zigbee无线通信技术
智能家居Zigbee无线通信技术应用
智能家居Zigbee无线通信技术应用提纲：1. Zigbee通信技术的概述和应用2. Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用3. Zigbee协议栈和通信模型分析4. Zigbee无线通信技术的优点和缺点5. 基于Zigbee的智能家居案例分析1. Zigbee通信技术的概述和应用在智能家居领域，无线通信技术是关键技术之一，而Zigbee 协议则是一种常见的低功率消耗、低带宽、低数据速率、无线网络通信协议。
Zigbee技术协议可以应用于各种各样的场景，不同的设备，例如：智能家居、智能楼宇、智慧城市、物联网等。
2. Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用Zigbee技术的低功耗和低复杂性使其成为智能家居应用中的主要通信技术之一。
Zigbee技术在智能家居应用中的使用可以包括安全系统、照明系统、智能门锁、温度控制系统等。
3. Zigbee协议栈和通信模型分析Zigbee协议包括物理层、MAC层、网络层和应用层。
Zigbee 协议的通信模型和协议栈都非常具体，并采用高效的应用程序接口，可通过网络层按需路由进行数据的分发。
网络层路由器在Zigbee网络中起到重要作用，它们允许数据流动的方向和路径通过网络管理器进行控制，以保持网络高效率和可靠性。
4. Zigbee无线通信技术的优点和缺点Zigbee无线通信技术的主要优点是低功耗、低复杂性、低成本。
其通信范围可达30到100米。
不过，Zigbee技术的主要缺点是其带宽较低，最高速度仅为250 kbit / s，且不太适合高质量的数据和高带宽应用。
Y不过Zigbee技术与其它无线通信技术相结合可增加其通信功能和应用范围。
5. 基于Zigbee的智能家居案例分析（1）照明系统Zigbee技术被广泛用于智能家居的室内和室外照明控制系统中。
例如：Zigbee 网络路灯系列，可以根据天气以及交通流量调节来实现智能路灯网络供电和监控。
（2）温度控制和能源管理Zigbee技术可与温度传感器和热控制器等设备一起使用，并提供电量计量功能，以实现智能能源管理。
zigbee技术的原理及应用
Zigbee技术的原理及应用1. 引言Zigbee是一种低功耗、近距离无线通信协议，被广泛应用于物联网领域。
本文将介绍Zigbee技术的原理，并探讨它在各个领域的应用。
2. Zigbee技术的原理•Zigbee协议：Zigbee是一种基于IEEE 802.15.4标准的通信协议。
它使用2.4GHz、900 MHz和868 MHz无线频段进行通信。
•网络拓扑：Zigbee网络采用星状、网状和树状等多种拓扑结构。
其中，星状拓扑最常见，由一个中心设备（协调器）和若干个终端设备组成。
•网络通信：Zigbee采用CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）的通信方式，确保数据的可靠传输。
•低功耗：Zigbee设备的功耗非常低，可以通过休眠和睡眠模式来降低能耗，在电池供电的应用中具有较长的使用寿命。
3. Zigbee技术的应用3.1 智能家居•环境监测：通过Zigbee传感器可以实时监测室内温度、湿度、光照等环境指标，实现智能调控。
•安防系统：Zigbee技术可以用于家庭安防系统，包括智能门锁、烟雾报警器和入侵检测器等。
•能源管理：通过智能插座和用电监控装置，实现对家电的远程控制和能源使用的监测。
3.2 工业控制•无线传感网络：Zigbee技术可以应用于工业领域的无线传感网络，实现对设备状态的监测和控制。
•远程监控：利用Zigbee传感器，可以实现对工业设备的远程监控和故障诊断。
•自动化控制：Zigbee网络可用于自动化控制系统，实现对设备的自动控制和优化。
3.3 医疗健康•远程监护：Zigbee技术可以用于监测和传输患者的生理参数，如心率、血压和血氧饱和度等。
•医疗设备：利用Zigbee传感器和控制器，可以实现医疗设备的远程操控，提高医疗效率。
•健康管理：通过与智能手机和云平台的连接，可实现对个人健康状况的实时监测和管理。
3.4 农业领域•农业监测：Zigbee网络可用于农业领域的远程监测，包括温度、湿度和土壤湿度的实时监测。
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的工作原理
zigbee的工作原理Zigbee是一种低功耗、短距离无线通信技术，主要用于物联网设备之间的通信。
它基于IEEE 802.15.4标准，并在其基础上添加了网络层和应用层协议。
Zigbee网络由一个协调器（Coordinator）和多个设备（Device）组成，协调器负责网络的管理和控制。
Zigbee的通信距离一般在几十米到几百米之间，传输速率较低，可达到250kbps。
它采用的是低功耗的射频技术，以确保设备的电池寿命较长。
此外，Zigbee使用的是mesh网状网络拓扑，设备之间可以通过多跳传输进行通信，提高了网络的覆盖范围和稳定性。
Zigbee的工作原理如下：1.设备加入网络：当设备加入Zigbee网络时，它会发送一个加入请求，协调器验证设备的身份后，将其分配给合适的网络节点。
设备可以是有源设备（Powered Device，PD）或无源设备（End Device，ED）。
有源设备可以直接与协调器通信，而无源设备需要通过其他设备进行中继。
2.建立网络拓扑：Zigbee网络采用mesh网状拓扑结构，其中每个设备都可以是路由器（Router），即可以进行中继的节点，或终端设备（End Device），即不能进行中继的节点。
设备之间可以通过多跳传输进行通信，数据可以沿着多个路径传递，提高了网络的可靠性和覆盖范围。
3.网络管理与路由选择：协调器负责网络的管理和控制，它会维护网络拓扑结构，并执行路由选择算法。
路由选择算法决定了数据传输的最佳路径，通过选择具有最佳信号强度和跳数的路由器进行数据传输，保证了数据的快速传递和可靠性。
4.数据传输和通信：设备之间可以通过两种方式进行通信，即直接通信和间接通信。
直接通信是指设备直接发送数据给目标设备，而间接通信是指设备通过中继节点进行数据传输。
设备可以根据需求选择合适的通信方式，以达到最佳的传输效果。
总的来说，Zigbee通过建立mesh网状网络拓扑，利用低功耗的射频技术实现设备之间的无线通信。
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。
基于ZigBee技术的无线PPT
03
2. 集中管理
通过中央控制器或智能终端，实 现对家庭设备的集中管理和控制
。
02
1. 无线连接
通过无线通信技术，实现家庭设 备的互联互通，无需布线，方便
安装和使用。
04
3. 智能控制
根据用户需求和环境变化，自动 调整设备的工作状态，实现智能
化管理。
基于Zigbee技术的无线智能家居系统架构
Zigbee技术
基于Zigbee技术的无线
• Zigbee技术简介 • Zigbee无线通信技术原理 • 基于Zigbee技术的无线传感器网络 • 基于Zigbee技术的无线控制系统
• 基于Zigbee技术的无线智能家居系 统
• 基于Zigbee技术的无线医疗系统
01
Zigbee技术简介
Zigbee技术的定义
05 便携式设备
无线医疗系统是指利用无 线通信技术，实现医疗设 备、传感器和系统之间的 信息传输和数据交换，从 而为患者提供实时、远程 的医疗服务。
无需线缆连接，方便设备 移动和位置调整。
能够实时监测患者的生理 参数和健康状况。
实现远程诊断、治疗和健 康管理。
便于携带，适用于家庭、 医院和移动医疗应用。
02
Zigbee无线通信技术原理
Zigbee无线通信技术概述
Zigbee是一种基于IEEE 802.15.4标准的低速无线个域 网（WPAN）协议，用于短距 离、低功耗的无线通信。
它适用于各种应用，如智能家 居、工业自动化、环境监测等 领域。
Zigbee技术具有低成本、低功 耗、低复杂度等特点，可实现 多点对多点的无线通信。
康复治疗
在康复中心或医院中，通过无线 医疗系统对患者的康复情况进行 实时监测和记录，为医生提供科
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无线通信技术在智能家居中的应用研究
Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用研究Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用研究引言随着科技的不断进步和人们对生活质量的要求提高，智能家居作为一种新兴的生活方式进入了人们的视野。
智能家居通过互联网技术和无线通信技术实现了家庭设备的智能化控制，给人们的生活带来了便利和舒适。
在智能家居系统中，无线通信技术起到了关键的作用，其中Zigbee作为一种低功耗、短距离、低数据率的无线通信技术，被广泛应用于智能家居领域。
本文将对Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用进行研究，探讨其优势和挑战。
一、Zigbee无线通信技术的概述1.1 Zigbee无线通信技术的特点Zigbee无线通信技术是一种基于IEEE 802.15.4标准的无线传感器网络技术，具有以下特点：（1）低功耗：Zigbee设备使用了事件驱动的通信机制，可以实现低功耗的长时间运行。
（2）短距离：Zigbee的通信距离一般在10到100米之间，适用于智能家居中设备之间的短距离通信。
（3）低数据率：Zigbee的数据传输速率在20-250kbps之间，可以满足智能家居设备之间的低频数据传输需求。
1.2 Zigbee无线通信技术的网络拓扑结构Zigbee无线通信技术采用了星型或多级星型的网络拓扑结构。
在智能家居系统中，通常使用多级星型结构，即一个中心节点（通常是智能家居网关）连接多个终端设备（如智能灯、智能插座等），实现设备之间的无线通信。
1.3 Zigbee无线通信技术的应用领域Zigbee无线通信技术在物联网领域有广泛的应用，其中智能家居是重要的应用场景之一。
在智能家居中，Zigbee无线通信技术可以实现设备之间的互联互通，实现智能家居系统的自动化控制。
二、Zigbee无线通信技术在智能家居中的应用研究2.1 Zigbee无线通信技术在智能照明系统中的应用智能照明系统是智能家居中的一个重要部分，Zigbee无线通信技术可以实现智能照明系统中各个灯具之间的互联互通。
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图7 网络层参考模型
上层实体
NLDE-SAP 网络层数据 实体 MCPS-SAP
MAC层实体
同步包头
同步包头用于获取符号、扩频码、帧同 步。也有助于粗略的频率调整。 物理层包头指示的是净电荷部分的长度。 物理层净电荷部分含有MAC层数据包， 净荷部分最大程度不超过127字节。
MAC层工作机制 MAC层工作机制
IEEE 802系列把数据链路层分成LLC和 MAC两个子层。MAC与LLC的接口中用于管 理 目的的原语仅有26条，相对于蓝牙131条 和32个事件而言，MAC的复杂度很低，降低 了功耗和成本。 MAC层在服务协议汇聚层和物理层之间 提供一个接口图5是MAC层的参考模型。
图1 zigbee协议框架 应用层1 …… 应用汇聚层 网络层 IEEE 802.2逻辑 链路控制类型 业务汇聚特定子层 其他逻辑 链路控制 标准 应用层N
IEEE 802.15.4介质访问控制 2.4GHz物 理层 868MHz/915MHz 物理层
PHY层和 层和MAC层工作机制 三、PHY层和MAC层工作机制
2004年,ZigBee V1.0诞生。它是zigbee 的第一个规范。但由于推出仓促，存在 一些错误。 2006年， 推出ZigBee 2006，比较完 善. 2007年底，ZigBee PRO推出 ZigBee的底层技术基于IEEE 802.15.4。 物理层PHY和媒体接入控制层MAC直接 引用了IEEE 802.15.4
NLME-SAP 网络层管理 实体 MLME-SAP
网络层管理实体提供如下服务： ◆配置一个新的设备； ◆初始化一个网络； ◆连接和断开网络； ◆路由发现； ◆邻居设备发现； ◆接受控制。 网络层数据实体提供如下服务： ◆生产网络层协议数据单元（NPDU）； ◆指定拓扑传输路由。
其他部件功能
应用汇集层：把不同的应用映射到 zigbee网络。 应用层功能：除了提供一些必要的 函数以及为网络层提供合适的服务接口 外，应用者还可以在这一层定义自己的 应用对象。
物理层通过射频固件和射频硬件提供了 一个从MAC层到物理层的无线信道接口。 图3 zigbee物理层结构模型
数据服务 接入点
物理层
物理层管理实 体-接入点
物理层管理实体
物理层个域网 络基本信息
物理层数据服务-接入点
图4 物理层数据包格式
4字节 字节 前同步码 1字节 字节 帧定界符 1字节 字节 帧长度（7位）预留位（1位） 物理层包头 变量 PSDU 物理层净荷
一、ZigBee的起源 一、ZigBee的起源
ZigBee 在中国被译为“紫蜂”,它与蓝牙相 类似，是一种新兴的短距离无线技术，主要 用于传感控制应用。 由于蓝牙技术对工业，家庭自动化控制 和工业遥测遥控领域而言，显得太复杂，功 耗大，距离近，组网规模太小等，而工业自 动化，对无线数据通信的需求越来越强烈， 而且，对于工业现场，这种无线数据传输必 须是高可靠的，并能抵抗工业现场的各种电 磁干扰。因此，经过人们长期努力，ZigBee 协议在2003年正式问世。
（3）任务组TG3制定的IEEE 802.15.3标准，研 究高传输速度无线个人区域网络标准，主要 追求的是传输速率和服务品质，主要对于在 多媒体的应用。 （4）任务组TG4制定的IEEE 802.15.4标准，针 对低速无线个人区域网络LR-WPAN制定的标 准。该标准把低能量消耗，低速率传输低成 本作为重点目标。 下图1是zigbee协议框架：
K=1,2,3, …,10 906+2(k-1) K=11,12,13, …,26 2401+5(k-11)
图2 频率和信道分布
868MHz/915MHz 物理层
通道0
通道1~10
868.3MHz
902.0MHz
928.0MHz
2.4GHz物理层
通道11~26
2.4GHz
2.483 5Gቤተ መጻሕፍቲ ባይዱz
在2.4GHz的物理层，数据传输速率为 250kb/s,数据传送速率精度为±4× 接受灵 敏度为-85dBm或更高。最小抗干扰水平是临 近信道抗干扰水平是0dB，交替信道抗干扰 水平是30dB。采用的是16相位正交调制技术。 在915MHz的物理层，数据传输速率为 40kb/s, 接受灵敏度为-92dBm或更高。最小抗 -92dBm 干扰水平是临近信道抗干扰水平是0dB，交 替信道抗干扰水平是30dB。采用的是二进制 移相键控的直序列扩频技术。 在868MHz的物理层，数据传输速率为 20kb/s。
图8 zigbee网络示意图
Zigbee终端 Zigbee路由接点 Zigbee协调者
Zigbee特点突出，主要有一下几个方面： ◆低功耗 ◆低成本 ◆低速率 ◆近距离（10~100m） ◆短时延 ◆高容量 ◆高安全
二、zigbee的协议标准 二、zigbee的协议标准
Zigbee是近距离通信的产物，属于个人区 域网络PAN和无线个人区域网络WPAN 在IEEE 802.15工作组内有四个任务组 （1）任务组TG1制定的IEEE 802.15.1标准（蓝 牙）这是一个中等速度，近距离的WPAN， 用于手机等短距离的通信。 （2）任务组TG2制定的IEEE 802.15.2标准，主 要研究IEEE 802.15.1和IEEE 902.11（无线局域 网络标准WLAN）的共存问题。
MHR（MAC层帧头）
MAC载 荷
MFR
帧控制域指明了MAC帧的类型，地址域的 格式及是否需要接收方确认等控制信息。帧序 号域包含了发送方对帧的顺序编号，用于匹配 确认。地址域采用的寻址方式可以是64位IEEE MAC地址或8位的zigbee网络地址。FCS用于接 收方判断该数据是否正确。
四、网络层
ZigBee
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、 低功耗、低速率、低成本的双向近距离 无线组网通讯技术。 主要用于距离短、功耗低且传输速 率不高的各种电子设备之间进行数据传 输以及典型的有周期 性数据、间歇性数据 和低反应时间数据传 输的应用。
一、ZigBee的起源 的起源 二、 ZigBee的协议标准 的协议标准 层和MAC层工作机制 三、PHY层和 层和 层工作机制 四、网络层 五、 ZigBee技术的特点 技术的特点
Zigbee使用的无线信道由表1确定，频率和信道 分布如图2所示。从图中可以看出zigbee使用了3个频 段定义了27个物理信道。 表1 zigbee无线信道组成
信道编号
K=0 中心频率 /MHz 868.3 2 5 信道间隔 /MHz 频率上限 /MHz 868.6 928.0 2483.5 频率下限 /MHz 868.0 902.0 2400.0
图5 MAC层参考模型 MAC层参考模型
MAC公共部分子 层-服务接入点
MAC层管理实 体-服务接入点
MAC管理实体
MAC公共部分子层
MAC层个域网 信息库 物理层管理实体服务接入点
物理层数据服 务接入点
图6 MAC层数据包格式
2字节 字节 帧控制 1字节 字节 序列号 0/2字 字 节 目的 PAN 标示符 0/2/8字 0/2字 字 字 节 节 目的地 址 源 PAN 标示符 0/2/8字 可变 字 节 源地址 帧载荷 2字节 字节 FCS
ZigBee技术的特点 五、ZigBee技术的特点
Zigbee是由多达65000个无线数传模块组 成的无线数传网络平台，整个网络范围之间 他们可以相互通信。 Zigbee主要为自动化控制数据传输而建 立，每一个zigbee网络节点不仅本身可以与键 控对象连接直接进行数据采集和监控，还可 以自动中转其他网络节点传过来的数据资料。 除此之外每个zigbee网络节点（FFD）还可以 在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网 络信息中转任务的孤立子节点（RFD）无线 连接