Zigbee技术简介
ZIGBEE技术简介
ZIGBEE技术简介一、ZIGBEE是什么技术ZigBee 是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术；ZigBee 采取了IEEE 802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点：省电、简单、成本又低的规格；ZigBee增加了逻辑网络、网络安全和应用层；ZigBee 的主要应用领域包括无线数据采集、无线工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制、远程网络控制等场合；ZigBee 无线可使用的频段有3 个，分别是2.4GHz 的ISM 频段、欧洲的868MHz 频段、以及美国的915MHz 频段，而不同频段可使用的信道分别是16 、 1 、10 个，在中国采用2.4G频段，是免申请和免使用费的频率。
二、ZIGBEE设备功能ZigBee 网络协调器也就是网络的中心节点；ZIGBEE 全功能设备(FFD)也就是网络中的路由或中继；精简功能设备(RFD)也就是网络中的终端节点。
三、ZIGBEE特点ZigBee 技术优势ZigBee 技术在低功耗、低成本和组网能力具有无可比拟的应用优势。
ZigBee 技术标准ZigBee 和802.15.4标准都适合于低速率数据传输，最大速率为250K，与其他无线技术比较，适合传输距离相对较近；ZigBee 无线技术适合组建WPAN网络，就是无线个人设备的联网，对于数据采集和控制信号的传输是非常合适的。
ZigBee 技术的应用定位是低速率、复杂网络、低功耗和低成本应用。
ZigBee 网络比较ZigBee 无线的传输带宽在20-250KB/s范围，适合传感器数据采集和控制数据的传输；ZigBee 无线可以组建大规模网络，网络节点容量达到65535个，具有非常强大的组网优势；ZigBee 技术特有的低功耗设计，可以保证电池工作很长时间。
ZigBee 网络结构ZigBee技术具有强大的组网能力，可以形成星型、树型和MESH网状网，可以根据实际项目需要来选择合适的网络结构；MESH 网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过“多级跳”的方式来通信；该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能；星型和族树型网络适合点多多点、距离相对较近的应用。
zigbee技术简介
zigbee技术简介【正文】ZigBee是一种短距离无线通信技术，广泛应用于物联网、家庭自动化、工业自动化等领域。
它以低功耗、低复杂度和低数据传输速率为特点，是一种非常适合于传感器网络的通信协议。
ZigBee技术的出现源于对传统无线通信技术的不足之处的认识。
之前的无线通信技术大多对功耗要求较高，难以应用于需要长期运行的低功耗设备。
而ZigBee技术则专注于解决此类问题，使得各种传感器和移动设备能够通过无线网络进行低耗能的通信。
ZigBee技术采用了IEEE 802.15.4标准，利用2.4GHz频段进行通信。
这一频段已经被工业、科学和医疗（ISM）设备广泛使用，因此ZigBee能够与其他设备共享频谱，提高了通信的灵活性和可靠性。
ZigBee的网络结构非常简单灵活，可以根据应用的需求组成不同类型的网络。
它采用星型拓扑结构，其中一个设备充当协调器的角色，其他设备则作为终端节点进行通信。
这种结构使得网络的建立和维护非常方便，能够适应复杂环境中的通信需求。
另外，ZigBee还采用了分散式的时间频率分割多址（CSMA/CA）机制，用于协调网络中各个设备的通信。
这种机制能够有效减少冲突和碰撞，提高数据传输的可靠性和稳定性。
由于ZigBee技术的特点和优势，它在物联网领域得到了广泛的应用。
在家庭自动化中，ZigBee可用于实现智能家居控制系统，例如灯光控制、温度调节、安防监控等。
其低功耗和低复杂度的特点使得设备能够长时间运行，并且与其他无线设备无缝集成。
在工业自动化中，ZigBee技术也具备适应复杂环境的能力。
它可以用于监测温度、湿度、压力等参数，并将数据传输到上位机进行处理和分析。
同时，ZigBee技术的数据传输速率虽然不高，但足以满足大部分传感器网络的需求。
尽管ZigBee技术具有众多的优点，但也存在一些局限性。
由于其低数据传输速率，不适用于高带宽的应用场景。
此外，2.4GHz频段的使用会受到其他设备的干扰，造成通信质量下降。
ZigBee技术
ZigBee技术特点
(6) 安全: ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数
据包完整性检查功能,支持鉴权和认证， 采用 了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确 定其安全属性。
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应用实例
现已广泛应用于物联网产业链中的M2M行业, 如智能电网、智能交通、智能 家居、金融、移动POS终端、供应链自动化、工业自动化、智能建筑、消 防、公共安全、环境保护、气象、数字化医疗、遥感勘测、农业、林业、 水务、煤矿、石化等领域。
ZigBee技术特点
(2)成本低: ZigBee模块的初始成本在6美元左右，估计很快就能
降到1.5—2.5美元, 并且ZigBee协议是免专利费的。 低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。
ZigBee技术特点
(3) 时延短: 通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短, 典型的
搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms, 活动设 备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于 对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。
分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输 速率, 它的传输距离在10-75m的范围内,但可以继续 增加。
ZigBee技术特点
(1)低功耗: 由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且
采用了休眠模式, 功耗低,因此ZigBee设备非常省电。 据估算, ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长 达6个月到2年左右的使用时间,这是其它无线设备望 尘莫及的。
ZigBee技术的定义
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。
Zigbee技术介绍知识讲解
7.2007年10月完成再次修订(称为ZigBee2007/PRO)。能够 兼容之前的ZigBee2006版本，并且加入了ZibgeePRO部分 ，此时ZigBee联盟更加专注于以下三个方面：
的频率，在 2.4G 的频段上 具有 16 个信道，带宽为 250K。
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二、Zigbee技术特性和性能分析
二、Zigbee 物理信道
• ZigBee 在 2.4G 的频段上具有 16 个信道，从
2.405GHz — 2.480GHz 间分布，信道间隔 是 5M， 具有很强的信道抗串扰能力。
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二、Zigbee技术特性和性能分析
4.2004年12月ZigBee1.0标准(又称为ZigBee2004) 敲定，这使得ZigBee有了自己的发展基本标准。
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一、Zigbee技术简介
三、Zigbee协议的发展历史
5.2005年9月公布ZigBee1.0标准并提供下载。在这一年 里，华为技术有限公司和IBM公司加入了ZigBee联盟。 但是基于该版本的应用很少，与后面的版本也不兼容。
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二、Zigbee技术特性和性能分析
一、ZigBee 频带和数据传输率
• ZigBee 无线可使用的频段有 3 个，分别是 2.4GHz 的 ISM 频
段、欧洲的 868MHz 频 段、以及美国的 915MHz 频段，而不 同频段可使用的信道分别是 16 、 1 、 10 个；
• ZigBee 在中国采用 2.4G 的 ISM 频段，是免申请和免使用费
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zigbee应用
zigbee应用ZigBee技术是一种低功耗、近距离、低速率无线通信技术，具有低功耗、低成本、简单易用等特点，广泛应用于智能家居、物联网、能源管理、电力控制等领域。
本文将从ZigBee技术的基本原理、应用案例以及未来发展等方面进行介绍，旨在帮助读者更好地理解和了解ZigBee技术的应用。
一、ZigBee技术基本原理ZigBee技术是一种基于IEEE802.15.4标准的无线通信技术，使用全球2.4GHz频段，采用工作在低速率模式下的设备，适用于大范围的低功耗应用。
ZigBee技术主要包含三个基本组件：设备、协调器和网络。
设备是指采用ZigBee技术的终端设备，如传感器、开关等，用于感知环境信息，并将其通过ZigBee网络传输到协调器。
协调器是ZigBee网络的核心节点，负责组网、路由和管理网络中的设备。
它还可以与上层网络（如无线局域网）进行通信，实现设备与互联网的连接。
网络是由协调器和多个设备组成的拓扑结构，通过ZigBee协议进行通信。
ZigBee网络分为星型、网状和混合三种结构，可以根据不同应用需求选择不同的拓扑结构。
ZigBee技术通过低功耗的无线通信方式实现设备之间的数据传输。
它采用短距离通信，通信距离一般在10-100米之间，适用于室内环境。
同时，ZigBee技术在传输过程中对数据进行了优化，采用了低速率的传输模式，降低了能耗。
二、ZigBee技术应用案例1. 智能家居智能家居是ZigBee技术最常见的应用领域之一。
通过将传感器、开关、灯光等设备连接到ZigBee网络中，实现对家居环境的智能控制。
用户可以通过智能手机、平板电脑等终端设备，远程控制家居设备的开关、调光、温度等功能，提高家居的舒适度和便利性。
2. 物联网ZigBee技术也广泛应用于物联网领域。
通过将物联网设备连接到ZigBee网络中，实现对物联网设备的监测、控制和管理。
例如，智能城市中的环境监测设备可以通过ZigBee网络将环境数据传输到中心服务器，实现对环境状况的实时监测和分析。
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。
zigbee技术
1.ZigBee技术介绍1.1.什么是ZigBeeZigBee又叫紫蜂，是一种低功率无线电通信的开放标准，包括强大可靠的网络协议，安全服务和应用层，以确保设备间的互操作性。
ZigBee标准支持16个在全球范围内免许可证的2.4 GHz频段通道，通道数据传输速率达250kbps，同时也支持868/915MHz频段。
ZigBee技术是随着工业自动化对于无线通信和数据传输的需求而产生的，Zigbee网络省电、可靠、成本低、容量大、安全，可广泛应用于各种自动控制领域。
ZigBee强大的网络协议栈提供全网状路由功能，包括自动路由发现和修复，在不可预知的城市环境中，该功能对于网络的长期运作具有关键的作用。
ZigBee的超低能耗性能支持在非路由连接终端设备上使用电池进行长时间供电。
ZigBee还提供行业审查商业级的安全算法，它结合网络层和数据链路层（节点到节点）的公共密钥加密算法与密钥更新算法，以确保可靠的无线网络安全。
由于ZigBee设备易于安装和维护，既可靠又安全，并能够提供较长的电池寿命和高度可扩展的网络（成千上万的设备），同时可满足嵌入式设备较高的成本控制要求，ZigBee 标准越来越多地被用于连接设备到设备的传感器和控制应用程序。
1.2.ZigBee的应用范围1.3.主流无线通信技术的比较注：(1)单个子网最大节点数为理论值；(2)384Kbps为EGPRS理论传输值；(3)通信距离均为可视距离。
1.4.ZigBee技术的优势●低成本：使用ISM频段，无需申请License，无需缴纳专利费；●超低功耗：支持电池供电运行数年时间；●复杂性低，网络协议简单；●组网简单：自组网和自动路由功能使得网络的构建和维护变得十分容易；●稳定性高：网状网络提供高冗余通信路径，具备路由自动修补和优化能力，保证网络稳定可靠；CSMA/CD技术和重发确认机制确保了网络内数据通信的稳定性；●高安全性：提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用通用的AES-128位加密算法；●兼容性：开放的标准使不同供应商的产品可以很容易实现互联互通；国际通用的免费频段使产品准入更为简单；●响应速度快：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短●网络容量大：单个子网可管理多达65535个节点。
ZigBee技术简介
①低功耗。在低耗电待机模式下,2 节 5 号干电池可支持 1 个节点工作 6～24 个月,甚至更长。这是 ZigBee 的突出优势。
②低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的 1/10) ,降低了对通信控制器的要求,按预测分析,以 8051 的 8 位微控制器测算,全功能的主节点需要 32KB 代码,子功 能节点少至 4KB 代码,而且 ZigBee 免协议专利费。每块芯片的价格大约为 2 美元。
MAC Layer
IEEE 802.15.4
2.4GH
PHY Layer
868/915
Silicon
麓源电子科技有限公司
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ZigBee Stack
Application
Lustech
四、 ZigBee 联盟
ZigBee 联盟是一个高速增长的非牟利业界组织, 制定网络、安全和应用软件层；提供不同产品的协调性及互通性测试规格；在世界各地推广 ZigBee 品牌并争取市场的关 注；管理技术的发展。ZigBee 联盟的主要目标是以透过加入无线网络功能，为消费者提供更富弹性、更易用的电子产片。ZigBee 技术能融入各类电子产品，应用范围横跨 全球民用、商用、公用及工业用等市场。生产商终于可以利用 ZigBee 这个标准化无线网络平台，设计简单、可靠、便宜又省电的各种产品。成员包括国际著名半导体生产 商、技术提供者、代工生产商以及最终使用者。成员正制定一个基于 IEEE802.15.4、可靠、高性价比、低功耗的网络应用规格。目前超过 200 家成员公司正积极进行 ZigBee 规格的制定工作。 当中包括 7 位推广委员， 半导体生产商、 无线技术供应商及代工生产商。 7 位推广委员分别为： Honeywell， Invensys， Mitsubishi， Motorola， Philips， Samsung。
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Zigbee技术简介
Zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，
它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。
它此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。
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，因此它们的通信效率非常高。
最后，这些数据就可以进入计算机用于分析或者被另外一种无线技术如WiMax收集。
Zigbee的基础是IEEE802.15.4这是IEEE无线个人区域网(Personal Area Network，PAN)工作组的一项标准，被称作
IEEE802.15.4(Zigbee)技术标准。
Zigbee不仅只是802.15.4的名字。
IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟对其网络层协议和API进行了标准化(如下图2所示)。
完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点
的4K字节或者作为Hub或路由器的协调器的32K字节。
每个协调器
可连接多达255个节点，而几个协调器则可形成一个网络，对路由传输的数目则没有限制。
Zigbee联盟还开发了安全层，以保证这种便
携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其它节点获得。
Zigbee技术的主要特点包括以下几个部分:
*数据传输速率低:一般在10kbps～250kbps，传输速率低，专注于低传输应用;
*功耗低: 工作状态下平局功耗在几十毫瓦，休眠状态1μw。
在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月到2年，免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。
这也是Zigbee的支持者所一直引以为豪的独特优势;
*成本低:因为Zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。
且Zigbee协议免收专利费。
*时延短:通常时延都在15毫秒至30毫秒之间;
*安全:Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同时可以灵活确定其安全属性;
*网络容量大:每个Zigbee网络最多可支持255个设备（最大节点数达6万以上），也就是说，每个Zigbee设备可以与另外254台设备相连接;
*优良的网络拓扑能力:ZigBee具有星、树和丛网络结构的能力。
ZigBee设备实际上具有无线网路自愈能力,能简单地覆盖广阔围; *有效范围小:有效覆盖范围10～75米之间，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境;
* 工作频段灵活:使用的频段分别为2.4GHz(全球)、868MHz(欧洲)及915MHz(美国)，均为免执照频段。
常规技术指标：
1、设备种类和拓扑结构
.私人网络协调员{PAN Coordinator}
.全功能设备或路由器{Full Function Device or Router}
.有限功能设备(结点){Reduced Function Device (end node)}
.网状网络可以被使用于工业控制,
.嵌入传感器, 医疗搜集数据、烟雾探测，
.保安系统、大厦自动化、家庭自动化等。
2、ZigBee 通讯协义 - ZigBee 是一个网络层，而它是在位置 IEEE 802.15.4无线通讯协定之上
支持的网络
.点对点
.点对多点/星型拓扑星型网
.网型拓扑网状网(MESH)
节点的种类
.协调员(Coordinator)
.EN最终节点(End Node)
.路由器
可靠的传送协定
.载波检测多路存取/碰撞避免(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance,CSMA/CA)
.媒体接入层(点对点)重试/通讯确认
(Retries/Acknowledgments)
.网型网网络层(MESH NETWORK-level (multi-hop) Retries/ACKs)
.16 DSSS 无线电通讯信道
3、ZigBee个域网(Personal Area Network)的节点定义
.XBee/XBee-PRO 协调员
.私人域网络 (PAN) 的形成
.协调员要选择一个未用的信道和私人ID
.用SC (Scan Channels) 参数去扫瞄所有渠道的能量值 .活跃扫瞄 (Active Scan) 被广播
.活跃扫瞄回复被发现的协调员和路由器(5 个结果) 名单
.在协调员启动之后, 它将允许符合条件的结点加入网络
.XBee/XBee-Pro 路由器
.路由器起动步骤
.一台新路由器必须找出已经加入私人网络 (PAN)的协调员或路由器
.活跃扫瞄 (Active Scan) 将收集被发现的协调员和路由器 (5 个结果) 名单
.路由器将设法加入到允许加入的父母 (Parent) (路由器或协调员)
.XBee/XBee-PRO 末端设备 (End Device)
.一台新末端设备必须找出已经加入私人网络 (PAN)的协调员或路由器
.活跃扫瞄 (Active Scan) 将收集被发现的协调员和路由器名单
.末端设备将设法加入到允许加入的父母 (Parent) (路由器或协调员)
.低功率休眠模式
.末端设备的固件当前在还在开发中
4、ZigBee典型网络结构
5、应用领域
ZigBee应用领域极为广阔，目前可用于数据传输、数据采集及智能家居等应用领域。