新兴自组织无线网络技术
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。
无线传感器网络技术的发展及应用
无线传感器网络技术的发展及应用概述无线传感器网络技术（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种新兴的信息通信技术，它在短距离内构建无线网络，利用传感器节点进行信息采集、处理和传输。
自20世纪90年代初至今，WSN技术在农业、环境监测、智能交通、医疗、工业控制等领域得到了广泛的应用，并取得了显著的成就。
本文将介绍WSN技术的相关概念、发展历程、特点、应用及未来展望。
概念与发展历程WSN是由大量的微型无线传感器节点组成的自组织网络，用于对物理环境和特定目标进行无线监测、控制和反馈。
WSN的发展可以追溯到上世纪80年代起，当时美国国防部对无线传感器的需求日益增加，有关方面开始探索无线传感器网络的理论和实践。
在上世纪90年代初，美国传感器技术公司（Sensor Technologies）开始推出一些小型、低功耗的无线传感器，这标志着WSN技术开始向商业化发展。
进入21世纪后，WSN技术方兴未艾，许多学者和企业开始积极研究和推广WSN技术，连续发表了一系列重要的研究成果，如LEACH（低能耗自适应簇层协议）协议、TinyOS（一个基于分布式操作系统的WSN平台）等等。
近年来，WSN技术的应用初始化，越来越广泛，涉及领域也越来越多。
特点无线传感器网络技术的最显著的特点之一是低成本。
由于无线传感器节点规模小、硬件简单等原因，WSN技术的成本较低。
另外，WSN还具有灵活的配置和动态的部署、高容错性和自组织性、对环境的适应性强、实时性好等特点。
这些优点为WSN技术在实际应用中带来了很大的便利和可行性。
应用WSN技术在多个领域的应用表现抢眼，下面将对其中几个领域进行简要介绍。
一、农业领域农业是一个复杂的生态系统，在此系统中，无线传感器网络技术可用于监测土壤湿度、温度、湿度、气压、光照等环境条件，为农业生产提供实时性的基础信息，全面提升农业生产水平。
此外，WSN技术还可用于智能化的农耕机械自动化控制等方面。
新兴自组织无线网络技术(AdHoc无线网络)
和其它宽带网络的集成
3G/HSDPA/WiMAX Internet
方便的宽带无线接入方案
Internet
光纤骨干网
MESH Wi-Fi 接入网
有线或WiMAX
在城域中的运用
与其他移动通信技术的结合
移动现场办案
AP和终端都可移动 “网格化布警”
现场布控/紧急通信
宽带无线小区接入
校园/医院/大型企业宽带无线专网
MANET routing protocols
discover routes
Source routing
on-demand (re-active) Variation of
按需路由
distant vector?
DSR
AODV, ABR, TORA
Maintain updated routes (pro-active)
任意的网络拓扑。可独立工作，也可与Internet 或蜂窝无线网络连接。
一种新的组网技术，可以和其他许多平台结合使用！
Overview---自组织功能
Overview ---动态变化的网络拓扑
Overview ---自动最佳路由选择-1
Overview--自动最佳路由选择-2
有线回传 最佳路由 备选替换路由
Overview ---自动路由保护/恢复
Overview---无缝漫游
支持移动IP功能
有线回传 最佳路由 备选替换路由
Overview---方便扩展
关键技术问题
• MAC---碰撞/冲突避免、隐藏和暴露终端问题
• 网络自组织技术（自动组网，相邻发 现等）
• 自组织路由协议的设计和开发（自动 路由建立、维护和恢复等）
传感网的自适应与自组织特性分析
传感网的自适应与自组织特性分析随着科技的不断发展，传感网作为一种新兴的通信技术，已经广泛应用于各个领域。
传感网是由大量的分布式传感器节点组成的网络，这些节点能够感知环境中的各种信息，并将其传输到中心节点进行处理和分析。
传感网具有自适应与自组织的特性，使其在实际应用中具有很大的优势。
首先，传感网具有自适应的特性。
传感节点能够根据环境的变化自动调整其工作状态和通信方式。
例如，在环境温度升高时，传感节点可以自动调整其采样频率和传输速率，以减少能量消耗。
这种自适应能力使传感网能够适应不同的环境条件，并保持高效的工作状态。
其次，传感网具有自组织的特性。
传感节点之间可以通过无线通信建立连接，并自动组成一个网络。
传感节点之间可以根据自身的位置和能力进行协作，共同完成特定的任务。
例如，在环境监测中，传感节点可以根据自身位置和测量范围，自动调整节点之间的通信距离和传输功率，以实现全面的监测覆盖。
这种自组织能力使传感网具有更好的灵活性和可扩展性。
传感网的自适应与自组织特性使其在许多领域具有广泛的应用前景。
首先，在环境监测领域，传感网可以实时感知环境中的温度、湿度、气体浓度等信息，并将其传输到中心节点进行分析和预警。
这对于环境保护和生态监测具有重要意义。
其次，在智能交通领域，传感网可以实时感知道路交通状况，并根据实时数据进行智能调度和路线规划，提高交通效率和安全性。
再次，在农业领域，传感网可以监测土壤湿度、光照强度等参数，并根据实时数据进行灌溉和施肥，提高农作物的产量和质量。
然而，传感网的自适应与自组织特性也面临一些挑战。
首先，传感节点的能量供应是一个关键问题。
传感节点通常由电池供电，能量消耗是一个重要的考虑因素。
如何通过优化算法和能量管理策略，延长传感节点的工作寿命，是一个需要解决的问题。
其次，传感节点之间的通信和协作也是一个挑战。
传感节点的通信距离有限，如何通过优化网络拓扑和路由算法，实现节点之间的高效通信和协作，是一个需要解决的问题。
Zigbee技术及其应用技术
Zig bee技术及其应用2013-09-21 21:37:38|分类：Zigbee技术|标签：ziqbee通信组网应川|字号订阅ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。
ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。
其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。
乙gBee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复朵度、快速、可靠、安全。
ZigBee网络中设备的可分为协调器(Coordinator)＞汇聚节点(Router)、传感器节点(EndDevice)等三种角色。
⑴与此同时，中国物联网校企联盟认为:zigbee作为一种短距离无线通信技术,山于其网络可以便捷的为用户提供无线数抓传输功能,因此在迦阳领域具有非常强的可应用性。
起源ZigBee译为”紫蜂”,它与蓝牙相类似。
是一种新兴的短距离无线通信技术，用于传感控制应用(Sensor and Control)o由IEEE 802.15工作组中提出,并由其TG4工作组制定规范。
2001 年8 月，ZigBee Alliance 成立。
2004年，ZigBee V1.0诞生。
它是Zigbee规范的第一个版本。
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。
2009年3月，Zigbee RF4CE推出，具备更强的灵活性和远程控制能力。
2009年开始，Zigbee釆用了IETF的IPv6 6Lowpan标准作为新一代智能电网Smart Energy(SEP 2.0)的标准，致力于形成全球统一的易于与互联网集成的网络，实现端到端的网络通信。
随着美国及全球智能电网的建设，Zigbee将逐渐被IPv6/6Lowpan标准所取代。
ZigBee的底层技术基于IEEE 802.15.4,即其眇理屋和媒体访问控制层直接使用了IEEE 802.15.4的定义。
2012无线网络技术复习题
无线网络习题一、填空题：1.802.16a是一项新兴的（无线城域网）技术。
2.IEEE802.11a能够提供（6--54）Mbit/s数据速率。
3.天线按方向性分类，可分为定向天线和（全向）天线。
4.以太网100BASE-TX标准规定的传输介质为（五类双绞线）。
5.IEEE802.11g与IEEE802.11 （b ）兼容。
6.无线城域网采用（IEEE802.16 ）系列协议。
7.自从加入移动特性而产生（IEEE 802.16e）标准之后，WiMAX就具备了高速移动特性和高带宽接入特性。
8.蓝牙和紫蜂技术是无线（个）域网的技术。
9.无线Mesh网络（wmn ），也称为无线（网状）网。
10.可以认为，无线传感器网络就是一种特殊的移动（ad hot ）网络。
11.无线广域网采用（IEEE802.20 ）系列协议。
12.WLAN系统架设中天线的选择：如狭长地带的覆盖，可以选择定向天线；开阔地可用( 非定向)。
13.802.11b/g提供(3 )个互不相交的通讯通道，分别为( 1 6 11 ) 。
14.802.11a的最大速率(54 ) ，802.11g的最大速率( 54 ) ，802.11b的最大速率( 11 )。
15.如用户需要在WLAN网络中实现漫游功能，多台AP必须使用相同( ssid ) 。
16.有线以太网采用CSMA/CD保证通信，在无线网络中采用(CSMA/CA )协议保证通信。
17.广义上的网络是指由(节点)和( 连接关系) 构成的图。
18.现代信息网络主要包括(电信通信网络，广播电视网络，计算机专用网，工业和军事专用网) 四个部分。
19.传统的BW A技术主要包括( lmds mmds) 两个部分。
宽带无线接入Local Multipoint Distribution Services的缩写，中文译作区域多点传输服务。
这是一种微波的宽带业务，工作在28GHz附近频段，在较近的距离双向传输话音、数据和图像等信息。
ZigBee技术与应用介绍
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。
简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近 距离无线组网通讯技术。
ZigBee概述
❖ZigBee的起源
工业自动化和家庭智能化对无线数据通信的需求越 来越强烈，而蓝牙技术对于这一领域显然有一定的 局限。
ZigBee技术体系
❖ZigBee网络设备类型
设备类型
拓扑类型 可否成为协调器 通话对象
全功能设备 （FFD）
星形，树形，网状
可以
任何ZigBee设备
简化功能设 协调器通话
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
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。
网络的自组织自语能力强
■ZigBee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感 知其他节点的存在，并确定连结关系，组成结构化的网络； ■ZigBee自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发 生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网 络拓扑结构进行相应的调整，无需人工干预，保证整个系统 仍然能正常工作。
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee网状网络
ZigBee技术体系
❖ZigBee通信可靠性保 通证信可靠机制
■ZigBee采用了CSMA-CA的碰撞避免机制，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；明晰的信道检测 ■MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数 据包都必须等待接受方的确认信息。
自组织网络在无人机卫通链路中的应用和优化研究
Telecom Power Technology设计应用技术自组织网络在无人机卫通链路中的应用和优化研究亢超（中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北随着科技发展水平的提升，自组织网络技术水平越来越高，将其应用在无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）中，具有覆盖面广、安全可靠性高、数据传输速度高的应用优势。
因此，详细分析自组织网络在无人机卫通链路中的应用和优化，提高对自组织网络技术的研究力度，重点研究自组织网络在无人机中的应用方式，从而充分展现自组织网络在无人机卫通链路中的价值。
自组织网络；无人机（UAV）卫通链路；网络技术Research on Application and Optimization of SelfUnmanned Aerial Vehicle LinkKANG Chaoth Research Institute of CETC, Shijiazhuangthe level of scientific andorganizing network technology is getting higher and higher, and its application in Unmanned Aerial Vehicle(UAV) has 2024年2月10日第41卷第3期35 Telecom Power TechnologyFeb. 10, 2024, Vol.41 No.3亢 超：自组织网络在无人机卫通链路中的应用和优化研究准。
由于Wi -Fi 技术的成熟，在不同的成本和功耗要求下，可以提供多种设备选择。
为提高设备的可靠性和灵活性，应支持双通道、双工作模式和双天线。
Ch2.物理层通信基础基本概念奈氏准则香农定理电路交换报文交换分组交换导向传输介质中继器集线器非导向传输介质2个公式lim编码与调制数据交换方式传输介质物理层设备传输介质&设备图1 物理层模型2.2.2 数据链路层自组织网络在无人机卫通链路中的数据链路层应支持多节点间的无线收发。
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Overview---自组织功能
Wi-Fi
Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi
Wi-Fi
Hale Waihona Puke Wi-FiWi-Fi
Overview ---动态变化的网络拓扑
Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi
Wi-Fi
关键技术问题
• MAC---碰撞 冲突避免、隐藏和暴露终端问题 碰撞/冲突避免 碰撞 冲突避免、
• 网络自组织技术（自动组网，相邻发 网络自组织技术（自动组网， 现等） 现等） • 自组织路由协议的设计和开发（自动 自组织路由协议的设计和开发（ 路由建立、维护和恢复等） 路由建立、维护和恢复等）
新兴自组织无线网络技术
通信发展趋势
两大发展趋势 • 无线/移动 无线/ • IP
IP
Ad Hoc自组织无线网络技术意义深远
• 随着我国电信市场竞争的加剧，找准和开拓新的 业务增长点成了电信运营商和设备提供商在市场 中掌握先机的关键。 • 采用移动Ad Hoc网络技术的MESH无线区域网等 Ad Hoc MESH 业务被认为是未来的业务热点之一。 • 甚至有人称：就象IP网络改造传统电信网络一样， 移动Ad Hoc网络技术可能对现有移动通信网络的 结构和运营模式带来划时代的影响。
Wi-Fi
Wi-Fi
Overview--自动最佳路由选择-2
Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi
Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
有线回传 最佳路由 备选替换路由
Overview---无缝漫游
支持移动IP功能 支持移动IP功能
Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi
Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
有线回传 最佳路由 备选替换路由
Overview---方便扩展 方便扩展
Wi-Fi
Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi Wi-Fi
Ad Hoc无线网络概念 Hoc无线网络概念
• 一组带有无线收发装置的移动终端 移动终端组成的一个多 移动终端 多 跳的、临时性 自创建（Self-Creating)、自组织 跳的 (Self-Organizing)、自管理（Self-Administering) 系统。 • 不依赖预设的基础设施而临时组建。 • 移动终端具有路由功能，可以通过无线连接构成 任意的网络拓扑。可独立工作，也可与Internet或 蜂窝无线网络连接。 一种新的组网技术，可以和其他许多平台结合使用！ 一种新的组网技术，可以和其他许多平台结合使用！
可以和许多技术结合
AD HOC网络的应用 HOC网络的应用
1、城域无线通信（无线宽带接入、小区覆盖等） 、城域无线通信（无线宽带接入、小区覆盖等） 2、企业局域网：展览中心、体育场、旅游区、大型仓库、 、企业局域网：展览中心、体育场、旅游区、大型仓库、 港口、建筑、煤矿、石油/化工 环保、 化工、 港口、建筑、煤矿、石油 化工、环保、…. 3、应急 救援通信系统 、应急/救援通信系统 4、工业自动化控制 、 5、智能交通 、 6、传感器监测网络 、 7、家庭安全监测系统 、 8、战场侦察网络、战地监测网络、信息中继 、战场侦察网络、战地监测网络、 9、各种远程监测 监控系统（如环保、水文、地质、资源 保 监控系统（ 、各种远程监测/监控系统 如环保、水文、地质、 研究等） 护、研究等） 10、公安 交警 消防 交警/消防 、公安/交警 11、………. 、
国外应用情况
• 蜂窝型 蜂窝型Wi-Fi网络已经在美国一些城市部署和即将开始部 网络已经在美国一些城市部署和即将开始部 署，如Michigan州的 州的Grand Haven去年 月完成了Wi-Fi 去年8月完成了 州的 去年 月完成了 网络覆盖，成为了全美国第一座WiFi城市。Chaska, 城市。 网络覆盖，成为了全美国第一座 城市 Minnesota（密尼苏达州）也已经建成覆盖全市的蜂窝型 （密尼苏达州） Wi-Fi网络，并投入运营。 网络， 网络 并投入运营。 • Philadelphia（费城）投资 （费城）投资700万—1000万美圆搭建覆盖 万 万美圆搭建覆盖 整个城市135平方英里的范围 平方英里的范围， 整个城市135平方英里的范围，为整个城市提供一个基于 IEEE802.11b的Wi-Fi宽带无线网络，为目前世界上规模 的 宽带无线网络， 宽带无线网络 最大的蜂窝型Wi-Fi城域无线宽带网络。 城域无线宽带网络。 最大的蜂窝型 城域无线宽带网络 • 同时，美国其它一些大城市，如Madison、Boston、 同时，美国其它一些大城市， 、 、 Culver City等都在计划当中。Anaheim, Portland; 等都在计划当中。 等都在计划当中 Minneapolis; Arlington and Brookline. • 2005年台北市和 年台北市和Nortel合作，建立了覆盖整个城市的蜂 合作， 年台北市和 合作 窝型Wi-Fi网络。 网络。 窝型 网络 • 英国（BT）、澳大利亚、新西兰等。 英国（ ）、澳大利亚、新西兰等。 ）、澳大利亚
基于WLAN的无线自组织网络 基于WLAN的无线自组织网络
• • • • • • • • • • • IEEE802.11b/g（2.4GHz）、 （ ）、IEEE802.11（5GHz） ）、 （ ） 每个节点200—2000m覆盖范围 每个节点 覆盖范围 64/128位WEP加密（或WAPI）（可根据需要 增加不同层 加密（ ）（可根据需要 位 加密 ）（ 次的加密功能） 次的加密功能） 高带宽， 或更高（ 高带宽，11--54M /s或更高（IEEE802.11n） 或更高 ） 面向数据业务(Data service oriented )的网络 面向数据业务 的网络 支持VoWi-Fi 支持 网络可靠性高 组网非常方便 通用性和兼容性强 成本优势 丰富的终端支持
Maintain updated routes (pro-active) 先应式路由
OLSR Variations of link state routing? ZRP(局部先应，广域按需）
混合式路由（Hybrid）
其它：功率感知路由、地理位置信息路由、 其它：功率感知路由、地理位置信息路由、 QoS路由、多播路由、可扩展路由 路由、 路由 多播路由、
在城域中的运用
与其他移动通信技术的结合
移动现场办案
AP和终端都可移动 AP和终端都可移动 “网格化布警” 网格化布警”
现场布控/紧急通信
宽带无线小区接入
校园/医院/ 校园/医院/大型企业宽带无线专网
• • • • • • 高带宽 网络自愈功能很强 无缝漫游 成本低 不用布线， 不用布线，布网方便 扩展性强
• QoS保证 保证 • 功率控制与管理 • 网络的信息安全
Core Technology
Application Level 传输 Level New Network Level
Ad Hoc Subnet MAC/LLC BBP RF
一般需要 多层次协 议层协调 工作、 工作、综 合考虑。 合考虑。
巨大的成本优势
• 不到3G网络建设费用的1/10 不到3G网络建设费用的 网络建设费用的1/10 • 高带宽（IEEE802.11n） 高带宽（IEEE802.11n） • 安装/维护费用低 安装/
Existing MANET protocols
discover routes Source routing on-demand (re-active) Variation of distant vector? 按需路由 MANET routing protocols Table driven
DSR AODV, AODV ABR, TORA DSDV、CGSR DSDV CGSR