无线ZigBee技术详细介绍

无线ZigBee技术详细介绍
无线ZigBee技术详细介绍

关于ZigBee技术的全面介绍

在智能硬件和物联网领域,时下大名鼎鼎的ZigBee可谓是无人不知,无人不晓。作为除了wifi、蓝牙之外,ZigBee是目前最重要的无线通信协议之一,主要应用于物联网和智能硬件等领域。关于ZigBee,下文采用问答形式向你详细地介绍了方方面面,不夸口的说,你所需要知道的关于ZigBee的一切,全在这里了!

起源历史篇

ZigBee起源什么技术?

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年中正式问世了。另外,ZigBee使用了在它之前所研究过的面向家庭网络的通信协议Home RF Lite。

什么是ZigBee?

首先ZigBee是IEEE802.15.4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,主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。由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)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,也就是所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形象地描述这种无线信息传输技术。

ZigBee技术有哪些特点?

ZigBee的特点主要有以下几个方面:

(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。相比之下蓝牙可以工作数周、WiFi可以工作数小时;

(2)低成本:通过大幅简化协议是成本很低(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;

(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;

(4)近距离:传输范围一般介于10~100m之间,在增加RF发射功率后,亦可增加到1-3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远;(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3-10s、WiFi需要3s;

(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个节点的大网;

(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;

(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。

为什么说ZigBee是顺应工业自动化对可靠的无线数据传输日益增长的需求而产生的?

ZigBee技术本身,就是因为兰牙技术不能满足工业自动化中,对低数据量,低成本,低功耗,高可靠性的无线数据通信的需求而产生的。因为,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。ZigBee技术中,使用网状网拓扑结构,自动路由,动态组网,直序扩频的方式。就是为了满足工业自动化控制现场的这种需要。

通信技术篇

ZigBee使用那种协议?

IEEE802.15.4协议,这是一种低传送速率的无限PAN的协议。在标准化方面,IEEE802.15.4工作组主要负责制定物理层和MAC层的协议,其余协议主要参照和采用现有的标准,高层应用、测试和市场推广等方面的工作将由ZigBee联盟负责。

为什么ZigBee无线通信使用2,4G频段是免费频段?

在我国和世界上大多数其他国家,一般使用无线电设备都是要付频率使用费的,包括手机通信,只不过移动运营商已经向国家支付了这笔费用,并通过号码占用费等方式向用户收取了这笔费用。在使用其它无线设备时,你首先要向国家相关部门申请频率使用许可,然后根据你的无线设备所使用的频率,功率大小和数量收取费用。这是一笔不小的费用,一般设备一年往往要交纳几千元的费用。而免费频段,是指各个国家根据各自的实际情况,并考虑尽可能与世界其他国家规定的一致性,而划分出来的一个频段,专门用于工业,医疗以及科学研究使用(ISM频段),不需申请而可以免费使用的频段。我们国家的2.4G频段,就是这样一个频段。然而,为了保证大家都可以合理使用,国家对该频段内的无线收发设备,在不同环境下的使用功率做了相应的限制。例如在城市环境下,发射功率不能超过100mW。

ZigBee仅适合近距离通信吗?

ZigBee局域网络不仅可以通过提高每个节点模块的发射功率和接收灵敏度以及增加节点数量来扩展网络,而且还可以通过传统的互联网去监控路途遥远的ZigBee控制网络。但是,在进行扩张要注意的是:(1)随着发射功率的增加,耗电量自然要增大,只要求耗电也大,便会失去ZigBee本身电能消耗很低的优势;(2)尽管2.4Ghz是免费频段,但是不能超过电波法中对于最大功率的限制。

ZigBee采用直序扩频的通信方式有什么好处?

同样的频段,采用不同的通信方式则结果也许会有很大的差别,例如ASK,FSK,FHSS,DSSS等的抗干扰能力,通信安全保密性,可靠性都各不相同。ZigBee系统和CDMA系统一样,都采用的是直序扩频技术(DSSS),它是一种抗干扰能力极强,保密性和可靠性都很高的通信方式。如

果你使用过这两种技术的通信产品,你会发现两者在可靠性上不同凡响。

由于扩频技术在正常通信时所要求的信噪比可以很低,就是说,在干扰很强的环境下,它仍然能够正常工作。根据计算和实验,这相当于接收灵敏度提高了7dBm。它也不容易干扰别人。换句话说,它可以使用较低的功率传输更远的距离。下面引用扩频技术优越性有关的一些资料供参考:

CDMA是继世界上推出数字通信技术之后,1995年又推出的一种新型数字蜂窝技术,它利用数字传输方法,采用扩频通信技术,大幅度地提高了频率利用率,具有容量大、覆盖范围广、手机功耗小、话音质量高的突出优点,将移动通信技术推向发展新阶段。CDMA(码分多址连接)蜂窝系统与FDMA(频分多址连接)和TDMA(时分多址连接)系统相比,CDMA系统具有以下突出优点:

(1)抗干扰性能好由于CDMA经过扩频处理,故抗干扰性能好,可和同频带的窄带共存,而不影响其正常工作。

(2)抗多径衰落能力强多径衰落是影响移动通信质量的一个突出问题,通常必须采取空间分集、自适应均衡等技术加以克服,还有较大衰落余量。CDMA系统可以利用多径信号提供路径分集,这样不但缓和瑞利衰落,而且还缓和了因物理遮挡所造成的慢衰落,从而大大提Qualcomm.html'target='_blank'>高通信质量。

(3)系统容量增大对于FDMA与TDMA,若小区的频点或时隙一分配完,则小区就不能接收新的呼叫,容量有硬性限制。而CDMA是干扰受限系统,在指定的干扰电平下,即使用户数已达到限定数目时,也还允许增加个别用户,其缺点是造成话音质量下降。业务提供者可在容量与话音质量之间进行平衡。CDMA精确的功率控制和软切换技术大大降低了干扰信号的强度和所需的信噪比要求,而且有效地采用诸如话音激活或可变速率话音编码、分集接收、功率控制。据介绍,CDMA信噪比是DAMPS、TDMA的3.7倍,是TACS的11.2倍,是AMPS 的13.6倍,是FM/FDMA方式的20倍。

(4)通信质量好CDMA系统采用直接序列扩频技术,综合应用时间分集、频率分集、空间分集、路径分集等多种分集技术克服多径效应,可以获得很强的抗干扰能力,加上它在越区切换时采用先建立后中断的软切换技术,保证了CDMA的通信质量,特别在越区切换时无乒乓效应。本系统属宽带低噪比,波形允许采用高冗余度纠错编码和高效数字调制技术来确保高质量话音和数据传输。

(5)频率利用率高CDMA系统的同一频率,可以在所有小区内重复使用,其频率复用率为2/3(FDMA和TDMA的频率复用率为1/7),不需要FDMA和TDMA那样进行频率配置,大大简化了小区分裂和微蜂窝引入。

(6)多址能力强CDMA系统多址能力决定扩频编码间的多址干扰大小,它与使用的扩频编码方案有关,与同时发送信号的用户间的多址干扰(即扩频编码的相关特性)有关,与允许的接收质量有关(输出信噪比),因此同时工作用户间的多址干扰越低,能允许的接收质量越低,CDMA技术的多址能力就越强。

(7)高度可靠的保密安全性CDMA移动通信系统是一个保密通信系统,若再加一定的加密算法技术,能大大提高通信保密性能,这是FDMA、TDMA系统所无法比拟的。分析其采用的扩频系统,要想截获别人的通信内容几乎是不可能的,如只要机内锂电池不放完电,它以512KHz的时钟频率加以改变其序列的即时状态,即使是连续工作,它的扩频地址序列周期也长达7年。它还可以方便地在CDMA系统设置和改变主密钥、副密钥、扩频码表、标准加密算法等,使通信的保密性更为可靠。

(8)手机功耗小CDMA采用功率控制后,仅在衰落期间调高发射功率电平,从而使平均发射功率减小,FDMA的最小功率为5mW、平均发射功率为794mW、峰值功率为3W,而CDMA

的最小功率为2.3mW、平均发射功率为5mW、峰值功率为100mW。由此可见CDMA的平均发射功率和最大发射功率比FDMA低,从而使系统容量增加,减少了小区数和降低设备成本。

ZigBee与现有数传电台的比较有哪些特点?

其优点如下:

(1)可靠性高:由于ZigBee模块的集成度远比一般数传电台高,分离元器件少,因而可靠性更高;

(2)使用方便安全:因为集成度高,比起一般数传电台来,ZigBee收法模块体积可以做得很小,而且功耗低,最大发射电流比一个CDMA手机还要小许多,因而很容易集成或直接安放在到设备之中,不仅使用方便,而且在户外携带使用时不容易受到损坏;

(3)抗干扰力强,保密性好,误码率低:ZigBee收发模块使用的是2.4G直序扩频技术,比起一般FSK,ASK和跳频的数传电台来,具有更好的抗干扰能力,和更远的传输距离;

(4)免费频段:ZigBee使用的是免费频段,而许多数传电台所使用的频段不仅需要申请,而且每年都需要向国家无委会交纳相当的频率使用费;

(5)价格低:ZigBee数传模块的价格只有具有类似功能的数传电台的几分之一。

网络技术篇

ZigBee是具有怎样的无线数据传输网络?

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75米到几百米、几公里,并且支持无线扩展。

ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台,十分类似现有的移动通信CDMA网或GSM网,每一个ZigBee网络数传模块类似移动网络的一个基站,在整个网络范围内,它们之间可以进行相互通信;每个网络节点间的距离可以从标准的75米,到扩展后的几百米,甚至几公里。

与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是,ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立,因而,它必须具有简单,使用方便,工作可靠,价格低的特点。而移动通信网主要是为语音通信而建立,每个基站价值一般都在百万元人民币以上,而每个ZigBee“基站”却不到1000元人民币。每个ZigBee网络节点不仅本身可以作为监控对象,例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控,还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外,每一个ZigBee网络节点(FFD)还可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的子节点(RFD)无线连接。

每个ZigBee网络节点(FFD和RFD)可以支持多达31个的传感器和受控设备,每一个传感器和受控设备终可以有8种不同的接口方式。可以采集和传输数字量和模拟量。

ZigBee所采用的自组织网是怎么回事?

举一个简单的例子就可以说明这个问题,当一队伞兵空降后,每人持有一个ZigBee网络模块终端,降落到地面后,只要他们彼此间在网络模块的通信范围内,通过彼此自动寻找,很

快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络。他们预先无法判断谁雨,而且,由于人员的移动,彼此间的联络还会发生变化。因而,模块还可以通过重新寻找通信对象,确定彼此间的联络,对原有网络进行刷新。这就是自组织网。

ZigBee技术为什么要使用自组织网来通信?

网状网通信实际上就是多通道通信,在实际工业现场,由于各种原因,往往并不能保证每一个无线通道都能够始终畅通,就像城市的街道一样,可能因为车祸,道路维修等,使得某条道路的交通出现暂时中断,此时由于我们有多个通道,车辆(相当于我们的控制数据)仍然可以通过其他道路到达目的地。而这一点对工业现场控制而言则非常重要。

为什么自组织网要采用动态路由的方式?

所谓动态路由是指网络中数据传输的路径并不是预先设定的,而是传输数据前,通过对网络当时可利用的所有路径进行搜索,分析它们的位置关系以及远近,然后选择其中的一条路径进行数据传输。在我们的网络管理软件中,路径的选择使用的是“梯度法”,即先选择路径最近的一条通道进行传输,如传不通,再使用另外一条稍远一点的通路进行传输,以此类推,直到数据送达目的地为止。在实际工业现场,预先确定的传输路径随时都可能发生变化,或者因各种原因路径被中断了,或者过于繁忙不能进行及时传送。动态路由结合网状网拓扑结构,就可以很好解决这个问题,从而保证数据的可靠传输。

ZigBee和现有的通信移动网(GPRS,CDMA-1X)比较有哪些特点?

其特点为:

(1)无网络使用费:使用移动网需要长期支付网络使用费,而且是按节点终端的数量计算的,而ZigBee没有这笔费用;

(2)设备投入低:使用移动网需要购买移动终端设备,每个终端的价格在人民币1000元上下,而使用ZigBee网络,不仅ZigBee网络节点模块(相当于基站)费用每只人民币不到1000元,而且,主要使用的网络子节点(相当于手机)的价格还要低得多;

(3)通信更可靠:由于现有移动网主要是为手机通信而设计的,尽管CDMA-1X和GPRS可以进行数据通信,但实践发现,不仅通信速率比设计速率低很多,而且数据通信的可靠信、连续性在许多情况下也得不到保证。而ZigBee网络则是专门为控制数据的传输而设计的,因而控制数据的传输具有相当的保证;

(4)高度的灵活性和低成本:首先,通过使用覆盖距离不同,功能不同的ZigBee网络节点,以及其它非ZigBee系统的低成本的无线收发模块,建立起一个ZigBee局部自动化控制网,再通过互联网或移动网与远端的计算机相连,从而实现低成本,高效率的工业自动化遥测遥控;

(5)比起现有的移动通信网来,尽管ZigBee仅仅只是一个局域网,但通过供足够的数据出口,它可以“无限”扩大它的覆盖范围,而且可以与现有的移动网,互联网和其它通信网络相连接。并通过这些网络将许多个ZigBee局域网相互连成为一个整体。有效的解决移动网的盲区覆盖问题:我们知道,现有移动网络在许多地方存在盲区,特别是铁路,公路,油田,矿山等野外,更是如此。而增加一个移动基站或直放站的费用是相当可观的,此时使用ZigBee 网络进行盲区覆盖不仅经济有效,而且往往是现在唯一可行手段。

ZigBee怎样实现远距离遥测遥控?

ZigBee网络还可以通过接口卡等多种方式,与互联网,GPRS网,CDMA1x网以及其它通信系统线连接,从而实现远程操控。你也可以通过其它网络,将两个或多个局部ZigBee网络连接在一起。

市场应用篇

ZigBee技术有哪些应用领域?

ZigBee技术的目标就是针对,工业,家庭自动化,遥测遥控,例如灯光自动化控制,传感器的无线数据采集和监控,油田,电力,矿山和物流管理等应用领域。

ZigBee实现了哪些工业现场对无线数据传输的要求?

要求低功耗,低数据量(250KPS),低成本,使用免费的ISM频段(2.4G),高的抗干扰性能的直序扩频通信方式(DSSS),高保密性(64位出厂编号和支持AES-128加密),高集成度和高的可靠性;节点模块之间具有自动动态组网的功能,采用了包括网状网在内的拓扑结构,使用了碰撞避免机制,信息在整个ZigBee网络中通过自动路由的方式进行传输,从而保证了信息传输的可靠性。

ZigBee可以在哪些方面拓展应用?

ZigBee应用:其范围非常广泛,可以针对工业自动化、家庭自动化、遥测遥控、汽车自动化、农业自动化和医疗护理、油田、电力、矿山和物流管理等应用领域。实际应用举例如下:照明控制、环境控制、自动读表系统、各类窗帘控制、烟雾传感器、医疗监控系统、大型空调系统、内置家居控制的机顶盒及万能遥控器、暖气控制、家庭安防、工业和楼宇自动化。另外它还可以对局部区域内移动目标例如城市中的车辆进行定位。

凡符合什么条件的短距离通信就可以考虑采用ZigBee技术?

通常,符合如下条件之一的短距离通信就可以考虑应用ZigBee:

(1)需要数据采集或监控的网点多;

(2)要求传输的数据量不大,而要求设备成本低;

(3)要求数据传输可靠性高,安全性高;

(4)要求设备体积很小,不便放置较大的充电电池或者电源模块;

(5)可以用电池供电;

(6)地形复杂,监测点多,需要较大的网络覆盖;

(7)对于那些现有的移动网络的盲区进行覆盖;

(8)已经使用了现存移动网络进行低数据量传输的遥测遥控系统。

ZigBee技术在我国的应用情况怎样?

尽管国内不少人已经开始关注ZigBee这项新技术,而且也有不少企业开始涉足ZigBee技术

的开发,然而,考虑到ZigBee本身是一种新的系统集成技术,应用软件的开发必须用网络传输,射频技术和底层软硬件控制技术结合在一起,所以对于初期开发的企业来说具有一定的技术难度。由于各方面的制约,ZigBee技术的大规模商业应用还有待时日。但是目前已经展示出了非凡的应用价值,相信随着相关技术的发展和推进,一定会得到更大的应用。但是,我们还应该清楚的认识到,基于ZigBee技术的无线网络才刚刚开始发展,它的技术、应用都还远远谈不上成熟,国内企业应该抓住商机,加大投入力度,推动整个行业的发展。

ZigBee联盟

ZigBee联盟的使命是什么?

ZigBee联盟是一个高速成长的非盈利业界组织,成员包括国际著名半导体生产商、技术提供者、技术集成商以及最终使用者。联盟制定了基于IEEE802.15.4,具有高可靠、高性价比、低功耗的网络应用规格。

ZigBee联盟的目标是什么?

ZigBee联盟的主要目标是以通过加入无线网络功能,为消费者提供更富有弹性、更容易使用的电子产品。ZigBee技术能融入各类电子产品,应用范围横跨全球的民用、商用、公共事业以及工业等市场。使得联盟会员可以利用ZigBee这个标准化无线网络平台,设计出简单、可靠、便宜又节省电力的各种产品来。

ZigBee联盟所锁定的焦点是什么?

其焦点为制定网络、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联盟在标准上所做的工作是什么?

ZigBee标准的制定:IEEE802.15.4的物理层、MAC层及数据链路层,标准已在2003年5月发布。ZigBee网络层、加密层及应用描述层的制定也取得了较大的进展。V1.0版本已经发布。其他应用领域及其相关的设备描述也会陆续发布。由于ZigBee不仅只是802.15.4的代名词,而且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。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联盟强调设备的互通性:很多近距离电子产品嵌入了ZigBee模块都已具有ZigBee功能,还有许多各种产品预留了ZigBee的接口以备日后随时升级。各类网关产品的开发也得到进一步开发,网关产品支持ZigBee系统与家居控制网络、智能建筑网络及商用网络等现有的设施互联等。

ZigBee的未来发展趋势

ZigBee的未来发展趋势 首先介绍了Zigbee技术的概念、特点及协议框架,在此基础上探讨了ZigBee技术的应用,最后对其发展趋势做了展望。 关键词ZigBee技术IEEE802.15.4 发展趋势 1、简介 ZigBee技术是一种应用于短距离范围内,低传输数据速率下的各种电子设备之间的无线通信技术。ZigBee名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式,蜜蜂通过跳ZigZag 形状的舞蹈来通知发现的新食物源的位置、距离和方向等信息,以此作为新一代无线通讯技术的名称。ZigBee过去又称为“HomeRF Lite”、“RF-EasyLink”或“FireFly”无线电技术,目前统一称为ZigBee技术。 2、ZigBee技术的特点 自从马可尼发明无线电以来,无线通信技术一直向着不断提高数据速率和传输距离的方向发展。例如:广域网范围内的第三代移动通信网络(3G)目的在于提供多媒体无线服务,局域网范围内的标准从IEEE802.11的1Mbit/s到IEEE802.11g的54Mbit/s的数据速率。而当前得到广泛研究的ZigBee技术则致力于提供一种廉价的固定、便携或者移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线通信技术。这种无线通信技术具有如下特点: 功耗低:工作模式情况下,ZigBee技术传输速率低,传输数据量很小,因此信号的收发时间很短,其次在非工作模式时,ZigBee节点处于休眠模式。设备搜索时延一般为30ms,休眠激活时延为15ms,活动设备信道接入时延为15ms。由于工作时间较短、收发信息功耗较低且采用了休眠模式,使得ZigBee节点非常省电,ZigBee节点的电池工作时间可以长达6个月到2年左右。同时,由于电池时间取决于很多因素,例如:电池种类、容量和应用场合,ZigBee技术在协议上对电池使用也作了优化。对于典型应用,碱性电池可以使用数年,对于某些工作时间和总时间(工作时间+休眠时间)之比小于1%的情况,电池的寿命甚至可以超过10年。 数据传输可靠:ZigBee的媒体接入控制层(MAC层)采用talk-when-ready的碰撞避免机制。在这种完全确认的数据传输机制下,当有数据传送需求时则立刻传送,发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息,并进行确认信息回复,若没有得到确认信息的回复就表示发生了碰撞,将再传一次,采用这种方法可以提高系统信息传输的可靠性。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。同时ZigBee针对时延敏感的应用做了优化,通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。 网络容量大:ZigBee低速率、低功耗和短距离传输的特点使它非常适宜支持简单器件。ZigBee定义了两种器件:全功能器件(FFD)和简化功能器件(RFD)。对全功能器件,要求它支持所有的49个基本参数。而对简化功能器件,在最小配置时只要求它支持38个基本参数。一个全功能器件可以与简化功能器件和其他全功能器件通话,可以按3种方式工作,分别为:个域网协调器、协调器或器件。而简化功能器件只能与全功能器件通话,仅用于非

物联网简介及基于ZigBee的无线传感器网络

物联网简介及基于ZigBee的无线传感器网络 摘要 物联网,是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮,是一个全新的技术领域,给IT和通信带来了广阔的新市场。积极发展物联网技术,尽快扩展其应用领域,尽快使其投入到生产、生活中去,将具有重要意义。 ZigBee无线通信技术是一种新兴的短距离无线通信技术,具有低功耗、低速率、低时延等特性,具有强大的组网能力与超大的网络容量,可以广泛应用在消费电子品、家居与楼宇自动化、工业控制、医疗设备等领域。由于其独有的特性,ZigBee无线技术也是无线传感器网络的首选技术,具有广阔的发展前景。ZigBee协议标准采用开放系统接口(051)分层结构,其中物理层和媒体接入层由IEEE802.15.4工作小组制定,而网络层,安全层和应用框架层由ZigBee联盟制定。 本文首先从概念、技术架构、关键技术和应用领域介绍了物联网的相关知识,然后着重介绍了基于ZigBee的无线传感器网络,其中包括无线传感网简介、ZigBee技术概述和基于ZigBee的无线组网技术。 关键词:物联网;ZigBee;无线传感器网络

物联网简介 物联网概念 “物联网概念”是在“互联网概念”的基础上,将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间,进行信息交换和通信的一种网络概念。其定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。 最简洁明了的定义:物联网(Internet of Things)是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体,让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。 技术架构 从技术架构上来看,物联网一般可分为三层:感知层、网络层和应用层。 感知层是物联网的皮肤和五官-用于识别物体,采集信息。感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、M2M终端、传感器网关等,主要功能是识别物体、采集信息,与人体结构中皮肤和五官的作用类似。 感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题。它首先通过传感器、数码相机等设备,采集外部物理世界的数据,然后通过RFID、条码、工业现场总线、蓝牙、红外等短距离传输技术传递数据。感知层所需要的关键技术包括检测技术、短距离无线通信技术等。 网络层是物联网的神经中枢和大脑-用于传递信息和处理信息。网络层包括通信网与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理,类似于人体结构中的神经中枢和大脑。 网络层解决的是传输和预处理感知层所获得数据的问题。这些数据可以通过移动通信网、互联网、企业内部网、各类专网、小型局域网等进行传输。特别是在三网融合后,有线电视网也能承担物联网网络层的功能,有利于物联网的加快推进。网络层所需要的关键技术包括长距离有线和无线通信技术、网络技术等。 应用层是物联网的"社会分工"-结合行业需求,实现广泛智能化。应用层是物

Zigbee组网流程——理论

星形网络和树型网络可以看成是网状网络的一个特殊子集,所以接下来分析如何组建一个Zigbee网状网络。组建一个完整的Zigbee网络分为两步:第一步是协调器初始化一个网络;第二步是路由器或终端加入网络。加入网络又有两种方法,一种是子设备通过使用MAC层的连接进程加入网络,另一种是子设备通过与一个先前指定的父设备直接加入网络。 一、协调器初始化网络 协调器建立一个新网络的流程如图1所示。 图1 协调器建立一个新网络 1、检测协调器 建立一个新的网络是通过原语NLME_NETWORK_FORMATION.request发起的,但发起NLME_NETWORK_FORMATION.request原语的节点必须具备两个条件,一是这个节点具有ZigBee协调器功能,二是这个节点没有加入到其它网络中。任何不满足这两个条件的节点发起建立一个新网络的进程都会被网络层管理实体终止,网络层管理实体将通过参数值为INVALID_REQUEST的NLME_NETWORK_FORMATION.confirm的原语来通知上层这是一个非法请求。 2、信道扫描 协调器发起建立一个新网络的进程后,网络层管理实体将请求MAC子层对信道进行扫描。 信道扫描包括能量扫描和主动扫描两个过程。首先对用户指定的信道或物理层所有默认的信道进行一个能量扫描,以排除干扰。网络层管理实体将根据信道能量测量值对信道进行一个递增排序,并且抛弃能量值超过了可允许能量值的信道,保留可允许能量值内

的信道等待进一步处理。接着在可允许能量值内的信道执行主动扫描,网络层管理实体通过审查返回的PAN描述符列表,确定一个用于建立新网络的信道,该信道中现有的网络数目是最少的,网络层管理实体将优先选择没有网络的信道。如果没有扫描到一个合适的信道,进程将被终止,网络层管理实体通过参数仠为STARTUP_FAILURE的NLME_NETWORK_FORMATION.confirm的原语来通知上层初始化启动网络失败。 3、配置网络参数 如果扫描到一个合适的信道,网络层管理实体将为新网络选择一个PAN描述符,该PAN 描述符可以是由设备随机选择的,也可以是在NLME_NETWORK_FORMATION.request里指定的,但必须满足PAN描述符小于或等于0x3fff,不等于0xffff,并且在所选信道内是唯一的PAN描述符,没有任何其它PAN描述符与之是重复的。如果没有符合条件的PAN 描述符可选择,进程将被终止,网络层管理实体通过参数值为STARTUP_FAILURE的NLME_NETWORK_FORMATION.confirm的原语来通知上层初始化启动网络失败。确定好PAN 描述符后,网络层管理实体为协调器选择16位网络地址0x0000,MAC子层的macPANID 参数将被设置为PAN描述符的值,macShortAddress PIB参数设置为协调器的网络地址。 4、运行新网络 网络参数配置好后,网络层管理实体通过MLME_START.request原语通知MAC层启动并运行新网络,启动状态通过MLME_START.confirm原语通知网络层,网络层管理实体再通过NLME_NETWORK_FORMATION.confirm原语通知上层协调器初始化的状态。 5、允许设备加入网络 只有ZigBee协调器或路由器才能通过NLME_PERMIT_JOINING.request原语来设置节点处于允许设备加入网络的状态。当发起这个进程时,如果PermitDuration参数值为0x00,网络层管理实体将通过MLME_SET.request原语把MAC层的macAssociationPermit PIB 属性设置为FALSE,禁止节点处于允许设备加入网络的状态;如果PermitDuration参数值介于0x01和0xfe之间,网络层管理实体将通过MLME_SET.request原语把macAssociationPermit PIB属性设置为TRUE,并开启一个定时器,定时时间为PermitDuration,在这段时间内节点处于允许设备加入网络的状态,定时时间结束,网络层管理实体把MAC层的macAssociationPermit PIB属性设置为FALSE;如果PermitDuration参数的值为0xff,网络层管理实体将通过MLME_SET.request原语把macAssociationPermit PIB属性设置为TRUE,表示节点无限期处于允许设备加入网络的状态,除非有另外一个NLME_PERMIT_JOINING.request原语被发出。允许设备加入网络的流程如图2所示。

ZIGBEE无线定位技术

ZIGBEE无线定位技术 大多数无线传感器网络都要求具备一种确定网络节点位置的方法。因此在设备安装期间,需要弄清楚哪些节点相互之间直接进行数据交换,或者确定哪些节点直接与中央数据采集点进行数据交换。 当通过基于软件的计算方法来确定网络节点位置时,就需要考虑到市场化解决方案(market solution)。这些具体的计算方法是:节点首先读取计算节点位置的参数,然后将相关信息传送到中央数据采集点,对节点位置进行计算,最后,再将节点位置的相关参数传回至该节点。这就是典型的数据密集型计算,并且需要配置一台PC 或高性能的MCU。 这种计算节点位置的方法之所以只适用于小型的网络和有 限的节点数量,是因为进行相关计算所需的流量将随着节点数量的增加而呈指数级速度增加。因此,高流量负载加上带宽的不足限制了这种方法在电池供电网络中的应用。 针对上述问题,CC2431 采用了一种分布式定位计算方法。这种计算方法根据从距离最近的参考节点(其位置是已知的)接收到的信息,对节点进行本地计算,确定相关节点的位置。因此,网络流量的多少将由待测节点范围中节点的数量决定。另外,由于网络流量会随着待测节点数量的增加而成比例递增,因此,C C2431 还允许同一网络中存在大量的待测节点。 本文所提供的结果是根据对ZigBee 网络的测量得出的,然

而,这些测量结果同样适用于基于IEEE 802.15.4协议构建的更简单的网络。 定位引擎技术 定位引擎根据无线网络中临近射频的接收信号强度指示(R SSI),计算所需定位的位置。在不同的环境中,两个射频之间的RSSI 信号会发生明显的变化。例如,当两个射频之间有一位行人时,接收信号将会降低30dBm。为了补偿这种差异,以及出于对定位结果精确性的考虑,定位引擎将根据来自多达16 个射频的RSSI 值,进行相关的定位计算。其依据的理论是:当采用大量的节点后,RSSI 的变化最终将达到平均值。 在RF 网络中,具有已知位置的定位引擎射频称为参考节点,而需要计算定位位置的节点称为待测节点。 要求在参考节点和待测节点之间传输的唯一信息就是参考节点的X 和Y 坐标。定位引擎根据接收到的X 和Y 坐标,并结合根据参考节点的数据测量得出的RSSI 值,计算定位位置。 将定位技术纳入网络协议 一些采用定位引擎的应用可能要求放置若干个参考节点,以作为基础设施设置不可或缺的一部分。ZigBee 技术能够实现对家庭、办公以及工业等应用的无线控制。随着ZigBee 设备在楼宇基础设施中的安装数量不断增多,ZigBee 将会在家庭和办公自动化方面拥有更为广阔的应用前景。

ZigBee和短距离通信的那些事

基于ZigBee的短距离无线通信网络技术 近年来,各种无线通信技术迅猛发展,极大提高了人们的工作效率和生活质量。然而,在日常生活中,我们仍然被各种电缆所束缚,能否在近距离范围内实现各种设备之间的无线通信?纵观目前发展较成熟的几大无线通信技术,往往比较复杂,不但耗费较多资源,成本也比较高,并不适用于短距离无线通信的场合。蓝牙技术的出现使得短距离无线通信成为可能,但是其协议较复杂、功耗高、成本高等特点不太适用于要求低成本、低功耗的工业控制和家庭网络。本文介绍了一种复杂度、成本和功耗都很低的低速率短距离无线接入技术——ZigBee。该技术主要针对低速率传感器网络而提出,它能够满足小型化、低成本设备(如温度调节装置、照明控制器、环境检测传感器等)的无线联网要求,能广泛地应用于工业、农业和日常生活中。 二、ZigBee技术的特点及应用 ZigBee技术主要用于无线个域网(WPAN),是基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的。IEEE802.15.4定义了两个底层,即物理层和媒体接入控制(MediaAccess Control,MAC)层;ZigBee联盟则在IEEE 802.15.4的基础上定义了网络层和应用层。ZigBee联盟成立于2001年8月,该联盟由Invensys、三菱、摩托罗拉、飞利浦等公司组成,如今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司和开发商的加入,其目标市场是工业、家庭以及医学等需要低功耗、低成本、对数据速率和QoS(服务质量)要求不高的无线通信应用场合。 ZigBee这个名字来源于蜂群的通信方式:蜜蜂之间通过跳Zigzag形状的舞蹈来交互消息,以便共享食物源的方向、位置和距离等信息。与其它无线通信协议相比,ZigBee无线协议复杂性低、对资源要求少,主要有以下特点: 低功耗:这是ZigBee的一个显著特点。由于工作周期短、收发信息功耗较低、以及采用了休眠机制,ZigBee终端仅需要两节普通的五号干电池就可以工作六个月到两年。 低成本:协议简单且所需的存储空间小,这极大降低了ZigBee的成本,每块芯片的价格仅2美元,而且ZigBee协议是免专利费的。

zigbee的系统结构和组网方式

简介 ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据传输速率的无线网络技术,它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术方案。ZigBee是建立在IEEE802.15.4标准之上,它确定了可以在不同制造商之间共享的应用纲要。IEEE802.15.4标准定义了ZigBee协议的PHY层和MAC层。PHY层规范确定了在2.4GHz(全球通用的ISM频段)以250kb/s的基准传输率工作的低功耗展频无线电以及另有一些以更低数据传输率工作的915MHz(北美的ISM频段)和868MHz(欧洲的ISM频段)的实体层规范。MAC层规范定义了在同一区域工作的多个IEEE802.15.4无线电信号如何共享空中通道。 为了促进ZigBee技术的发展,2001年8月成立了ZigBee联盟,2002年下半年,英国Invensys公司、日本三菱电子公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司四大巨头共同宣布,它们将加入“ZigBee联盟”,目前该联盟已经有150多家成员,以研发名为ZigBee的下一代无线通信标准。 正如前面所述,ZigBee不仅仅只是802.15.4的名字,IEEE802.15.4仅处理低级MAC层和PHY层协议,所以ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化,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。 ZigBee的组成和构网方式 1.FFD和RFD 利用zigbee技术组件的无线个人区域网(WPAN)是一种低速率的无线个人区域网(LR WPAN),这种低速率个人区域网的网络结构简单、成本低廉,具有有限的功率和灵活的吞 吐量。 在一个LR WPAN网络中,可同时存在两种不同类型的设备,一种是具有完整功能的设备(FFD),另一种是简化功能的设备(RFD)。 在网络中,FFD通常有3中工作状态:(1)作为个人区域网络(PAN)的主协调器;(2) 作为一个普通协调器;(3)作为一个终端设备。FFD可以同时和多个RFD或其他FFD通信。 而RFD则只用一种工作状态即作为一个终端设备,并且一个RFD只能和一个FFD通信。2.ZigBee的体系结构 ZigBee体系结构主要有物理(PHY)层、媒体接入控制(MAC)层、网络/安全层以及应用框架层构成,如下图所示:

ZigBee无线传感网报告

无线传感网期末作业 ZigBee在智能家居领域的应用与前景 学院: 姓名: 2015.01.01

ZigBee无线传感网在智能家居领域中的应用前景分析 一、应用背景 智能家居的概念最早由美国、加拿大、欧洲、澳大利亚以及东南亚等经济比较发达的国家提出。世界上第一幢智能建筑于1984年在美国康涅狄格州出现,当时只是对一座旧式大楼进行了一定改造,采用计算机对大楼内的空调、电梯、照明灯设备进行监测和控制,并提供语音通信、电子邮件和情报资料灯方面的信息服务。而后涌现了各种不同的解决方案,涉及到生活的方方面面。 1998年5月新加坡举办的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上,通过在场内模拟“未来之家”,推出了新加坡模式的家庭智能化系统。它的系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和统软件配置等。 国内智能家居的控制系统产品十分繁多,由于入行门槛不高,技术水平要求较低,中国产生了数百个互不兼容的标准,直接导致了国内行业竞争激烈,标准不统一带来实际应用的的麻烦。而2005年以后,智能家居的野蛮成长和恶性竞争,给智能家居行业带来了极大的负面影响。导致实际使用效果差,产品可靠性、安全性缺乏。不少媒体对智能家居提出了质疑,一般民众也逐渐丧失了信心。 但是智慧家居是今后家居领域发展的必然趋势,虽然市场推广才刚刚开始,但行业的竞争已经很激烈,光是宁波就有不下5家企业专门从事这方面开发。面对中国庞大的需求市场,预计该行业将以年均19.8%的速率增长,在2015年产值达1240亿元。 二、技术分析 智能家居不同于数据通信网络,其要求低速率低成本的控制手段。其仅需要设备的互联和控制,故应该考虑以下特点: 1.低成本家庭控制网络中控制的对象主要是大量的家电和传感器终端节点,这种较大规模的网络需要一个低成本的节点组网技术。 2.标准化需要各个家居组成部件之间互相通信,标准化的工作非常重要。 3.跨平台使用环境是一个家居环境,整个系统中有着形形色色的平。

基于ZigBee技术的RFID空间定位系统

中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1009-2552(2009)09-0102-04 基于ZigBee技术的RFID空间定位系统 房淑芬 (辽宁省铁岭师范高等专科学校,铁岭112001) 摘 要:通过ZigBee mote与RFID reader结合的方式应用随机数定位算法展示了一种低能耗的基于Zigbee技术的R FID空间定位系统,使得对佩带了Zigbee mote的人可以实时进行定位。在本系统中,通过使用基于取样的表示方法,定位算法能够表示任意分布。通过将系统实现的算法与算法原型比较,可以发现在Non-Line-Of-Sight(NLOS)场景下,本算法的定位错误(positioning er-r ors)有明显改进。 关键词:RFI D;ZigBee;空间定位算法 RFID space location system based on ZigBee technology FANG Shu-fen (Tieling Normal C ollege of Liaoning Province,Tieling112001,China) Abstract:This paper presented a low energy cost RFID space location system based on Zigbee technology by using the combination of ZigB ee mote and R FID reader,and random sa mpling algorithm,by which a person holding an Zigbee mote can be located in real time.In this system,by using the representation based on random sa mpling,the location algorithm can represent ar bitrar y distribution.According to the comparison of the algorithm implemented in this system and the prototype algorithm,we it is concluded that the location err ors in this algorithm have been distinctly impr oved under the scenario of Non-Line-Of-Sight(NL OS). Key words:RFID;ZigBee;space location algorithm 0 引言 移动计算设备、无线技术和Inter net的飞速发展,促使人们对位置感知的服务系统越来越感兴趣。在许多应用中,都需要知道一个物体的确切位置。其中,GPS[1]是最著名,也是应用最广泛的定位系统,它被用来对户外移动的物体进行定位。对于室内的定位机制,有红外线[2]、超声波[3]、RFID[4]等等。 上面介绍了三种基于网络的定位机制。它们的共同点是采用固定的接收装置来接收佩带在人或物体上的发射装置发出的信息并将这些信息通过有线网络转发到控制中心。这些机制经常在一些跟踪系统中被采用。 红外线机制为每一个物体附带一个标签,这些标签周期性地通过红外线发射器发射自己的唯一的ID,固定的接收装置接收这些信息并通过有线网络将这些信息传到控制中心,通过这种方式来实现对室内物体的识别、定位。但是,这种机制存在两个缺点,首先它要求发射装置跟接收装置之间的光线不能被阻隔,另外,它要求在一个建筑内布置一个有线的网络以进行数据的传输。 超声波机制与红外线机制的区别就是把红外线换成了超声波。但是,由于目前超声波装置结构比较复杂,使得它的成本过高,目前还很难让大多数用户接受。RFID定位的典型系统是LANDMARC(Location identification based on dynamic active RFID calibra-tion)[4],它使用tags和r eaders来实现定位。这一系统的精确度随着所部署的tag的密度的增加而增加。但是部署太多的ta g是不实际的。 收稿日期:2009-02-10 作者简介:房淑芬(1965-),女,副教授,本科,研究方向为电子测量技术。 — 102 —

ZIGBEE无线传感器网络简介

无线传感器网络简介 2007年01月06日星期六下午04:29 [来源:仪器仪表与传感器网] 科技发展的脚步越来越快,人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术,也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展,并将会带来一场信息革命。 发展历程 早在上世纪70年代,就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形,我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的的不断发展和进步,传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力,并通过与传感控制器的相联,组成了有信息综合和处理能力的传感器网络,这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始,现场总线技术开始应用于传感器网络,人们用其组建智能化传感器网络,大量多功能传感器被运用,并使用无线技术连接,无线传感器网络逐渐形成。 无线传感器网络是新一代的传感器网络,具有非常广泛的应用前景,其发展和应用,将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。发达国家如美国,非常重视无线传感器网络的发展,IEEE正在努力推进无线传感器网络的应用和发展,波士顿大学(Boston Unversity)还于最近创办了传感器网络协会(Sensor Network Consortium),期望能促进传感器联网技术开发。除了波士顿大学,该协会还包括BP、霍尼韦尔(Honeywell)、Inetco Systems、Invensys、 L-3 Communications、Millennial Net、Radianse、 Sensicast Systems及Textron Systems。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时,更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术,《商业周刊》预测的未来四大新技术中,无线传感器网络也列入其中。可以预计,无线传感器网络的广泛是一种必然趋势,它的出现将会给人类社会带来极大的变革。 应用现状 虽然无线传感器网络的大规模商业应用,由于技术等方面的制约还有待时日,但是最近几年,随着计算成本的下降以及微处理器体积越来越小,已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。目前无线传感器网络的应用主要集中在以下领域: 1. 环境的监测和保护 随着人们对于环境问题的关注程度越来越高,需要采集的环境数据也越来越多,无线传感器网络的出现为随机性的研究数据获取提供了便利,并且还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。比如,英特尔研究实验室研究人员曾经将32个小型传感器连进互联网,以读出缅因州"大鸭岛"上的气候,用来

ZigBee的工作原理

ZigBee 的工作原理_ZigBee 组网技术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 技术特点主要有低功耗、低成本、时延短、网络容量大、工作频段灵活、低速率、安全的数据传输等。其中低功耗是Zigbee 技术最重要的特点。由于Zigbee 的传输速率相对较低发射功率较小,使得Zig bee 设备很省电,这是Zigbee 技术能够广泛应用的基石。 ZigBee 协议适应无线传感器的低花费、低能量、高容错性等的要求。Zigbee 的基础是IEEE 802.15.4 。但IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议,因此Zigbee 联盟扩展了IEEE,对其网络层协议和API 进行了标准化。Zigbee 是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。 ZigBee 组网概述 组建一个完整的zigbee 网状网络包括两个步骤:网络初始化、节点加入网络。其中节点加入网络又包括两个步骤:通过与协调器连接入网和通过已有父节点入网。 ZigBee 网络初始化预备 Zigbee 网络的建立是由网络协调器发起的,任何一个zigbee 节点要组建一个网络必须要满足以下两点要求: (1)节点是FFD节点,具备zigbee 协调器的能力; (2)节点还没有与其他网络连接,当节点已经与其他网络连接时,此节点只能作为该网络的子节点,因为一个zigbee 网络中有且只有一个网络协调器。 FFD:Full Func TIon Device 全功能节点 RFD:Reduced Func TI onDevice 半功能节点

基于Zigbee无线定位技术研究毕业论文

基于ZigBee的无线定位技术研究 摘要: 随着现代通信技术和无线网络的快速发展,人们对定位与导航的需求日益增大,尤其在复杂的室环境,但是受定位时间、定位精度以及复杂室环境等条件的限制,比较完善的封闭空间定位技术目前还无法很好地利用。本文的重点就在于设计并实现了一种低成本、实用的无线传感器定位系统。 本论文主要研究了基于ZigBee网络的室无线定位技术,它包括硬件平台、节点通信程序和上位机监测软件三部分。本文详细介绍了三部分的实现。其中,硬件平台以集成了射频与51微控制器的CC2430芯片为核心,该平台包括射频模块、辅助电路、功能指示电路等。 论文最后对定位系统进行了实际测试。测试表明:本系统达到了设计要求,是一个低成本、易实现的系统。 关键词:ZigBee 无线定位CC2430 Z-STACK

The Research Wireless localization Based on ZigBee Teacher:liu zhi (Changchun university of science and technology of electronic information engineering institute,060412225 wang meng) Abstract: With the rapid development of modern communication technology and wireless network,people's demand for positioning and navigation is increasing. Especially in complex indoor environments, but as the limitation of positioning time, positioning accuracy as well as the complexity of the indoor environment conditions, well-positioning technology is still unable to be used in an encloseure space. The combination of ZigBee technology and localization is one of the key researches. This paper, aiming at ZigBee network, investigates the indoor wireless location techniques and implements a real-time localization system. This paper achieves a localization system. three parts are included. They are hardware platform, communication program of nodes and PC monitor software. The achievement of every part is clear introduced in this paper. The core of hardware platform is CC2430 which is integrated by RF and 51 MCU, the localization nodes are designed and made. It includes RF module, auxiliary module and function indication circuits. In the end, practical test is implemented. This system is confirmed to be a

Zigbee无线通信技术

Zigbee无线通信技术 摘要:ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定,ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称(又称紫蜂协议)来源于蜜蜂的八字舞,由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息,也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。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 关键词:ZigBee技术特性标准协议应用系统 引言 ZigBee作为一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术,有效弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺,其成功的关键在于丰富而便捷的应用,而不是技术本身。我们有理由相信在不远的将来,将有越来越多的内置式ZigBee功能的设备进入我们的生活,并将极大地改善我们的生活方式和体验。 一、Zigbee技术简介 什么是Zigbee? Zigbee一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时,通过跳ZigZag形舞蹈来告知同伴,达到交换信息的目的。可以说是一种小的动物通过简捷的方式实现“无线”的沟通。人们借此称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术,亦包含此寓意。ZigBee联盟成立于2001年8月,2002年下半年,英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司

Zigbee无线传感器网络英文文献

Zigbee Wireless Sensor Network in Environmental Monitoring Applications I. ZIGBEE TECHNOLOGY Zigbee is a wireless standard based on IEEE802.15.4 that was developed to address the unique needs of most wireless sensing and control applications. Technology is low cost, low power, a low data rate, highly reliable, highly secure wireless networking protocol targeted towards automation and remote control applications. It’s depicts two key performance characteristics – wireless radio range and data transmission rate of the wireless spectrum. Comparing to other wireless networking protocols such as Bluetooth, Wi-Fi, UWB and so on, shows excellent transmission ability in lower transmission rate and highly capacity of network. A. Zigbee Framework Framework is made up of a set of blocks called layers.Each layer performs a specific set of services for the layer above. As shown in Fig.1. The IEEE 802.15.4 standard defines the two lower layers: the physical (PHY) layer and the medium access control (MAC) layer. The Alliance builds on this foundation by providing the network and security layer and the framework for the application layer. Fig.1 Framework The IEEE 802.15.4 has two PHY layers that operate in two separate frequency ranges: 868/915 MHz and 2.4GHz. Moreover, MAC sub-layer controls access to the radio channel using a CSMA-CA mechanism. Its responsibilities may also include transmitting beacon frames, synchronization, and providing a reliable transmission mechanism. B. Zigbee’s Topology The network layer supports star, tree, and mesh topologies, as shown in Fig.2. In a star topology, the network is controlled by one single device called coordinator. The coordinator

Zigbee组网流程

1、网络形成 组网开始时,网络层首先向MAC层请求分配协议所规定的信道,或者由PHY层进行有效信道扫描,网络层管理实体等待信道扫描结果,然后根据扫描结果选择可允许能量水平的信道。找到合适的信道后,为这个新的网络选择一个个域网标识符(PANID)。PANID可由网络形成请求时指定,也可以随机选择一个PANID(除广播PANID固定为0xFFFF外),PANID 在所选信道中应该是唯一的。PANID一旦选定,无线网关将选择16位网络地址0x0000作为自身短地址,同时进行相关设置。完成设置后,通过MAC层发出网络启动请求,返回网络形成状态。 2、网络维护 网络维护网络维护主要包括设备加入网络和离开网络过程。当网络形成后,通过网络管理实体设定MAC层连接许可标志来判断是否允许其他设备加设备初始化为协调器入网络。加入方式有联合方式和直接方式,在协议实现中采取直接加入网络方式。这种方式下由待加入的设备发送请求加入信标帧,网关接收到后,网络管理实体首先判断这个设备是否已存在于网络。存在,则使其加入网络;若不存在,则向设备发送信标帧,为这个设备分配一个网络中唯一的16位的短地址。这里的信标帧是由网关无线协议MAC层生成作为PHY层载荷,它包含PANID、加入时隙分配等信息。网内设备也可以请求断开网络。当网关收到设备断

开连接请求后,MAC层向网络层发送报告,开始执行断开流程,从设备列表中删除该设备相关信息。 网络层上层请求网络层发现当前在运行的网络: NLME NETWORK DISCOVERY.request(ScanChannels,ScanDuration) ScanChannels:高5为保留(b27~b31),低27为分别表示27个有效信道,该位为1,表示扫描;为0不扫描。 ScanDuration:扫描时间,aBaseSuperframeDuration*(2^n+1),n为ScanDuration值。 网络层在家收到该原语后,将通过检查ScanChannels参数发现网络,如果该设备为一个FFD 设备,则执行主动的扫描。如果为一个RFD设备,倘若设备实现主动扫描,那么他会执行主动的扫描,否则 一个合适的父节点需要满足三个条件:匹配的PAN标志符、链路成本最大为3、允许连接,为了寻找合适的父节点,NLME_JOIN.request原语请求网络层搜索它的邻居表,如果邻居表中不存在这样的父节点则通知上层,如果存在多个合适的父节点则选择具有最小深度的父节点,如果存在多个具有最小深度的合适的父节点则随机选择一个父节点。

ZigBee的工作原理

ZigBee得工作原理_ZigBee组网技术ZigBee就是一种高可靠得无线数传网络,类似于CDMA与GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准得75m到几百米、几公里,并且支持无限扩展。Zig bee技术特点主要有低功耗、低成本、时延短、网络容量大、工作频段灵活、低速率、安全得数据传输等。其中低功耗就是Zigbee技术最重要得特点。由于 Zigbee得传输速率相对较低发射功率较小,使得Zig bee设备很省电,这就是 Zigbee技术能够广泛应用得基石。 ZigBee协议适应无线传感器得低花费、低能量、高容错性等得要求。Zigbee 得基础就是IEEE 802.15。4、但IEEE仅处理低级MAC层与物理层协议,因此Zigbee联盟扩展了IEEE,对其网络层协议与API进行了标准化。Zigbee就是一种新兴得短距离、低速率得无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己得协议标准,在数千个微小得传感器之间相互协调实现通信。 ZigBee组网概述 组建一个完整得zigbee网状网络包括两个步骤:网络初始化、节点加入网络。其中节点加入网络又包括两个步骤:通过与协调器连接入网与通过已有父节点入网。 ZigBee网络初始化预备 Zigbee网络得建立就是由网络协调器发起得,任何一个zigbee节点要组建一个网络必须要满足以下两点要求: (1)节点就是FFD节点,具备zigbee协调器得能力; (2)节点还没有与其她网络连接,当节点已经与其她网络连接时,此节点只能作为该网络得子节点,因为一个zigbee网络中有且只有一个网络协调器。 FFD:Full Func TI on Device 全功能节点 RFD:Reduced FuncTI onDevice半功能节点

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