Zigbee无线通信技术及其组网研究方案解析
基于ZigBee的无线通信组网设计
基于ZigBee的无线通信组网设计【摘要】本文通过对基于ZigBee的无线通信组网设计进行深入研究，从研究背景、研究意义和研究目的三个方面展开讨论。
在介绍了ZigBee技术的概述、无线通信组网原理、ZigBee协议栈分析、无线通信组网设计方案以及网络拓扑结构设计。
在对基于ZigBee的无线通信组网设计进行了总结，并展望了未来的设计成果和发展方向。
通过本文的研究，为无线通信技术的应用和发展提供了重要的参考和指导，对促进智能化无线通信系统的发展具有积极意义。
【关键词】ZigBee, 无线通信, 组网设计, 技术概述, 协议栈, 拓扑结构, 设计方案, 总结, 展望, 发展方向1. 引言1.1 研究背景在实际应用中，如何设计高效可靠的无线通信组网结构仍然是一个挑战。
研究如何利用ZigBee技术构建稳定可靠的无线通信组网结构，对于提高无线通信网络的运行效率，提升系统的可靠性和安全性具有重要意义。
本文针对基于ZigBee的无线通信组网设计展开研究，旨在探讨如何利用ZigBee技术构建高效可靠的无线通信组网结构，为相关领域的无线通信系统设计和应用提供参考和借鉴。
通过对ZigBee技术的深入研究和实践，为未来无线通信网络的发展提供新的思路和方法。
1.2 研究意义本文旨在通过对基于ZigBee的无线通信组网设计进行研究，探讨其在实际应用中的潜力与优势。
研究的意义在于，能够深入了解ZigBee技术的特点和优势，为相关领域的无线通信应用提供一种新的解决方案。
通过深入研究无线通信组网设计方案，可以为推动无线通信技术的发展和应用提供参考和借鉴，促进相关领域的技术创新，推动经济社会的发展和进步。
本研究对于推动无线通信技术的发展、提升通信网络效率、改善人们的生活质量具有重要意义。
通过研究基于ZigBee的无线通信组网设计，将有助于拓展无线通信技术在各个领域的应用范围，为构建更加智能、高效的通信网络提供有力支撑。
1.3 研究目的研究目的是为了探究基于ZigBee的无线通信组网设计在实际应用中的可行性和优势，为今后的无线通信技术发展提供参考和指导。
基于ZigBee技术的智能家居系统内部组网-技术方案
基于ZigBee技术的智能家居系统内部组网-技术方案摘要为了提高智能家居系统的快速部署能力、降低构建成本，提出了一种利用ZigBee 无线组网技术，构建智能家居系统内部基础网络的设计方案。
该方案采用无线射频收发CC2430 芯片和外围电路设计终端设备与中心协调器的硬件电路。
根据ZigBee 协议栈使用C 语言编写终端设备和中心协调器的通信应用软件。
世界上幢智能建筑1984 年在美国出现后，家居环境智能化已成为当前的社会主流，随着人们生活节奏的加快和生活压力的加大，智能家居成为人们追求舒适生活的必要途径。
智能家居网络是指在家庭内部通过一定的传输介质（如电力线、双绞线、同轴电缆、无线电、红外等）将各种电气设备和电气子系统连接起来，采用统一的通信协议，对内实现资源控制，对外能通过网关设备与外部互连进行信息交换的网络系统。
文中提出了通过ZigBee 无线组网技术构建智能家居系统底层网络的方案。
目的在于使智能家居系统的底层网络构建变得简单快速，进而使整个智能家居系统具备快速部署和易扩展的特性。
1 网络结构概述文中设计的智能家居系统基层网络采用ZigBee无线组网技术实现家居系统内部网络，基础网络结构采用星型拓扑结构。
通过ZigBee 无线通讯模块与智能家电以及传感器构成家居内部网络的终端设备；使用FFD（Full Function Device）设备为家居内部ZigBee 网络的中心协调器，负责建立和维护网络；在中心协调器与中央控制服务器之间使用RS232 串口通信实现连接，并通过PC 机与互联网相连，系统结构如图 1 所示。
作为智能家居系统的底层基础网络，家居内部ZigBee 无线网络可以实现的功能有：（1）收集家庭环境内部的数据和信息。
（2）对于终端设备上传的简单情况做初步的预处理。
（3）汇总基础网络信息，通过RS232 串口通讯协议将数据上传到中央控制服务器。
图1 系统结构图2 ZigBee 技术ZigBee 是基于IEEE802. 15. 4 标准制定的一种短距离、低功耗的无线个人网络通信协议，具有近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本的特点。
Zigbee无线通信技术详解
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一、Zigbee技术简介
二、ZigBee技术特点 • 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；
工业控制命令、远程网络控制、家用电器控制 如鼠标键盘数据、操作杆的数据
间断性数据 反复性低反应时间数据
•
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三、Zigbee技术应用范围
二、适合 ZigBee 技术的应用场合
• • • •
设备成本低、传输数据量小 设备体积小，不便放置较大的充电电池或者电源模块 没有充足的电源支持，只能使用一次性电池 需要较大范围的通信覆盖，网络中的设备非常多，但 仅仅用于监测或控制
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三、Zigbee技术应用范围
三、Zigbee技术典型应用
• • • •
1、结合 Zigbee 和 GPRS 的无线数据传输 2、医疗监控系统 3、无线点餐系统 4、智能交通控制系统
ZigBee无线通信技术及其应用研究
ZigBee无线通信技术及其应用研究————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：ZigBee无线通信技术及其应用研刘刚（030120579 机硕121）（机械与动力工程学院化工过程机械）摘要：介绍了ZigBee协议的标准、特点，描述了ZigBee的技术支持，分析了ZigBee的相关应用领域，讨论了应用设计中的共性问题，结合应用例子给出了硬件和软件的设计过程,并通过现场实验验证了无线通信的准确性和可靠性。
关键词：无线通信；协议；解决方案；应用0 引言网络和通信技术的发展,使人们对无线通信的需求越来越高,短程、低速、廉价的无线通信技术正成为关注的焦点。
目前一种新的无线通信技术引起了人们的关注，这就是所谓的“ZigBee”技术.ZigBee这个名字来源于蜂群使用的赖以生存的通信方式，蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、距离和方向等信息.有了ZigBee这种低速率通信技术，其所支持的应用将更贴近人们的日常生活,满足工业、家居、医学等用途的低功耗和低成本需求。
本文就IEEE802。
15.4标准及其所具备的可靠性和低功耗特点、ZigBee技术及其软硬件支持、以及应用开发等方面的问题进行探讨。
1 ZigBee技术及其特征1.1ZigBee技术的原理ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术,是一组基于IEEE802。
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[1~3］。
适合于承载数据流量较小的业务，可以嵌入各种设备，同时支持地理定位功能。
与ZigBee兼容的设备有着网状的拓扑结构,这可大大延伸单个节点的传输范围,其目标市场瞄准工业、家庭以及医学等需要低功耗、低成本的无线通信应用.图1为ZigBee无线通信协议的结构和分工。
Zigbee无线组网的技术与设计
Zigbee无线组网的技术与设计作者：王轩堃来源：《电子技术与软件工程》2017年第06期随着科学技术的飞速发展，无线通信技术在通信领域中的应用越来越广泛，与传统的通信技术相比具有传输速度快、传输效果好、信息存储量大等优势，受到了各个领域的高度重视。
Zigbee无线组网技术是一种新型的通信技术，在网络设计的过程中采用了无线自组织网络的概念，即使在使用的过程中出现故障问题，也能够及时的进行自我修复和自我组织，不会对无线通信系统的功能造成影响。
本文将针对Zigbee无线组网技术的应用进行深入分析。
【关键词】Zigbee无线组网技术无线传感器网络系统设计近几年来，无线通信技术在我们日常生活中的应用比较广泛，给我们的生活、学习、工作都来了很多的便利。
随着科学技术的不断进步，各种短距离无线传输技术层出不穷，其中Zigbee无线组网技术受到了产业界的高度关注。
Zigbee无线组网技术采用了无线自组网络进行设计，具有节点体积小的优势，在进行布置的过程中比较方便，而且其自愈能力也比较强，即使其中一个节点遭到了破坏，也不会影响到整个通信系统的正常运行，在各个领域中发挥着重要的作用。
1 Zigbee无线组网的配置Zigbee无线组网技术是短距离无线传输技术中的一种，具有网络结构简单、造价成本低、功率有限、吞吐量灵活的基本特征，由Zigbee无线组网技术构成的网络设备其通信能力都比较强，一般分为全功能设备和精简功能设备。
其中精简功能设备只能与全功能设备进行信息通信，不能与精简功能设备进行交流。
而全功能设备与精简功能设备和全功能设备之间都能够进行通信。
精简功能设备能够传输的信息量比较少，能够对传输资源和通信资源进行简单的控制，相关实施方案的造价比较低廉。
全功能设备能够对网络结构进行更加全面的控制，对于MCU的性能要求也更加的严格。
Zigbee无线组网的配置主要包括三个方面，分别是网络协调器、网络路由器和网络终端设备。
其中网络协调器和网络路由器主要由全功能设备组成，而网络终端设备由精简功能设备构成。
基于ZigBee的无线通信组网设计
基于ZigBee的无线通信组网设计【摘要】本文主要围绕基于ZigBee的无线通信组网设计展开，首先从ZigBee技术概述入手，介绍了ZigBee在无线通信组网中的应用和设计原理。
然后详细阐述了基于ZigBee的无线通信组网设计方案的实施步骤，并对其性能进行评估。
在总结了基于ZigBee的无线通信组网设计的优势和特点，展望了未来的研究方向，并进行了创新性和实用性评价。
本文旨在为无线通信领域的研究者提供参考，帮助他们更深入地理解和应用基于ZigBee的无线通信组网技术，促进该领域的发展和创新。
【关键词】ZigBee、无线通信、组网设计、技术概述、应用、设计原理、实施步骤、性能评估、总结、未来研究方向、创新性、实用性1. 引言1.1 研究背景无线通信技术的不断发展与进步，为人们的生活带来了极大的便利与可能性。
在智能化、自动化的时代背景下，无线通信组网技术逐渐成为一个备受关注的研究领域。
在这个领域中，基于ZigBee技术的无线通信组网设计正在逐渐崭露头角，成为一种备受青睐的解决方案。
本文旨在探讨基于ZigBee的无线通信组网设计原理及实现方案，在探讨其性能评估的基础上，总结基于ZigBee的无线通信组网设计的特点与优势，并对未来的研究方向进行展望。
通过本次研究，将进一步促进ZigBee技术在无线通信组网领域的发展，提升其在实际应用中的创新性和实用性。
1.2 研究目的本文旨在通过对基于ZigBee的无线通信组网设计进行深入探讨，旨在探讨基于ZigBee技术的无线通信组网解决方案，以满足不同应用场景下对低功耗、低成本、低速率、短距离通信等需求。
具体目的包括：了解ZigBee技术的基本原理和特点，探讨其在无线通信组网中的优势和应用场景；探讨基于ZigBee的无线通信组网设计原理，深入分析其在实际应用中的可行性和优势；接着，提出设计方案的实施步骤，包括硬件设计、软件编程和网络配置等具体步骤；对设计方案进行性能评估，验证其在实际场景中的稳定性和可靠性。
Zigbee组网实验报告
Zigbee组网实验一．实验目的1.了解zigbee网络2.掌握zigbee节点程序下载方式3.掌握如何组建zigbee星状网络二．实验意义通过实验了解zibee网络的特点，体会其组网及通信过程三．实验环境PC机一台(内安装IAR环境)智能网关一个ZigBee节点ZigBee仿真器一套四．实验原理每一个星状网络中只有一个协调器，当协调器被激活后，它就会建立一个自己的网络。
其它位于协调器附近的zigbee节点，如果与该协调器处于同一信道，则会自动加入到该网络当中。
五．实验步骤一、认识实验设备以及下载设备连接连接线路如图所示：二、Zigbee网络组建1、协调器下载协调器在本套智能家居系统中担任信息收集与传输的工作，它和每个ZigBee模块进行无线通讯，并将信息传送给智能网关，同时也将网关的控制指令发送给各个模块。
我们首先将一个ZigBee模块下载成协调器，具体步骤如下：（1）打开“\实验程序\协调器\Projects\zstack\Samples\collector SimpleApp 1.25\ CC2430DB\SimpleApp.eww”。
如图1-6所示：（2）不同的实验小组选择自己所分配的信道。
点击左侧的文件导航栏，找到tools文件夹，打开其中的文件f8wConfig.cfg，找到自己小组的信道，将行的注释去掉，并且确认其他各个信道代码均为注释状态。
更改完信道之后，在菜单栏中选择Project\Rebuild All进行编译，编译完成后生成的HEX 文件保存在\实验程序\协调器\Projects\zstack\Samples\collectorSimpleApp1.25\CC2430DB\SimpleCollectorEB\Exe 中。
（3）更改完信道之后，在菜单栏中选择Project\Rebuild All进行编译，编译完成后生成的HEX文件保存在\实验程序\协调器\Projects\zstack\Samples\collectorSimpleApp1.25\CC2430DB\SimpleCollec torEB\Exe中；（4）打开smartRF下载软件，如图所示，按照图将下载设备的各个线连接好，之后按一下下载器（也就是白色盒子）上面的黑色按钮，则下载界面中将会识别到要与下载器相连接的zigbee模块芯片，如图所示，对相关条件进行勾选；2.其它zigbee终端节点的下载Zigbee终端节点在上电后自动加入到处于同一信道的zigbee协调器所组建的zigbee网络当中。
基于ZigBee的无线通信组网设计
通信技术• Communications Technology40 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】ZigBee 无线网络 数据传递ZigBee 技术由于其众多的优点，即未经许可的2.4GHz 工业，正在成为中短距离通信的一种重要的无线传感器网络解决方案。
科学和医学（ISM ）带，超低功率（电池操作系统的理想），在廉价电池上运行多年，大量的节点/传感器，在N 之间可靠且安全的链路 网络节点，易于部署和配置，低成本系统，非常快的过渡时间，数字电池监控设施，和较小的规模(系统的芯片)。
1 ZigBee无线通信技术1.1 ZigBee栈IEEE802.15.4标准是用于轻量级无线网络的简单分组数据协议，并且指定媒体访问控制(MAC)和物理(PHY)网络层(图。
8.1）。
ZigBeeTEC 技术充分利用IEEE802.15.4标准，并增加了逻辑网络、安全和应用软件（ERGEN ，2004）。
ZigBee 标准的焦点允许监测超过10-100米，每个网络有多个节点。
IEEE802.15.4标准使用两个phys 。
在2.4GHz PHY 频段，数据速率为250 kbps 和 在868/915 MHz 频段，数据速率为20~40 kbps 。
2.4GHz 和868/915 MHz 频段的信道分别为16和11。
csma-ca 和时隙csma-ca 用于ieee 8的信道接入。
1.2 网络层拓扑是一种应用程序设计选择，包括星型和点对点网络一些应用程序，如PC 外围设备，可能需要星形网络的低延迟连接，而其他应用程序，如外围安全，可能需要对等网络的大面积覆盖。
ZigBee 网络使用三种设备，即（i ）网络协调器，（ii ）全功能设备和（iii ）精简功能设备。
这三种装置的工作原理如下：（1）网络协调者（协调者）：维护整体基于ZigBee 的无线通信组网设计文/王泳鋆 杨志红网络知识，是三种类型中最复杂的一种，需要更高的内存和更高的计算能力。
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ZIGBEE的技术特点(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。相比之下蓝牙只可 以工作数周、WiFi却只能可以工作数小时；
ZIGBEE的技术特点(2)
低成本:通过大幅简化协议使成本很低(不足蓝 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的协议专利免费；
一种星形网络的实现方案(3)
ZIGBEE安全体系结构
ZIGBEE安全体系结构
ZigBee设备之间的通信使用IEEE 802．15．4无线标准，该 标准指定两层：物理层(PHY)和媒介存取控制层(MAC)。而 ZigBee负责构建网络层(NWK)和应用层(APL)。PHY层提供 基本的物理无线通信能力· MAC层提供设备间的可靠性授权和 一跳通信连接服务。NWK层提供用于构建不同网络拓扑结构 的路由和多跳功能。APL层包括一个应用支持子层(APS)、 ZigBee设备对象(ZDO)和应用。ZDO负责所有设备的管理。 APS提供一个用于ZDO和ZigBee应用的基础。 该体系结构包括协议栈三层安全机制。MAC、NWK和APS负 责各自帧的安全传输。而且，APS子层提供建立和保持安全 关系的服务。ZDO管理安全性策略和设备的安全性结构
数据链路层又可分为逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问控 制子层（MAC）。IEEE802.15.4 的LLC子层与IEEE802.2 的 相同，其功能包括传输可靠性保障、数据包的分段与重组、 数据包的顺序传输。IEEE802.15.4 MAC 子层通过SSCS （Service-Specific ConvergenceSublayer）协议能支持多 种LLC 标准，其功能包括设备间无线链路的建立、维护和拆 除，确认模式的帧传送与接收，信道接入控制、帧校验、预 留时隙管理和广播信息管理。
什么是ZIGBEE(1)
ZigBee是IEEE 802. 15. 4协议的代名词。根 据这个协议规定的技术是一种近距离、低复杂 度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线 通信技术，不仅要适合于自动控制和远程控制 领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定 位功能。
什么是ZIGBEE(2)
由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡"(ziቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ)地抖动 翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位和 远近信息的，也就是说蜜蜂依靠着这样的方式 构成了群体中的通信“网络”，因此 ZigBee 的发明者们形象地利用蜜蜂的这种行为来描述 这种无线信息传输技术。
ZIGBEE组网方案
ZigBee网络常见的有两种拓扑结构,即星形拓 扑结构和对等拓扑结构
一种星形网络的实现方案(1)
首先，要进行硬件的和MAC（媒体接入控制 子层）初始化，之后进行星形网络的组建。
一种星形网络的实现方案(2)
任何一个 FFD 设备都可以作为一个协调器来 使用。当FFD 被激活后，它就建立一个自己 的网络，并作为 PAN 的协调器。一个星形网 络和其他网络是各自独立运行的，是通过选择 一个 PAN 标识符（PANID）来实现唯一性， 即在某个网络的覆盖范围内，这个标识符不能 被其他网络所使用。当选定PAN标识符以后， PAN 协调器就允许其他设备加入该网络，
ZIGBEE的技术特点(7)
高安全:ZigBee提供了三级安全模式，包括无 安全设定、使用接入控制清单（ACL） ，防 止非法获取数据以及采用高级加密标准 （AES128）的对称密码，以灵活确定其安全 属性；
ZIGBEE的技术特点(8)
免执照频段:采用直接序列扩频在工业科学医 疗2.4GHz(全球)频段。
ZIGBEE协议栈简介
应用层定义了各种类型的应用业务，是协议栈 的最上层用户。 ·应用汇聚层负责把不同的应用映射到ZigBee 网络层上，包括安全与鉴权、多个业务数据流 的汇聚、设备发现和业务发现。 网络层的功能包括拓扑管理、M A C 管理、 路由管理和安全管理。
ZIGBEE协议栈简介
ZIGBEE的技术特点(5)
短时延:ZigBee 的响应速度较快，一般从睡眠 转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络 只需 30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝 牙需要3-10 s、WiFi需要 3s；
ZIGBEE的技术特点(6)
高容量:ZigBee可采用星状、片状和网状网络 结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一 个主节点可管理254个子节点；同时主节点还 可由上一层网络节点管理，最多可组成65000 个节点的人网；
ZIGBEE协议栈简介
物理层采用DSSS （D i r e c tSequence Spread Spectrum，直接序列扩频）技术， 定义了3 种流量等级：当频率采用2.4 GHz 时， 使用16 信道，能够提供250 kbit/s 的传输速 率；当采用915 MHz 时，使用10 信道，能够 提供40 kbit/s的传输速率；当采用868 MHz 时，使用单信道，能够提供20 kbit/s的传输 速率。
ZIGBEE的技术特点(3)
低速率:ZigBee工作在250kbps的通讯速率， 满足低速率传输数据的应用需求
ZIGBEE的技术特点(4)
近距离:传输范围一般在10~100m之间， 在 增加RF(Radio Frequency)发射功率后， 也 可增加到 1-3km。这指的是相邻竹点间的距 离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输 距离将可以更远；
ZIGBEE 无线通信技术及其组网研究方案
ZIGBEE由来
在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术 尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。对工业、 家庭自动化控制和工业遥测遥控领域而言，蓝 牙技术显得太复杂、功耗大、距离近、组网规 模太小等，而工业业自动化，对无线数据通信 的需求越来越强烈，而且，对于工业现场，这 种无线数据传输必需是高可靠的，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。