o4 D e 2 1 e .0 1
基 于 C 23 C 4 0的 Zg e 线 传 感 网络 节点 的设 计 iB e无
梁伟 明 曹 彪
引 言
随着无线通信、 集成 电路、 传感器 以及微机电 系统等技术 的飞速发展和 日益成熟 , 传感器信息 获取技术已经从过去的单一化逐渐向集成化 、 微
靠 。为推动 Z B e i e 技术 的发展 , h cn E br g C i o 、 m e、 p
F e s ae r e c l 、Ho e we Mi u ih Mo o aa h l s ny  ̄ s bs i t tr l 、P i p i
给观 察者 。基 于 Zg e 协 议 、 C 2 3 频芯 片为核 心 的硬 件设 计方 法 , iB e 以 C 4 0射 实现 了一 个基 于 Zge i e的无 b 线传 感 器 网络 节点硬 件平 台 的开发 。 关键 词 无线传 感 器网络 Zg e C 23 iBe C 40
2 无线传感器 网络介 绍
无线传感器网络是一种无中心节点的全分布 网络。通过随机投放的方式 , 众多传感器节点被 密集部署在监控区域。这些传感器节点集成有传
感器、 数据处理单元和通信模块, 它们通过无线信 道相连 , 自组织地构成 网络系统。传感器节点利
近年来 , 无线传感器 网络被广泛 的应用在预防医
部的数据交的技术提案。它有 自己的无线电标准 , 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
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传感网
物联网
泛在网
2.1.1.1 与无线传感器网络相关的几个概念 2.1.1.2 无线传感器网络概述 2.1.1.3 物联网概述
无线传感器网络是由部署在监测区域内部或附近的
大量廉价的、具有通信、感测及计算能力的微型传 感器节点通过自组织构成的“智能”测控网络。
无线传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点 和管理节点。
互联网和卫星
任务管理节点 用户
汇聚节点
E D
C
B A
监测区域
传感器节点
传感器节点
◦ 通常是一个微型的嵌入式系统,它的 处理能力、存储能力和通信能力相对 较弱。每个传感器节点兼顾传统网络 节点的终端和路由器双重功能。
汇聚节点
◦ 处理能力、存储能力和通信能力相对 较强,它连接传感器网络和外部网络 ,实现两种协议栈之间的通信协议转 换,同时发布管理节点的监测任务, 并把收集到的数据转发到外部网络上 。
QoS(Quality of Service)服务质量-
队列管理、优先级机 制或带宽预留等机制
上层应用 时间同步 定位
传输控制 路由
数据链路 物理
QoS
拓 扑
能 量
/ 安网 全络 /管 移理 动
1、 大规模网络 1)分布在很大的区域 2)节点部署很密集 2、 自组织性网络 传感器节点具有自组织的能力,能够自动进行配置和管理,通过拓扑
信标准
2.1.5 小结
2.1.1.1 与无线传感器网络相关的几个概念 2.1.1.2 无线传感器网络概述 2.1.1.3 物联网概述
IOT
◦ (Internet of things)原始含义是物与物相联结的网络 。最早的IOT网络,实际上就是RFID网络,该概念最早来 自于美国麻省理工学院的Auto-ID中心研究人员。他们最 早提出将RFID与互联网相结合,实现在任何地点、任何时
控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多条无线网络系统。 3、 动态性网络 适应如下变化:
1)传感器节点出现故障或失效。 2)无线通信链路带宽变化,甚至时断时通。 3)传感器、感知对象、观察者这三要素可能具有移动性。 4)新节点的加入。 4、 可靠的网络 传感器网络的软硬件具有鲁棒性和容错性。
通过条码与二维码、射频标签(RFID)、全球定位系统(GPS)、
红外感应器、激光扫描器、传感器网络等自动标识与信息传感设备 及系统,按照约定的通信协议,通过各种局域网、接入网、互联网 将物与物、人与物、人与人连接起来,进行信息交换与通信,以实 现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息网络。
5、 以数据为中心的网络 传感器网络是任务型的网络。用户直接将所关心的事件通告给网 络,网络在获得指定事件的信息后回报给用户。 以数据本身作为查询或传输线索。
具有十分广阔的应用前景,能应用于军事国防、工
农业控制、城市管理、生物医疗、环境检测、抢险 救灾、危险区域远程控制等领域。
模块2:ZIGBEE技术及应用
2.1 ZIGBEE无线传感网络 9:00-11:30
主讲老师:罗汉江 辅讲老师:任益芳、黄林峰
2.1.1 从传感网到物联网 2.1.2 Zigbee无线传感器网络概述 2.1.3 Zigbee网络构成、特点及应用 2.1.4 IEEE802.15.4 /zigBee无线传感器网络通
最早来自于诺基亚,其含义有Machine-toMachine、Man-to-Machine,或者Machine-toMan等,其侧重点在于无线数据通信和信息技术的
无缝连接,从而实现在其基础上的无线业务流程的 自动化、集成化,并最终为用户创造增值服务。
美国基金委员会近几年提出CPS(Cyber Physical Systems)研究计划, 该计划通过3C技术即计算 (Computation)、通信(Communication)和控制 (Control)的有机融合与深度协作,实现各种应用系 统的实时感知、动态控制和信息服务。
管理节点
◦ 对传感器网络进行配置和管理,发布 监测任务以及收集监测数据。
传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和 能量供应模块四部分构成。
传感器模块
传感器
AC/DC
处理器模块
处理器 存储器
无线通信模块
网络
MAC
收发器
能量供应模块
平衡调度监测任务
检测并注册传感器节点的移 动,维护到汇聚务的应用层软件 数据流的传输控制
路由生成、路由选择 数据成帧、帧检测、媒 体访问、差错控制
信号调制、无线收发
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
任 移务 能 动管 量 管理 管 理平 理 平台 平台 台
依赖于数据传输通道, 同时为网络协议各层 提供信息支持
2005年国际电信联盟远程通信标准化组(ITU-T)在 《ITU Internet Reports 2005: The Internet of Things》中正式提出IOT的概念。2008年该组织 在《Ubiquitous Sensor Networks》中进一步提
出泛在传感器网络概念(广义传感网),并阐述为 通过传感器、执行器、RFID等对物理世界进行感知
间,对任何物品进行标识和管理。随之发展起来的如欧盟 的产品电子代码EPC服务于物流领域,主要目的在于增加
供应链的可视、可控性,偏重于对物品的识别及流动控制 和管理。
与此同时,无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Networks)和M2M技术得到了飞速发展
。无线传感器网络源于美国军方对战场的监控与预 警系统的研究,后来逐步迁移到民用研究。无线传 感器网络主要侧重于对目标、环境和物体状态的监 测与控制。
和标识,然后依靠网络将信息进行传输和互联,再 进行信息处理和信息存储,最后实现具体应用。
又简称为U网络,指基于个人和社会的需求,利用
现有的网络技术和新的网络技术,实现人与人、人 与物、物与物之间按需进行的信息获取、传递、存 储、认知、决策、使用等服务,网络超强的环境感 知、内容感知及其智能性,为个人和社会提供泛在 的、无所不含的信息服务和应用。
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