基于ZigBee协议的无线传感器网络技术的分析和应用

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．基于ＺｉｇＢｅｅ协议的无线传感器网络技术的分析和应用

基于ＺｉｇＢｅｅ协议的无线传感器网络技术的分析和应用

ＡｎａＩｙｓｉＳａｎｄＡｐｐ｜．ｃａｔｊＯｎＯｆＶＶｉｒｅＩｅＳｓＳｅｎｓＯｒＮｅｔｗｏｒｋＢａｓｅｄ

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靖（闽江学院计算机科学系，福建福州３５１０１０８）吴景东

（福州大学数计学院，福建福州３５１０１０８）

摘要

无线传感网络是近几年的一个技术热点。在设备中嵌入标准化的无线网络协议，有利于设备之间的互通和互联。升级

和维护。在对无线传感网络特点总结的基础上，分析了一种在无线传感网络中有广泛应用前景的协议标准——ＺｉｇＢｅｅ协

议的结构，特点，应用前景与应用方式。

关键词：ＺｉｇＢｅｅ协议，ＩＥＥＥ８０２．１５．４标准，无线传感器网，网络协议

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作为互联网在形式上的扩展，２００９年８月，美国提出“物联网”的概念，“物联网”发展的４个主要技术为：ＲＦＩＤ、传感器、嵌

入式智能技术及纳米技术。作为“物联网”中一项关键技术的“无

线传感器网络”技术成为目前计算机领域的一个研究热点，它在工业控制、智能家居、军事领域、环境监测、医疗领域等有着广阔的应用前景。但作为一个快速发展的技术领域，目前无线传感器网络的标准林立，这种状态不利于各网络节点的互联及网络的管理。ＺｉｇＢｅｅ协议标准规范有效地解决了网络标准化和网络拓扑管理两方面的问题。１

无线传感器网络简介

无线传感器网络是由多个传感器节点以自组织无线网络组成的计算机网络。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，通过无线通信网络将感知和采集到的各种环境或监测对象信息的传送给远程用户，以实现“无处不在的计算”理念。图１为无线传感器网络的结

构图。汇聚节点是网络的中心，具有协调和网关的作用，负责对

监控区域中的传感器网络进行网络配置、管理和数据的汇聚；同

时汇聚节点也是一个网关，利用它可通过广域网（如Ｉｎｔｅｍｅｔ网

络或卫星网络）将数据送至监控中心进行统计分析和处理。

之无线通信信道的不稳定性，从而使网络的拓扑结构会随之动态变化。因此要求无线传感器网络要能够适应这种网络拓扑结构的动态变化，具有自组网、智能化和协同感知等功能。⑤无线传感器网络的安全性。无线信道、有限的能量，分布式控制都使得无线传感器网络更容易受到攻击。因此，安全性在网络的设计

中至关重要。

２

Ｚ．ｇＢｅｅ协议标准

网络协议是无线传感器网络中的一个关键技术，它也是采

用分层的网络协议，通信协议层可分为物理层，介质访问层，网络层，传输层和应用层。但是与常用的ＴｃＰ／ＩＰ协议不同的是。

由于传感器网络自身管理的需要，有些功能需要多层的协议协同完成，因此跨层设计技术是无线传感器网络的一个特点。其协

议栈如图２所示。

喜｝；ｊ；；筹画酣

传输层

Ｊ传输控制ｌ

ｌ三ｌ

网络层Ｉ路由ｌ

ｌ拓ｌ『喜ｌＩ型ｌ

数据链路层

｛ＭＡｃＩ制ＩＩ置Ｉ

网络通信怫议

网络管理平台

图２无线传感器网络协议结构图

在低层（物理层和介质访问层），主要实现的是点劐点或点到

图１无线传感器网络结构图

多点的数据传输问题，为上层组网提供通信服务。目前ＩＥＥＥ组织由于传感器通常是嵌入在各种设备中，监测区域环境的复

已制定出符合传感器的小型、低成本，低功耗，低速率特点的无线杂，传感器节点数量巨大，网络的维护十分困难甚至不可维护；

个人区域网（ＬＲ—ＷＰＡＮ）的无线通信标准ＩＥＥＥ８０２．１５．４；而在上

因此，无线传感器网络有以下几个特点：①传感器节点要求体积

层，目前还主要用的是私有协议。但要想实现网络的互通互联，还小，功耗低，成本低；②低速率，短距离；③网络容量大；④是一个

必须在上层制定一个有关组网和应用的协议规范标准。近几年，具有自组网能力的动态性网络：由于在使用过程中，节点的个数

有一项协议规范，得到了众多厂商的关注和支持并迅速的推广，会因需要或故障随时加入和退出网络中，而且节点也会移动，加

在无线传感器网络中的应用广泛，它就是ＺｉｇＢｅｅ协议。

万方数据

《工业控制计算机》２０１０年第２３卷第１１期３１

ＺｉｇＢｅｅ是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速

率、低成本的自组网无线网络技术。主要应用于低速率近距离的

文本传输。与其它的几种无线通信技术如蓝牙、Ｗｉ—Ｆｉ、ＵＷＢ、

ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ相比，ＺｉｇＢｅｅ的省电、可靠、成本低、网络容量大，低复杂性。自组网等特点更适合于无线传感器网络。

完整的ｚｊｇＢｅｅ协议栈由物理层、介质访问控制层、网络层、安全层和高层应用规范组成。如图３所示。

图３ＺｉｇＢｅｅ协议结构图

图中，ＳＡＰ是协议下层为上层提供的服务接口，从图２可看出ＺｉｇＢｅｅ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。在物理层和ＭＡＣ层，ＺＩｇ－Ｂｅｅ采用的是ＩＥＥＥ８０２．１５．４标准，网络层之上才是ＺｉｇＢｅｅ协议真正定义的部分，ＺＩｇＢｅｅ联盟制定了网络层、安全层和应用程序接口的应用规范。

在舀ｇＢｅｅ协议栈中，ＰＨＹ层主要负责无线收发信机的开启和关闭、能量检测（ＥＤ）、链路质量指示（ＬＱＩ）、信道评估（ＧＣＡ）和通过物理媒体收发数据包。ＭＡＣ层主要功能包括采用ＣＳ—ＭＡ／ＣＡ进行信道访问控制，信标帧发送，同步服务和提供ＭＡＣ层可靠传输机制。网络层是ＺｉｇＢｅｅ的核心部分，它主要负责设备加入／退出网络的机制．帧安全机制。路由发现以及维护机制，协调器的网络层还要实现网络拓扑的建立，并为设备分配地址。应用接口层包括应用支持子层（ＡＰＳ），ＺｉｇＢｅｅ设备对象（ＡＤＯ）和制造商定义的应用对象。ＡＰＳ子层负责维护绑定列表，根据设备的服务和需求对设备进行匹配，并在绑定的设备间传送信息。ＺＤＯ负责定义设备在网络中的角色（如协调器还是节点），发现设备并决定设备所提供的应用服务、初始化并响应绑定请求，在设备之问建立安全关系。此外ＺｉｇＢｅｅ协议层中还具有数据的安全管理机制。

ＩＥＥＥ８０２．１５．４根据设备功能的不同，定义了两种类型的装置：全功能装置（ＦＦＤ）、简化功能装置（ＲＦＤ）。ＦＦＤ设备实现了协议的全功能，一般可作为ＺｉｇＢｅｅ个域网（ＰＡＮ）中的协调器或路由器；ＲＦＤ则根据应用的需要，实现了部分的协议，ＲＦＤ通常作为传感器终端节点，传输少量的数据，在某一时刻只与一个ＦＦＤ关联，所以只ＦＤ可用最少的资源来实现，节约成本和能耗。

网络层是ＺｉｇＢｅｅ协议栈核心的部分，也是ＺｉｇＢｅｅ具有优势的地方之一。ＺｉｇＢｅｅ有很强的组网能力，这主要是由网络层来实现。可以根据需要组成星型、簇状型、网状型（ｍｅｓｈ）网络。在ＺｉｇＢｅｅ网络中有３种功能设备：协调器，路由器和终端设备。其中协调器是总控制器，可充当汇聚节点，其拓扑结构如图４所示。

其中星型网最为简单，不需要路由，适合于点对点或点对多点。距离相对较近的应用。簇状网的路由只有唯一的通路，它只

ｃ终端设备

●协惆器

。路山器

图４ＺｉｇＢｅｅ网络拓扑图

能沿着树的方向向上传递到总控制器（协调器）．然后在向下传递到目标节点。其中路由器可以起到中继的作用，扩大网络的传输距离，路由的过程是由ＺＩｇＢｅｅ的网络层完成。但是这两种方式都不具有自愈的功能，若其中的协调器或路由器出现故障，就可能会出现网络或部分网络的瘫痪。而ｍｅｓｈ网具有强大的功能，节点之间数据可以不经过协调器互相传递，而且ｍｅｓｈ结构可为数据提供多条路径，可自动寻找最佳路由，当一条路径出现故障，还可自动寻找另一路径，网络具有自组织，自愈的功能，可靠性高，传输速度快。

ＺｉｇＢｅｅ技术被业界认为是最有可能应用在传感器网络中的一种无线技术，它在低功耗，低成本和组网能力方面有着无可比拟的应用优势，该协议的特点符合了无线传感器网络所需的特征：

在低成本方面。通过大幅简化协议（不到蓝牙的１／１０），降低了对通信控制器的要求，协议栈可在８位微控制器上实现，全功能的主节点需要３２ＫＢ代码，子功能节点少至４ＫＢ代码。在物理层上，工作频率采用免费开放的２．４ＧＨｚ、９１５ＭＨｚ和８６８ＭＨｚ三种；并采用采用直接序列展频（ＤＳＳＳ）技术，简化了模拟电路。ＺｉｇＢｅｅ免协议专利费，而且ＴＩ公司也免费开放了原来昂贵的ＣＣ２４３０／ＣＣ２４３１ｚＩＧＢＥＥ２００６协议栈，这进一步降低了ＺｉｇＢｅｅ的开发成本。

在能耗方面。ＺｉｇＢｅｅ技术在协议上对节省电池使用和功率也作了优化，使ｚｉｇＢｅｅ的收发功率低，唤醒快，工作周期短．降低能耗的使用。ＩＥＥＥ８０２．１５．４在数据传输过程中引入了睡眠机制。采用基于信标使能的方式，限制器件或协调器收发机的开通时间，在无数据时使它们处于很低功耗的休眠状态，能耗只有正常工作状态下的千分之一。由于ＺｉｇＢｅｅ节点所承载的应用数据速率都比较低，一般情况下，休眠时间占总运行时间的大部分，因此能达到很高的节能效果。在网络层，为了提高能源的利用率，其路由机制不仅考虑选择能量消耗小的传输路径，而且选择使整个网络能量消耗均衡的路由，并简化路由协议，达到节约能源，延长整个网络的使用时间的目的。

在组网方面。ＺｉｇＢｅｅ具有大规模的组网能力和动态的自组网能力。ＺｉｇＢｅｅ支持星型、簇型和网状型拓扑结构，一个主节点可管理２５５个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理；最多可以支持超过６４０００个ＺｉｇＢｅｅ网络节点，很适合大面积传感器网络的需求。ＺｉｇＢｅｅ通过网络协调器可自动建立网络，节点可随时加入和退出。在网络层采用了网状网的组网方式，从源节点到达目的节点可以有多条路径，加强了网络的健壮性，如果原先的路径出现了问题或故障，ＺｉｇＢｅｅ可以进行路由修复，另选一条合适的路径来保持通信。

在安全方面。ＺｉｇＢｅｅ提供了一套基于１２８位ＡＥＳ算法的安全类和软件，支持鉴权和认证，并集成了ＩＥＥＥ８０２．１５．４的安全元素，在ＭＡＣ层，网络层’。应用层为不同的应用提供相应的安全机制。对于单跳数据信息一般通过ＭＡＣ层的安全机制来保证ＭＡＣ层信标帧、数据帧和确认帧的安全性；对于多跳数据信息则通过更上层（如网络层）的安全机制为数据安全保障。

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基于ZigBee协议的无线传感器网络技术的分析和应用

作者：陈靖， 吴景东

作者单位：陈靖(闽江学院计算机科学系,福建,福州,3510108)， 吴景东(福州大学数计学院,福建,福州,3510108)

刊名：

工业控制计算机

英文刊名：INDUSTRIAL CONTROL COMPUTER

年，卷(期)：2010，23(11)

被引用次数：0次

参考文献(6条)

1.李文仲,段朝玉.ZigBee无线网络技术入门与实战[M].北京:北京航天航空大学出版社,2007

2.崔逊学,左从菊.无线传感器网络简明教程[M].北京:清华大学出版社,2009

3.瞿雷,等.ZigBee技术及应用[M].北京:北京航天航空大学出版社,2007

4.高守阳.等.ZigBee技术实践教程-基于CC2430/31的无线传感器网络解决方案[M].北京:北京航天航空大学出版社,2009

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6.徐志,陈彬兵.自组织ZigBee网络节点通信研究[J].通信技术,2009,12(42):128-131

相似文献(10条)

1.学位论文习琨基于ZigBee的简单无线传感器网络设计与实现2008

无线传感器网络(WSN, Wireless Sensor Network)是综合传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息技术及无线通信技术的新型网络,它实时监测、感知和采集网络分布区域内各种监测对象的信息,通过嵌入式系统对信息进行处理,以自组织网络多跳中继方式将信息传送到终端用户,成为当前国际上备受关注的多学科交叉研究热点领域。

随着无线传感器网络的不断发展,其应用涉及社会生活的各个方面。同时,提出了更小功耗、更低成本、更可靠、更方便使用的要求,在此情况下

,ZigBee技术应运而生。作为新兴的近距离、低功耗、低速率、低成本无线网络技术,ZigBee具有自动选择、连接网络及自我恢复等功能,物理层和MAC层遵循IEEE802.15.4标准,网络层和应用层由ZigBee联盟制定。基于ZigBee的无线传感器网络将传感器技术、通讯技术及计算机技术相结合,具有采集、传输和处理信息的能力,在家用系统控制、楼宇自动化、工业监控等领域有广阔的市场前景。

本文结合基于ZigBee技术的无线传感器网络相关研究,通过分析IEEE802.15.4/ZigBee标准和SOC技术,应用ZigBee协议、传感技术及无线收发技术构成短距离简单无线传感网络。系统以Chipcon公司嵌入51内核的SOC射频收发芯片CC2430为核心,符合IEEE 802.15.4标准,工作在免授权2.4GHz频段,只需较少外围元件即可构成ZigBee无线通信节点；同时,选择Dallas公司单总线数字温度传感器DS18B20作为传感元件进行无线传感器网络节点的设计。

文中详尽介绍了无线传感器网络设计的总体思想,分模块电路设计过程以及相关软件实现,利用Protel DXP绘制了无线模块和传感器底板的印制电路板。经过试验调试实现了无线测温网络,终端传感节点在进行温度实时采集显示的同时可将数据以无线形式发送,协调节点通过液晶显示收到的信息,并通过RS-232串口与个人计算机之间进行通信,初步实现了无线测温系统的数据采集和无线传输。通过设计实践,对基于ZigBee技术的无线传感器网络系统进行了初步的研究,为下一步工作打下了基础。

2.学位论文崔文华ZigBee协议栈的研究与实现2007

近年来，随着社会信息化、家庭智能化和工业自动化等领域对无线通讯和数据传输需求的日益增长，ZigBee协议标准作为一种全新的无线传感网络技术应运而生，并展示了迅猛发展的良好势头，引起了国内外广大科技工作者的极大兴趣和关注。该技术以微消耗能量、强组网能力、低营运成本、高可靠性为特点，可方便地组成一个功耗低、数据传输距离短且速率不高的低营运成本“无线局域网”，广泛应用到军事无人值守和灵巧网络通讯、工业自动控制、大中城市空气质量监控、医院医护监视、高速公路自动收缴费、居民水电气自动收缴费、消费类电子设备、PC外设的无线连接等领域。

国内已有很多高校和科研院所开展了这一领域的研究工作，研究内容含盖无线传感器节点硬件设计、操作系统、网络路由技术、节能技术、覆盖控制技术等，但还没有哪一家企业及研究机构推出拥有自主知识版权的ZigBee协议栈和硬件模块，大多都是基于国外RF芯片和协议栈进行应用开发。

本课题在查阅大量国外资料、深入研究IEEE802.15.4标准和ZigBee协议标准的基础上，开发了具有自主产权的ZigBee协议代码栈一EmZigBee，制作了一个Zigbee硬件模块，并基于自己的协议栈和自制的Zigbee硬件模块，实现了一个“基于ZigBee无线网络的智能交通路口”实例。论文共7章：

第1章为绪论，介绍了课题背景，研究现状及目的和意义。

第2章为协议综述，给出了ZigBee无线通讯技术的传输方式，技术特点，ZigBee标准的网络体系结构，协议结构。

第3章具体讲述了IEEE 802.15.4标准定义。

第4章具体讲述了ZigBee联盟公布的ZigBee标准定义。

第5章详细介绍了EmZigBee协议栈的实现。

第6章介绍了基于该协议栈的一个应用实例一基于ZigBee无线网络的智能交通路口，包括硬件设计、软件实现及性能测试分析。

第7章给出了对本课题的总结与展望。

3.期刊论文王磊.李增荣.WANG Lei.LI Zeng-rong低能耗无线传感器网络节点的设计-电脑知识与技术2009,5(1) 该文介绍了基于IEEE802.15.4标准的无线通信协议ZigBee的协议结构和技术的特点,以降低能耗、节约成本为出发点,从硬件和软件两方面,提出了基于ZigBee的无线传感网络节点的基本构架,设计了一种通用节点的软硬件平台.

4.学位论文林子敬基于ZigBee技术的无线传感器网络的研究与实现2009

集成智能传感器技术、微机电系统技术和网络通讯技术三大技术而形成的无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术(任丰原等，2003)，具有非常广阔的应用前景，是当前国际上备受关注的、多学科高度交叉的新兴前沿研究热点之一。无线传感器网络一般由大量廉价的微型传感器节点组成，因此如何在有限的硬件条件下实现大规模自组织网络的高效通信为无线传感器网络协议提出了新的挑战。

IEEE802.15.4标准是IEEE针对低速率无线个人区域网络(Low-rateWirelessPersonalAreaNetwork，LR-WPAN)制定的标准，旨在为低功耗的通信设备提供一种经济、高效的无线网络。ZigBee协议采用IEEE802.15.4标准的物理层和链路层，并在其上增加了网络层、安全模块和应用支持子层等模块，从而实现了大区域网络覆盖。ZigBee由于其在低功耗、低复杂度、自组织等方面的优势，逐渐成为了无线传感器网络的首选通信协议。

本文主要研究基于无线传感器网络的机器人导航应用中ZigBee协议的相关技术。首先分析无线传感器网络的特点，探讨无线传感器网络的体系结构及其相关应用，并介绍ZigBee各层网络协议。随后，针对ZigBee路由发现方法需要消耗大量通信代价的缺点，提出一种基于受限泛洪的路由发现方法

，仿真实验结果表明该方法能够有效的降低路由发现的通信代价。另外，本文还针对ZigBee路由协议在机器人导航应用中的不适应性，提出一种改进的树形路由协议TR4MRN，它采用一种基于代理节点的方法实现移动节点的动态路由，同时采用单向连接树形拓扑方法，增大了网络覆盖面，提高了网络自愈能力。最后，在本实验室研制的CC2431无线传感器网络节点平台上实现一个ZigBee协议栈，并通过协议性能和功能测试以及机器人导航系统的搭建

，验证了该协议栈可行性。

本文的研究内容得到了国家自然科学基金项目的资助，项目编号60535010。

5.学位论文倪敬飞ZigBee-2006协议栈的实现及其应用2009

ZigBee作为一种基于开放性国际标准的低成本、低功耗、低数据速率、低复杂度、高可靠性的新型短距离无线通信技术，在能源管理和效率、家庭自动化、楼宇自动化、工业自动化以及无线传感网络等领域具有十分广阔的应用前景，已经成为当前的一个研究和应用热点。

但是，ZigBee技术在国内的发展和应用还不够。虽然也存在一些提供ZigBee软硬件模块的厂商，但是其ZigBee协议栈一般都是基于国外的商业协议栈或者功能简单的免费协议栈。上述状况所造成的学习和研究ZigBee技术细节平台的缺乏反过来也影响了ZigBee技术在国内的发展。

本文从技术研究与实际应用的角度出发，基于Freescale的MC13213芯片构建了单芯片的ZigBee硬件平台，深入研读了IEEE802.15.4标准和ZigBee-2006协议规范，详细阐述了ZigBee协议物理层、MAC层和网络层的设计和实现过程，最终实现了一个功能有所裁剪的ZigBee协议栈。剖析了底层驱动程序实现过程中所遇到的SPI事务操作问题的根源；针对MAC层众多属性提出了一种高效的管理方法：针对ZigBee网络层路由算法的复杂性，实现了原理简单易于理解但功能只是稍许减弱的AODVjr协议。由于本协议栈中采用了分布式地址分配机制，所以也支持树状层次路由。最后，在自主研发的软硬件平台上，给出了一个车间设备监控系统的应用实例，验证了软硬件平台的可行性和正确性，并分析和实现了系统中ZigBee节点的低功耗。

本文所实现的ZigBee软硬件平台可以直接作为一个独立的模块用于实际项目中，也可以作为研究ZigBee协议的基础平台，具有一定的参考价值和借鉴意义。

6.学位论文安庆敏基于ZigBee的无线抄表系统及标准制定方法的研究2008

随着通信技术的不断发展，短距离无线通信技术己成为无线通信技术新的研究热点。基于IEEE802.15.4标准的ZigBee协议是一种近距离、低复杂度、低成本、微功耗、数据传输速率适中、自组织双向无线通信技术。ZigBee技术已广泛用于工业控制、家庭网络和自动化、楼宇自动化、消费电子、无线传感器网络等多个领域，其有望成为今后无线通信的主流技术之一。

本文以ZigBee协议为主要研究对象，主要研究内容及创新点包括以下方面：

1、从楼宇/家庭自动化标准切入，以802.11系列标准和BACnet、ZigBee、DLNA、IGRS等协议标准为研究对象，探讨标准制定中出现的两种新动向

：在原有标准的基础上，引入新的科研成果，制定派生的技术标准，即构成一个系列标准；采用已得到广泛应用和认同的协议作为底层协议，针对某一领域的特定需求制定相关的上层协议，两者融合制定该领域的新技术标准。

2、以Freescale公司第一代ZigBee开发平台MC9S08GT60单片机和MCl3192射频芯片为基础，借鉴信息编码技术，提出海明距离为l的水表绝对编码方案，开发了一种基于ZigBee的单环编码直读式无线远传水表，并详细介绍了系统的硬件构成、电子发讯装置的构成及工作原理、低功耗无线远传模块的工作原理以及无线远处水表的软件实现。

3、以Freescale公司第二代ZigBee开发平台MCl3213芯片为基础，提出了小区业主自有泊车位智能无线管理系统，详细介绍了小区业主自有泊车位智能无线管理系统的组成和软、硬件设计，并验证了此方案的可行性和有效性。

4、对ZigBee网络及其路由进行预研：详细论述了新的ZigBee网络建立流程和新设备加入Zigl3ee网络流程；对ZigBee网络路由的基本算法、路由方式、路由发现过程、路由成本算法进行了研究；以S-MAC协议为基础，构建六节点星型网络，并进行了路由仿真。

7.期刊论文邓明.张国枢.陈蕴.DENG Ming.ZHANG Guo-shu.CHEN Yun一种基于ZigBee协议的矿井人员定位技术研

究-计算机技术与发展2009,19(2)

针对目前矿井无线通信技术存在的不足,详细分析了IEEE802.15.4标准和ZigBee技术,讨论了二者的关系及技术特点,在此基础上,提出了一种基于ZigBee技术的无线传感器网络定位系统.网络采用基于到达时间(time of arrival,TOA)的定位机制,先根据信号的传播时间和传播速度计算出节点间的距离,然后由极大似然估计法(maximum likelihoodestimation,MLE)确定目标节点的位置.系统满足井下通信的要求,安装简单方便,精度高,稳定性好.

8.学位论文刘奇低功耗无线网络的开发与研究2009

本文比较了几种常见的无线通信技术的特点和应用，其中ZigBee功能完备，低成本、低功耗，技术先进。ZigBee协议栈具有多层网络结构，支持星形网络、树形网络和点对点对等网络等多种网络拓扑，提供了无线的各种协议。

在对IEEE802.15.4标准和ZigBee规范分析的基础上，本文提出了一种基于ZigBee协议的星形网络的组建方案。本文设计并组装了由MC9S08GT60微控制芯片和MC13192无线收发器组成的ZigBee模块，并且应用该ZigBee模块搭建了ZigBee星形网络，该网络包含一个协调器和若干终端设备。每个无线模块都留有A/D转换通道接口和SCI接口，用于采集数据并由无线模块进行数据传送。

本文对ZigBee模块进行了多项应用。项目一将ZigBee模块应用于粗纱机锭翼性能参数检测仪，解决了原检测仪因集流环上的碳刷较易损坏而经常导致机器不能正常运行的问题，并且省去了粗纱机控制器上昂贵的A/D模块，节约了成本。项目二将ZigBee星形网络应用于遥控电动模型车项目，用ZigBee模块替换原无线模块实现了模型车系统数据的无线传送，满足了飞思卡尔公司使用ZigBee技术的要求，并且降低了功耗，提高了通信速率。最后将无线网络应用于纺织车间技术改造项目，采用数据无线传输的方式在老纺织车间内建立起现代化的数据采集监控系统，解决了车间内布线困难的问题。

9.会议论文王磊.黄东基于Zigbee的无线传感器网络节点的设计2008

本文介绍了基于IEEE802.15.4标准的无线通信协议ZigBee的协议结构和技术的特点，以降低能耗、节约成本为出发点，从硬件和软件两方面，提出了基于ZigBee的无线传感网络节点的基本构架，设计了一种通用节点的软硬件平台。

10.学位论文李红基于Zigbee技术的无线传感器网络的研究2008

随着无线网络技术的快速发展和传感器技术的日益成熟，无线传感器网络应运而生。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，发送给观察者。近年来，无线传感器网络被广泛的应用在预防医学、环境监测、森林灭火乃至车辆检测、行星探测等领域，成为国内外广泛讨论的焦点。.

IEEE802.15.4标准主要针对于低速无线个人区域网(10w-rate wireless personal.area network，LR-WPAN)，把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标，可为个人或者家庭范围内不同设备之间低速互连提供统一的标准。IEEE802.15.4/ZigBee协议是由IEEE802.15.4标准的PHY和MAC层再加上ZigBee的网络层和应用支持层所组成的，其突出的特点是网络系统支持极低成本、易实现、可靠的数据传输、短距离操作、极低功耗、各层次的安全性等。

本文首先详细介绍了ZigBee技术产生的背景、特点以及优势，经过分析比较几种典型的网络拓扑结构，采取星型网的组网方式，构建了ZigBee协议硬件开发平台，软件实现了Zigbee协议栈和节点间的通信。

本课题采用C8051F021单片机作为网络终端节点和网络协调器的MCLJ，采用CC2420为射频芯片，搭建了一个基于Zigbee的无线传感器网络。主控MCU通过SPI接口与无线收发模块的CC2420芯片进行通信。在系统软件设计方而，利用现有协议、API函数和源代码，编制了SPI接口软件、数据传输程序以及PC机配置软件等。最后对论文进行了总结，并在现有基础上对今后的扩展与开发进行了展望。

本文链接：https://www.wendangku.net/doc/3b9418479.html,/Periodical_gykzjsj201011015.aspx

授权使用：华东理工大学图书馆(hdlgdxtsg)，授权号：9b4127f1-9323-4b30-b49a-9ea7015d74b2

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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协议栈原理基础

1Zigbee协议栈相关概念 1.1近距离通信技术比较： 近距离无线通信技术有wifi、蓝牙、红外、zigbee，在无线传感网络中需求的网络通信恰是近距离需求的，故，四者均可用做无线传感网络的通信技术。而，其中（1）红外（infrared）：能够包含的信息过少；频率低波衍射性不好只能视距通信；要求位置固定；点对点传输无法组网。（2）蓝牙（bluetooth）：可移动，手机支持；通信距离10m；芯片价格贵；高功耗（3）wifi：高带宽；覆盖半径100m；高功耗；不能自组网；（4）zigbee:价格便宜；低功耗；自组网规模大。?????WSN中zigbee通信技术是最佳方案，但它连接公网需要有专门的网关转换→进一步学习stm32。 1.2协议栈 协议栈是网络中各层协议的总和，其形象的反映了一个网络中文件传输的过程：由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协议。 1.2.1Zigbee协议规范与zigbee协议栈 Zigbee各层协议中物理层（phy）、介质控制层（mac）规范由IEEE802.15.4规定，网络层（NWK）、应用层（apl）规范由zigbee联盟推出。Zigbee联盟推出的整套zigbee规范：2005年第一版ZigBeeSpecificationV1.0，zigbee2006，zigbee2007、zigbeepro zigbee协议栈：很多公司都有自主研发的协议栈，如TI公司的：RemoTI，Z-Stack，SimpliciTI、freakz、msstatePAN 等。 1.2.2z-stack协议栈与zigbee协议栈 z-stack协议栈与zigbee协议栈的关系：z-stack是zigbee协议栈的一种具体实现，或者说是TI公司读懂了zigbee 协议栈，自己用C语言编写了一个软件—---z-stack，是由全球几千名工程师共同开发的。ZStack-CC2530-2.3.1-1.4.0软件可与TI的SmartRF05平台协同工作，该平台包括MSP430超低功耗微控制器(MCU)、CC2520RF收发器以及CC2591距离扩展器，通信连接距离可达数公里。 Z-Stack中的很多关键的代码是以库文件的形式给出来，也就是我们只能用它们，而看不到它们的具体的实现。其中核心部分的代码都是编译好的，以库文件的形式给出的，比如安全模块，路由模块，和Mesh自组网模块。与z-stack 相比msstatePAN、freakz协议栈都是全部真正的开源的，它们的所有源代码我们都可以看到。但是由于它们没有大的商业公司的支持，开发升级方面，性能方面和z-stack相比差距很大，并没有实现商业应用，只是作为学术研究而已。 还可以配备TI的一个标准兼容或专有的网络协议栈（RemoTI，Z-Stack，或SimpliciTI）来简化开发,当网络节点要求不多在30个以内，通信距离500m-1000m时用simpliciti。 1.2.3IEEE802.15.4标准概述 IEEE802.15.4是一个低速率无线个人局域网(LowRateWirelessPersonalAreaNetworks，LR-WPAN)标准。定义了物理层(PHY)和介质访问控制层(MAC)。 LR-WPAN网络具有如下特点： ◆实现250kb/s，40kb/s，20kb/s三种传输速率。 ◆支持星型或者点对点两种网络拓扑结构。 ◆具有16位短地址或者64位扩展地址。 ◆支持冲突避免载波多路侦听技术(carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance，CSMA/CA)。（mac层） ◆用于可靠传输的全应答协议。(RTS-CTS) ◆低功耗。 ◆能量检测(EnergyDetection，ED)。 ◆链路质量指示(LinkQualityIndication，LQI)。 ◆在2.45GHz频带内定义了16个通道；在915MHz频带内定义了10个通道；在868MHz频带内定义了1个通道。 为了使供应商能够提供最低可能功耗的设备，IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，电气及电子工程师学会)定义了两种不同类型的设备：一种是完整功能设备(full．functionaldevice，FFD)，另一种是简化功能设备

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。

ZigBee测试与协议分析

ZigBee测试与协议分析 1 前言 ZigBee协议栈包括物理层协议(IEEE802.15.4)和上层软件协议(ZigBee 2007以及其他的ZigBee网络协议）。本文将从这两方面来了解这些协议，通过介绍如何捕获及如何理解关键参数，深层次剖析ZigBee技术。有了这些本质性的认识，对于分析解决无线产品应用问题，会有很大的帮助。 2 物理层分析 ZigBee的物理层为IEEE802.15.4标准所规定，定义了ZigBee底层的调制编码方式。这些规约大多是芯片设计者需要关心的，对于应用开发来说，更关心的是衡量一个芯片、一个射频系统性能的参数。在过去的文章中，已介绍了输出功率、接收灵敏度和链路预算等参数，这一讲将更深入地介绍一个调制质量的参数：EVM。EVM指的是误差向量（包括幅度和相位的矢量），表征在一个给定时刻理想无误差基准信号与实际发射信号的向量差，。从EVM参数中，可以了解到一个输出信号的幅度误差及相位误差。 EVM是衡量一个RF系统总体调制质量的指标，定义为信号星座图上测量信号与理想信号之间的误差，它用来表示发射器的调制精度，调制解调器、PA、混频器、收发器等对它都会有影响。EVM数据和眼图。 了解完这个参数之后，再看看实际测试中是如何获取EVM参数的。 ZigBee物理层的测试，在产品研发、生产和维护阶段，可以分别采用不同的仪器。 (1)产品研发阶段要测量EVM参数，需要使用带协议解析的频谱仪，最好是自带相应协议插件的仪器，可以使用安捷伦PXA N9030A频谱分析仪+8960B插件(选配了ZigBee分析插件)。这些仪器可以测试出ZigBee调制信号的星座图、实时数据和眼图等信息，在芯片级开发过程中，需要考量高频电容电感以及滤波器等的单个及组合性能，特别需要注意的是ZigBee信号的临道抑制参数，利用PXA N9030A的高分辨率，可以查看点频的带外信号，这些细节在更换射频器件供应商时，需要仔细测量，一般数字电路抄板比较容易，因为器件性能的影响不是很大，只要值和封装对了就可以，但是射频前端的设计上，即使原样的封装、容值和感值，供应商不一样，射频参数也是不一样的，板材的选用也极大地影响着阻抗匹配，因此复制和再开发都有较大难度。合格的测试工具，加上有质量保证的射频器件供应商资源，方能真正具备RF设计能力。安捷伦PXA N9030A频谱分析仪。 (2)批量生产阶段在批量生产中，不可能将实验室的研发测试仪器搬到工厂，因此，需要便携小巧的测试设备，这时可用罗德与斯瓦茨公司的热功率探头，如NRP-Z22，做一个2.4 GHz的输出功率测试，保证能够输出公差允许的功率信号即可，因为在生产中，射频器件的焊接不良、馈线连接头的接触不良，都会造成输出功率的下降甚至消失。需要注意的是，探头非常容易被静电损坏，必须要带上防静电手套进行操作，返修过程如需要经过德国，则时间长，经费也不便宜，不是很严重的损坏倒是可以在深圳维修中心处理。NRP-Z22。 (3)应用阶段在现场出现问题时，ZigBee节点已经安装到现场，不能逐一拆下来测试，并且周围的电磁环境也是没办法在单个节点上检测到，这时就需要手持式的频谱仪进行现场勘查了，例如安捷伦公司的N9912A手持式频谱仪。使用该频谱仪，可以完成无线系统设计初期的现场勘查工作，检测现场各个地点是否有异常电磁干扰，对于ZigBee来说，当然是检测是否有持续的WIFI信号干扰了。同时，更为详细的现场勘查，还包括在定点进行数据发送，预期覆盖点进行信号强度分析，以实地评估墙体等障碍物的信号衰减，在已经架设好的ZigBee网络中，也可以检测信号覆盖，数据通信是否正常等。N9912A。

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

TI_zigbee协议栈结构分析应用

无线盛世《快速进入ZB世界》
Ver:1

进入Zigbee世界的准备工作
§ 首先，我们需具备一些硬件设备及平台。以下 我就罗列一下Zigbee开发基本工具： § 计算机：不管是设计电路还是编程开发都是离 不开它的。 § Zigbee开发板：对于初学者来说，Zigbee开发 板无疑是最佳选择。有了开发板，你可以在我 们成熟设计的基础上学习或者做自己的设计。 § Zigbee模块：集MCU，RF，天线设计于一体 的Zigbee模块。使用它，我们可省去设计天线 及IC周边电路设计的复杂工作。

进入Zigbee世界的准备工作
§ Zigbee仿真器：是集烧写程序、在线编程和在线仿真 功能于一身的开发过程工作中必不可少的开发工具。 编程器既能对CC243x芯片（其实包括TI产品中的CC 系列的大部分芯片）进行烧写程序（hex标准文件程序 ），也能对CC243x芯片进行在线编程和仿真，让我们 能方便地在线调试开发，从而大大地提高了开发效率 。 § Zigbee协议分析仪：ZigBee的设计开发者必不可少的 工具！ZigBee协议分析仪具有广泛的功能，包括：分 析以及解码在PHY、MAC、NETWORK/SECURITY、 APPLICATION FRAMEWORK、和APPLICATION PROFICES等各层协议上的信息包；显示出错的包以 及接入错误；指示触发包；在接收和登记过程中可连 续显示包。

进入Zigbee世界的准备工作
§ 再次,我们需要在将用于开发Zigbee的计 算机平台上安装这些软件： § Zigbee协议分析软件（sniffer） § 程序烧写软件（Flash Programmer） § IAR公司的EW8051 version 7.20I/W32 。

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协议栈学习总结教学提纲

典型的智能家居网络总体结构图 智能家居系统模块整体框图

ZigBee是一种标准，该标准定义了短距离、低速率传输速率无线通讯所需要的一系列通信协议。基于ZigBee的无线网络所使用的工作频段为868MHz、915MHz和2.4GHz，最大数据传输速率为250Kbps。 ZigBee无线网络共分为5层：物理层（PHY），介质访问控制层（MAC），网络层（NWK），应用程序支持子层（APS），应用层（APL）。 总体而言，ZigBee技术有如下特点：高可靠性，低成本，低功耗，高安全性，低数据速率

Zigbee网络中的设备主要分为三种： 1，协调器，协调器节点负责发起并维护一个无线网络，识别网络中的设备加入网络，一个ZigBee 网络只允许有一个ZigBee 协调器； 2，路由器，路由器节点支撑网络链路结构，完成数据包的转发；。ZigBee 网格或树 型网络可以有多个ZigBee 路由器。ZigBee 星型网络不支持ZigBee 路由器。 3，终端节点，负责数据采集和可执行的网络动作。 从功能上，zigbee节点应由微控制器模块、存储器、无线收发模块、电源模块和其它外设功能模块组成。 ZigBee/IEEE802.15.4定义了两种类型的设备：它们是全功能设备（FFD，Full Function Device）和精减功能设备（RFD，Reduced Function Device）。FFD可以当作一个网络协调器或者一个普通的传感器节点，它可以和任何其他的设备通讯，传递由RFD发来的数据到其他设备，即充当了路由的功能。而RFD只能是传感器节点，它只能和FFD进行通讯，经过FFD可以将自己测得数据传送出去。在ZigBee网络中大多是这两种设备，网络中结点数理论上最多可达65，536个，可以组成三种类型网络：星型、网状型和树型。 星状网络由一个PAN 协调器和多个终端设备组成，只存在PAN 协调器与终端的通讯，终端设备间的通讯都需通过PAN 协调器的转发。 树状网络由一个协调器和一个或多个星状结构连接而成，设备除了能与自己的父节点或子节点进行点对点直接通讯外，其他只能通过树状路由完成消息传输。 网状网络是树状网络基础上实现的，与树状网络不同的是，它允许网络中所有具有路由功能的节点直接互连，由路由器中的路由表实现消息的网状路由。 星型，如果用星型网络的话，在房间内的节点是否能够穿墙，与房间外的协调器进行正常通信。

Zigbee网络原理与应用教案

计算机与信息技术学院 课程教案 专业物联网工程 课程Zigbee网络原理与应用 讲授人姚建峰 2015 年 9月10日

(一) 课程名称：Zigbee网络原理与应用 (二) 学时学分：周4学时，3学分 (三) 预修课程：电子线路、数字逻辑、计算机组成原理、高级语言程序设计 (四) 使用教材 ZigBee技术与实训教程――基于CC2530的无线传感网技术，清华大学出版社，2014年5月第1版 (五) 教学参考书(3本以上) 1、李文仲编著：《Zigbee2006无线网络与无线定位实战》，北京航空航天大学出版社，2008年1月第1版； 2、王小强编著：《Zigbee无线传感器网络设计与实现》，化学工业出版社，2012年6月第1版； 3、郭渊博编著：《Zigbee技术与应用》，国防工业出版社，2010年6月第1版。 （六）教学方法：课堂讲授，课堂演示，师生互动，理论与实验结合教学。 (七) 教学手段：多媒体教学。 (八) 考核方式：闭卷考试。 (九) 学生创新精神与实践能力的培养方法：结合实验、具体应用、小组讨论等方式使学生掌握Zigbee技术开发的基本方法，提高学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的动手能力和创新能力。 (十) 其它要求：严格考勤，学生课堂表现和实验完成情况占学生成绩的30%，期末成绩占70%。

第一章无线传感器网络 教学时数：2学时 教学目的与要求：主要让学生理解无线传感网络的主要概念，了解无线传感网络的发展历程、研究现状与研究前景、应用领域，掌握无线传感网络的特点、网络体系结构、关键技术。 教学重点：无线传感器网络体系结构。 教学难点：无线传感器网络的关键技术。 第一节无线传感器网络概述(了解) 1.无线传感器网络的概念： 无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。 2.无线传感器网络的发展历程： 第一阶段:最早可以追溯至越战时期使用的传统的传感器系统。当年美越双方在密林覆盖的“胡志明小道”进行了一场血腥较量，“胡志明小道”是胡志明部队向南方游击队输送物资的秘密通道，美军对其进行了狂轰滥炸，但效果不大。后来，美军投放了2万多个“热带树”传感器。“热带树”实际上是由震动和声响传感器组成的系统，它由飞机投放，落地后插入泥土中，只露出伪装成树枝的无线电天线，因而被称为“热带树”。只要对方车队经过，传感器探测出目标产生的震动和声响信息，自动发送到指挥中心，美机立即展开追杀，总共炸毁或炸坏4.6万辆卡车。 第二阶段:二十世纪80年代至90年代之间。主要是美军研制的分布式传感器网络系统、海军协同交战能力系统、远程战场传感器系统等。这种现代微型化的传感器具备感知能力、计算能力和通信能力。因此在1999年，商业周刊将传感器网络列为21世纪最具影响的21项技术之一。 第三阶段:21世纪开始至今，也就是9·11事件之后。这个阶段的传感器网络技术特点在于网络传输自组织、节点设计低功耗。除了应用于反恐活动以外，在其它领域更是获得了很好的应用，所以2002年美国国家重点实验室－－橡树岭实验室提出了“网络就是传感器”的论断。 3.无线传感器网络研究现状： （1）国外无线传感器网络的研究现状 1998年，美国国防部提出了“智能尘埃”的概念，最先开始无线传感器网络技术的研究，目的是为监控敌方的活动情况而不被察觉。2001年，美国陆军提出“灵巧传感器网络通信”计划，将无人值守式弹药、传感器和未来战斗系统

zigbee协议栈源码

竭诚为您提供优质文档/双击可除 zigbee协议栈源码 篇一：zigbeez-stack协议栈构架 zstack基础 1、zstack协议栈构架 zigbee协议栈就是将各个层定义的协议都集合在一起，以函数的形式实现，并给用户提供一些应用层api,供用户调用。协议栈体系分层架构与协议栈代码文件夹对应表如下：整个协议栈的构架，如图所示 app：应用层目录，这是用户创建各种不同工程的区域，在这个目录中包含了应用层的内容和这个项目的主要内容，在协议栈里面一般是以操作系统的任务实现的。 hal：硬件层目录，包含有与硬件相关的配置和驱动及操作函数。 mac：mac层目录，包含了mac层的参数配置文件及其mac的lib库的函数接口文件。 mt：监控调试层，主要用于调试目的，即实现通过串口调试各层，与各层进行直接交互。nwk：网络层目录，含网络层配置参数文件及网络层库的函数接口文件，aps层库的

函数接口。 osal：协议栈的操作系统。 profile：aF层目录，包含aF层处理函数文件。 security：安全层目录，安全层处理函数接口文件，比如加密函数等。 services：地址处理函数目录，包括着地址模式的定义及地址处理函数。 tools：工程配置目录，包括空间划分及zstack相关配置信息。 zdo：zdo目录。 zmac：mac层目录，包括mac层参数配置及mac层lib 库函数回调处理函数。zmain：主函数目录，包括入口函数main（）及硬件配置文件。 output：输出文件目录，这个ew8051ide自动生成的。 2、zigbee20xx协议栈源码库结构分析 了解了zigbee20xx协议栈整个构架后，再来看看协议栈源码库结构是什么样的，各层的具体文件是什么，建立不同的项目、添加自己的应用层任务及处理函数需要修改什么文件。zigbee20xx协议栈zstack-1.4.2文件目录及说明如下： 打开smapleapp项目工程 先看app层：

Zigbee协议栈中文说明免费

Zigbee协议栈中文说明 1.概述 1.1解析ZigBee堆栈架构 ZigBee堆栈是在IEEE 802.15.4标准基础上建立的，定义了协议的MAC和PHY层。ZigBee设备应该包括IEEE802.15.4(该标准定义了RF射频以及与相邻设备之间的通信)的PHY和MAC层，以及ZigBee堆栈层：网络层(NWK)、应用层和安全服务提供层。图1-1给出了这些组件的概况。 1.1.1ZigBee堆栈层 每个ZigBee设备都与一个特定模板有关，可能是公共模板或私有模板。这些模板定义了设备的应用环境、设备类型以及用于设备间通信的簇。公共模板可以确保不同供应商的设备在相同应用领域中的互操作性。 设备是由模板定义的，并以应用对象(Application Objects)的形式实现(见图1-1)。每个应用对象通过一个端点连接到ZigBee堆栈的余下部分，它们都是器件中可寻址的组件。 图1-1 zigbe堆栈框架 从应用角度看，通信的本质就是端点到端点的连接(例如，一个带开关组件的设备与带一个或多个灯组件的远端设备进行通信，目的是将这些灯点亮)。 端点之间的通信是通过称之为簇的数据结构实现的。这些簇是应用对象之间共享信息所需的全部属性的容器，在特殊应用中使用的簇在模板中有定义。图1-1-2就是设备及其接口的一个例子：

图1-1-2 每个接口都能接收(用于输入)或发送(用于输出)簇格式的数据。一共有二个特殊的端点，即端点0和端点255。端点0用于整个ZigBee设备的配置和管理。应用程序可以通过端点0与ZigBee 堆栈的其它层通信，从而实现对这些层的初始化和配置。附属在端点0的对象被称为ZigBee 设备对象 (ZD0)。端点255用于向所有端点的广播。端点241到254是保留端点。 所有端点都使用应用支持子层(APS)提供的服务。APS通过网络层和安全服务提供层与端点相接，并为数据传送、安全和绑定提供服务，因此能够适配不同但兼容的设备，比如带灯的开关。APS使用网络层(NWK)提供的服务。NWK负责设备到设备的通信，并负责网络中设备初始化所包含的活动、消息路由和网络发现。应用层可以通过ZigBee设备对象(ZD0)对网络层参数进行配置和访问。 1.1.2 80 2.15.4 MAC层 IEEE 802.15.4标准为低速率无线个人域网(LR-WPAN)定义了OSI模型开始的两层。PHY层定义了无线射频应该具备的特征，它支持二种不同的射频信号，分别位于2450MHz波段和868/915MHz 波段。2450MHz波段射频可以提供250kbps的数据速率和16个不同的信道。868 /915MHz波段中，868MHz支持1个数据速率为20kbps的信道，915MHz支持10个数据速率为40kbps的信道。MAC层负责相邻设备间的单跳数据通信。它负责建立与网络的同步，支持关联和去关联以及MAC 层安全：它能提供二个设备之间的可靠链接。 1.1.3 关于服务接入点 ZigBee堆栈的不同层与802.15.4 MAC通过服务接入点(SAP)进行通信。SAP是某一特定层提供的服务与上层之间的接口。 ZigBee堆栈的大多数层有两个接口：数据实体接口和管理实体接口。数据实体接口的目标是向上层提供所需的常规数据服务。管理实体接口的目标是向上层提供访问内部层参数、配置和管理数据的机制。 1.1.4 ZigBee的安全性 安全机制由安全服务提供层提供。然而值得注意的是，系统的整体安全性是在模板级定义的，这意味着模板应该定义某一特定网络中应该实现何种类型的安全。 每一层(MAC、网络或应用层)都能被保护，为了降低存储要求，它们可以分享安全钥匙。SSP是通过ZD0进行初始化和配置的，要求实现高级加密标准(AES)。ZigBee规范定义了信任中心的用途。信任中心是在网络中分配安全钥匙的一种令人信任的设备。 1.1.5 ZigBee堆栈容量和ZigBee设备 根据ZigBee堆栈规定的所有功能和支持，我们很容易推测ZigBee堆栈实现需要用到设备中的大量存储器资源。不过ZigBee规范定义了三种类型的设备，每种都有自己的功能要求：ZigBee

基于Zigbee的无线传感器网络与IP连接

2012第四次国际会议“计算智能，建模与仿真” 基于ZigBee的无线传感网络与IP连接Alaparthi Narmada Parvataneni Sudhakara Rao 欧洲经委会JNTU 欧洲经委会 技术科学Vignan研究所，技术科学Vignan研究所 Deshmukhi，Nalgonda DT，印度安得拉邦。Deshmukhi，Nalgonda DT，安得拉邦，印度 Email: a.narmada@https://www.wendangku.net/doc/3b9418479.html, Email: sparvata@https://www.wendangku.net/doc/3b9418479.html, 摘要 -无线传感器网络（WSN ）包括在远程位置的分布式传感器节点，用于测量在远程位置的传感器数据。无线传感器网络中的每个节点都包括一个无线微控制器接口与传感器。用户面临着独立工作和多样化的电子设备，如电视，掌上电脑，笔记本电脑等。必须要有中间软件来粘合这些异构设备。它还集成了无线传感器网络和IP ，以满足现实世界需求并且能够基于IP的无线传感器网络的电子设备来访问相同或不同网络的其他设备。 TCP / IP堆栈不适合被移植到无线传感器网络节点的内存。它占用更多的内存，并导致更多的开销的无线传感器网络。实现基于IP的无线传感器网络的技术有两种基本方法：基于网关的方法和虚拟网关的方法。一种新的基于无线微控制器的新的网络来集成IP和无线传感器网络被提了出来。硬件采用一个协调员，三台路由器和集成IP和无线传感器网络的一台手持设备。大会提出了新的寻址机制来建立虚拟IP和无线传感器网络地址作为这个集成的一部分。 关键词：无线传感器网络; PAN; PANM; IP I.引言

无线技术（如蓝牙，IEEE 802.11无线局域网和IEEE802.15.4无线传感器网络）的出现奠定了机器之间（M2M）通信的基础。在这一方面，一个设备能协同工作并服务人类的系统是必需的。具有多个输入输出单元，提供了一个连贯和环绕接口的虚拟设备具有许多优点，包括安全性[1]。设备可以共享资源如：处理能力，内存，数据，应用网络接入点和用户借口。 在家的设备将形成一个个人区域网（PAN），其中的设备可能会在网络中动态地出现和消失。这个需求可以通过使用一个能够在PAN内简历虚拟设备的PAN 中间件（PANM）来实现。它可以处理设备的动态存在或消失和设备类型的多样化。本文着重论述在PAN内介于网络层和应用层之间的应用互连。它隐藏了PAN内参与的各个独立的设备，并提出应用程序在设备上运行的与在单独计算机上一样的能力。中间件包含一些智能化功能，同时，它有助于用户控制PAN，提高了人机交互（HCI）。 II.Z IGBEE 技术 为了实现这一引人注目的理念，并让设备到设备的协作，通信和网络必须建立。传统的PAN一直被认为实现了蓝牙技术。使用ZigBee的基于IP的PAN的建立是一个自下而上的网络方式，这是一个明智的一步进程。在“PAN外围（ZigBee 设备）'必须建立链路层连接到邻近的设备。当链路已建立连接，该设备可能会继续配置IP网络层并将它的地位提升到“ZigBee PAN主机”。当IP连接[3]建立后，设备可能会继续配置IP网络层来参与网络运营和管理，其中包括作为'zigbee PAN - 路由器‘的[4]PAN路由协议。该网络建立过程开始于两个设备发现对方，洽谈，互相配对，并在设备发现和连接建立阶段形成初始PAN网络。这有两个方面的考虑：1，形成家庭网络和人机界面；2，利用IP连接到外部世界。 IEEE 802.15.4协议被采纳为低速率无线局域网的个人区域网络（LR-WPAN）的一个通信标准[2]。ZigBee是一种无线网络标准，其目的是遥控和传感器的应用，它适用于在恶劣的无线环境和在隔离的位置。它建立在标准IEEE802.15.4，其中定义了物理层和MAC层。Zigbee的还定义了应用程序和安全[1]层规范实现来自不同厂商的产品之间的互操作性。图1显示了Zigbee协议作为一个超集的IEEE 802.15.4的。

Zigbee无线传感器网络英文文献

Ｚigbee Wｉreｌess Sensor Ｎetworｋin Eｎvironmｅntal Monｉ ｔoｒｉng Applicaｔions I.?ZIGBEＥTECHNOLＯGＹ Ｚigbeｅis a wiｒeless stanｄarｄbasｅd oｎIEEE8０2.15．４ｔｈaｔw ａs deveｌopeｄto ａｄdｒeｓs the unique nｅeds of most wiｒeｌess seｎｓｉｎg ａｎｄcｏntrol aｐplｉcationｓ. Tｅｃｈｎoｌｏｇy iｓlow cost, ｌow power，a ｌｏｗdａtａｒatｅ，highly rｅliable，ｈighly secure ｗireleｓs net ｗoｒkiｎg protｏcol tａrgeｔed towａrｄsａｕｔomａｔiｏn ａnd ｒｅmote con ｔｒol apｐlicatiｏns.It’s ｄepictｓｔwo keｙpｅrｆormance chaｒａｃterisｔicｓ–wirelｅｓs radio rａnｇe and ｄata trａnｓmissiｏｎｒatｅｏｆthｅｗｉrelesｓspeｃtrum.Cｏmpaｒｉnｇto otheｒwｉｒeless neｔwｏrking prｏｔｏco ｌｓｓuch as Bluｅtoｏth, Wi-Fi, UWB andｓoｏｎ, shoｗｓｅｘcｅｌlent ｔranｓmissioｎabilityｉｎlｏweｒｔransmissｉoｎraｔe and higｈｌy capacity of nｅｔwork. A. ZｉgｂeｅFramework Ｆrameworｋis ｍade up of a set oｆbｌocｋs called ｌayeｒs.Ｅach layｅｒpｅrforｍｓa specifｉc set oｆservices for the layer abovｅ.Ａs shｏｗｎin Fｉg.1. Ｔｈe IEＥE 8０2.15.４ｓｔandarｄdefinｅs thｅtwo loｗｅr ｌayers: ｔｈｅｐhysiｃaｌ（PHY)ｌaｙer aｎd thｅmediumａｃｃeｓs ｃoｎtｒｏｌ(MAC)lａｙer. Ｔhe Alｌiａncｅbｕiｌds ｏn this foundation by pｒoviding the ｎｅtｗork ａnd seｃurity ｌaｙｅr and the framework for the ａpｐliｃａtion layeｒ. Fig.1 Fraｍewｏrk The IEＥE 802．1５.4ｈａs two PHY lａyerｓthat ｏperate ｉn tｗo separate ｆrequenｃy ranges: 8６８／９15ＭHz and ２.4ＧHz. Mｏreoveｒ，ＭAC suｂ－layｅr c

ZigBee测试与协议分析

无线通信在嵌入式系统中的应用讲座(28) ZigBee 测试与协议分析 1.1 前言 ZigBee 协议栈包括物理层协议[IEEE802.15.4]和上层软件协议[ZigBee 2007（以及其他的ZigBee 网络协议）]，本文将从这两方面来了解这些协议，通过介绍如何捕获，如何理解关键参数，使得我们得以深层次剖析ZigBee 技术，有了这些本质性的认识，对于分析解决无线产品应用问题，会有很大的帮助。 1.2 物理层分析 ZigBee 的物理层为IEEE802.15.4标准所规定，定义了ZigBee 底层的调制编码方式，这些规约大多是芯片设计者需要关心的，对于应用开发来说，我们更关心的是衡量一个芯片一个射频系统好坏的一个参数，在过去的文章中，我们了解过了输出功率，接收灵敏度和链路预算等参数，这一次我们更深入的去了解一个调制质量的参数：EVM 。 EVM 指的是误差向量（包括幅度和相位的失量），表征在一个给定时刻理想无误差基准信号与实际发射信号的向量差，如图 1所示，从EVM 参数中，我们可以了解到一个输出信号的： ? 幅度误差； ? 相位误差。 图 1 矢量误差EVM 示意图 EVM 是衡量一个RF 系统总体调制质量指标，定义为信号星座图上测量信号与理想信号之间的误差，它用来表示发射器的调制精度，调制解调器、PA 、混频器、收发器等对它都会有影响。

图 2 EVM数据和眼图 了解完这个参数之后，我们看看实际测试中，是如何获取EVM参数的。 ZigBee物理层的测试，在产品研发、生产和维护阶段，分别使用以下三种仪器测试：1.产品研发阶段 要测量EVM参数，需要使用带协议解析的频谱仪，最好是自带相应协议插件的仪器i，可以使用安捷伦PXA N9030A频谱分析仪+8960B插件[选配了ZigBee分析插件]。这些仪器可以测试出ZigBee调制信号的星座图，实时数据和眼图等信息，在芯片级开发过程中，需要考量高频电容电感以及滤波器等的单个及组合性能，特别需要注意的是ZigBee信号的临道抑制参数，利用PXA N9030A的高分辨率，可以查看点频的带外信号，这些细节在更换射频器件供应商时，需要仔细测量，一般数字电路抄板比较容易，因为器件性能的影响不是很大，只要值和封装对了就可以，但是射频前端的设计上，即使原样的封装、容值和感值，供应商不一样，射频参数也是不一样的，板材的选用也极大的影响着阻抗匹配，因此复制和再开发都有较大难度。合格的测试工具，加上有质量保证的射频器件供应商资源，方能真正具备RF设计能力。 图 3 安捷伦PXA N9030A 2.批量生产阶段 在批量生产中，不可能将实验室的研发测试仪器搬到工厂，因此，需要便携小巧的测试设备，这时可用罗德与斯瓦茨公司的热功率探头，如NRP-Z22，做一个2.4Ghz的输出功率测试，保证能够输出公差允许的功率信号即可，因为在生产中，射频器件的焊接不良、馈线连接头的接触不良，都会造成输出功率的下降甚至消失。需要注意的是，探头非常容易被静电损坏，必须要带上防静电手套进行操作，返修过程如需要经过德国，则时间长，经费也不便宜，不是很严重的损坏倒是可以在深圳维修中心处理。