ZigBee技术介绍
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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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技术》课件
《Zigbee技术》PPT课件
Zigbee技术是一种低功耗、低成本的无线网络技术，被广泛应用在智能家居、 工业自动化、医疗设备等领域。本课件将介绍Zigbee技术的概述、体系结构、 协议栈、应用开发等方面内容，并展望Zigbee的未来发展。
什么是Zigbee技术
Zigbee技术是一种基于IEEE 802.15.4标准的无线通信技术，具有自组织、自修 复和低功耗的特点。广泛应用于物联网、智能家居、工业自动化等领域。
Zigbee技术的体系结构
Zigbee技术架构
Zigbee技术采用星型和网状的网络拓扑结构，支持端到端和多对多通信。
信道和通信方式
Zigbee技术工作在2.4GHz和915MHz等无线频段，使用短距离、低速率的无线通信方式。
特性和优点
Zigbee技术具有低功耗、多设备互联、网络扩展性强、安全性高等特点。
5
APL层
应用层负责具体应用的开发和实现，包 括应用的业务逻辑。
Zigbee应用开发
开发环境搭建
搭建开发环境，包括编译器、开 发板、调试器等工具的配置。
应用开发流程
应用实现案例
从需求分析、设计到编码和测试， 完成Zigbee应用的开发过程。
通过实例演示Zigbee应用的开发， 如智能家居控制、物联网传感器。
Zigbee网络管理与安全
1网络拓扑维护源自2维护网络拓扑结构，包括路由维护、邻居
表维护等，保证网络的稳定性。
3
Zigbee设备的加入和离网管理
管理Zigbee设备的接入和退出，实现设备 的自动配置和网络的动态扩展。
安全措施与加密机制
采取安全措施保护网络的数据传输和设备 的认证，使用加密机制提高通信的安全性。
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技术简介
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
精简功能设备(RFD)：RFD只能传送信息给FFD或从FFD接收信息。
附带有限的功能来控制成本和复杂性，在网络中通常用作终端设备。
ZigBee网络定义了三种节点类型：
协调器和路由器必须是全功能器件(FFD: Full function device)，
终端设备可以是全功能器件，也可以是简约器件（RFD: reduce function device
）。
协调点是一个特殊的FFD，它具有较强的功能，是整个网络的主要控制者，它根据网络的最大深度(nwkMaxDepth)，每个路由器能最多连接子设备的数目(nwkMaxChildren)，每个路由器能最多连接子路由器的数目(nwkMaxRouters)等参数建立新的网络、发送网络信标、管理网络中的节点以及存储网络信息等。
RFD的应用相对简单，例如在传感器网络中，它们只负责将采集的数据信息发送给它的协调点，不具备数据转发、路由发现和路由维护等功能。
RFD占用资源少，需要的存储容量也小，在不发射和接收数据时处于休眠状态，因此成本比较低，功耗低。
FFD除具有RFD功能外，还需要具有路由功能，可以实现路由发现、路由选择，并转发数据分组。
一个FFD可以和另一个FFD或RFD通信，而RFD只能和FFD通信，RFD之间是无法通信的。
一旦网络启动，新的路由器和终端设备可以通过路由发现、设备发现等功能加入网络。
当路由器或终端设备加入ZigBee 网络时，设备间的父子关
系（或说从属关系）即形成，新加入的设备为子，允许加入的设备为父。
一个简单的ZigBee网络父子关系如图3-a中的A、B。
ZigBee中每个协调点最多可连接255个节点，一个ZigBee网络最多可容纳65535个节点。
3.2 网络拓扑
ZigBee网络的拓扑结构主要有三种，星型网、网状（mesh）网和混合网，见图3。
星型网（图3-c）是由一个协调点和一个或多个终端节点组成的。
协调点必须是FFD，它负责发起建立和管理整个网络，其它的节点（终端节点）一般为RFD，分布在协调点的覆盖范围内，直接与协调点进行通信。
星型网的控制和同步都比较简单，通常用于节点数量较少的场合。
网状网（Mesh网）（图3-a）一般是由若干个FFD连接在一起形成，它们之间是完全的对等通信，每个节点都可以与它的无线通信范围内的其它节点通信。
Mesh 网中，一般将发起建立网络的FFD节点作为协调点。
Mesh网是一种高可靠性网络，具有“自恢复”能力。
它可为传输的数据包提供多条路径，一旦一条路径出现故障，则存在另一条或多条路径可供选择。
3.3 网络路由
ZigBee网络层的路由功能主要为网络连接提供路由发现、路由选择、路由维护功能，路由算法是它的核心。
目前ZigBee网络层主要支持两种路由算法—树路由和网状网路由。
树路由采用一种特殊的算法，具体可以参考ZigBee的协议栈规范。
它把整个网络看作是以协调器为根的一棵树，整个网络由协调器建立，而协调器的子节点可以是路由器或者是末端节点，路由器的子节点也可以是路由器或者末端节点，末端节点相当于树的叶子没有子节点。
树路由利用了一种特殊的地
址分配算法，使用四个参数—深度、最大深度、最大子节点数和最大子路由器数来计算新节点的地址，寻址的时候根据地址计算路径。
ZigBee路由只有两个方向—向子节点发送或者向父节点发送。
树状路由不需要路由表，节省存储资源，但缺点是很不灵活，浪费了大量的地址空间，并且路由效率低。
ZigBee还有一种路由方法是网状网路由Z-AODV（AODV Ad Hoc On Demand），这种方法实际上是Ad Hoc 按需路由算法的一个简化版本，是一种基于距离矢量的按需路由算法，非常适合于低成本的无线自组织网络的路由。
它可以用于较大规模的网络，需要节点维护一个路由表，耗费一定的存储资源，但往往能达到最优的路由效率，而且使用灵活。
4、网络性能及技术特征
工业无线网络的数据链路层协议需要充分考虑极端的工业无线通信环境、多样化信息的实时通信、休眠等节能机制，满足更为严格的可靠性、实时性和节能性要求。
以下是ZigBee几个典型的网络性能。
可靠：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。
MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息；
成本低：首先ZigBee协议免专利费，其次ZigBee网络短距离、低功耗等都可以降低网络的成本；
时延短：网络时延是指终端节点发出请求到其接收到回答信息所需要的时间。
ZigBee网络针对工业通信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。
设备搜索时延典型值为30ms，休眠激活时延典型值是15ms，活动设备信道接入时延为15ms；
网络容量：一个ZigBee 网络可以容纳最多254 个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络；
安全：ZigBee网络特别是网状网规模庞大，节点数目多，网络拓扑结构变化快，使其在安全性能上面临更大挑战。
ZigBee联盟在网络安全方面提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，各个网络应用可以灵活确定其安全属性。
5、ZigBee协议应用于工业无线通信中需考虑的问题
5.1 可靠性
5.1.1 干扰引起可靠性下降
工业自动化主要的应用是工业控制和工业监视，大部分的工业控制应用要求数据的可靠传输率超过95%。
但是企业的生产环境是很复杂的，环境中往往存在IEEE802.11、蓝牙、IEEE802.15.4等多种类型的无线网络，这些网络大都集中在2.4GHz的ISM共享频段上，见图4.彼此间存在严重的同频干扰；另一方面，工业环境中的射频通信条件较为恶劣，厂房中遍布的各种大型器械、金属管道等对信号的反射、散射造成的多径效应，以及马达、器械运转时产生的电磁噪声，无线信号会在其环境中反射、折射，引起传输延迟和多路径漫射，最终导致数据信号波形展宽，产生码间串扰。
图4
5.1.2 协调节点的可靠性
ZigBee网络中协调节点与控制端连接是网络核心，它的可靠性对整个网络
的可靠性起着质关重要的作用。
一旦协调节点出现掉电、数据库错误等致命问题，根据ZigBee协议网络中会有另一个路由节点发起组建ZigBee网络，但是重建网络及数据库恢复需要一定的时间成本。
当然可以考虑协调节点及数据库备份措施，这势必引起双路由问题，必然引起增加网络开销。
5.2 严格实时性
工业环境有些测控任务是有严格的时序和实时性要求的，因此在某此工业控制网络中要求通信网络能提供严格的实时通信。
前面提到ZigBee网络的主要的网络结构有三种，如果采用星型组网，所有网络节点通过协调器互相通信，路径长度相同，数据分组通过一跳到达目的节点。
如果采用网状网组网，设备间的数据分组通常需要通过多跳转接进行通信，数据包每跳到一个节点，都会产生数据存储转发及路由选择的时间开销，如果网络规模庞大，需考虑通信的实时性问。