基于Zigbee无线技术的家用电器自动控制的研究

基于Zigbee无线技术的家用电器自动控制的研究

摘要：随着时代的发展，人们对于日常生活的智能化要求越来越迫切。随着上世纪80年代美国康乃迪克州哈特佛市的第一栋智能建筑稍微的诞生，全世界掀起了智能家居的建设热潮。当今时代可以说是信息时代，当今时代最重要的特点就是信息的数字化、网络化。互联网的飞速发展，互联网骨干网的带宽每半年的发展速度倍增。宽带接入网络的日益普及，信息高速公路的最后一个问题已经得到解决。目前智能家电正在不断普及，大多数智能家电都有自动控制部件，即所有的信息已经数字化，这为家电的网络化打下了技术基础。

关键词：嵌入式ARM；Zigbee；家电控制

1 研究现状和发展趋势

1.1 国外发展状况

在欧洲，数字家庭网络的核心主要是指建设的多媒体家庭平台，它的核心是电视网络，利用机顶盒对卫星广播和有线信号的接收和发送，实现完整的电子商务，银行的交互式操作转让等服务。美国数字家庭网络主要是在运营商带动的情况下提供智能信息服务。英国电信利用家庭网关技术控制数字家庭网络，家庭网关技术可以为用户提供有线，无线上

网，调制解调器，防火墙，家长控制等服务。

1.2 国内发展状况

我们的家庭网络处于起步阶段，随着家庭网络产品和产业的成熟，在国内的发展家庭网络系统显示以下特点：（1）市场潜力。因为房地产是热点，因为其下游产业的一部分，家庭网络市场前景非常乐观。（2）市场竞争的无序阶段。家庭网络行业正处于导入期，没有统一的标准，大多数产品都是相似的。（3）市场是一个需要逐步培育和引导阶段。大规模的价格战，广告战，服务战还没有爆发，比较分散，市场认知和接受，市场占有率不高。与服务供应商争先恐后的产品相比，智能家居产品到用户终端的步伐有点慢。（4）为面向家庭网络市场的巨大需求，市场区域存在不均衡的状态。

1.3 智能家庭的问题与发展趋势

智能家居的发展面临着以下四个主要方面的问题：（1）产品成本：目前的高价位的智能家居市场。（2）系统功能。复杂的操作系统，产品性能缺乏稳定性和可靠性。（3）标准协议：设备厂商的接口标准和协议有很大的不同，使他们生产的家庭设备不能与智能家居系统兼容更好。（4）售后服务：中国的智能家居厂家配套还不成熟，未能形成售后服务匹配系统，当出现问题时，该产品销售和维修是不能够满足用户的需要。

未来的智能家居管理终端将基于嵌入式Linux，Android

和Windows系统操作平台，通过触摸屏接口，实现家电、窗帘、安防等家居环境控制。通过智能手机或平板电脑上安装智能家居客户端软件，用户可实现家居环境远程控制。

2 系统总体设计

2.1 智能家居的功能

智能化家电控制就是通过自动化的家居智能管理系统

来控制所有家电。家电智能控制系统由安全控制系统、智能控制系统、网络通信系统三方面组成。

智能家居基本控制功能及实现方式：（1）遥控功能。所有家电设备的开关可以由一个智能遥控器来控制，这个遥控器可以是手机、电脑等移动通信设备。（2）感应延时开关。在厨房、卫生间设置感应延时开关，有人在时感应灯通过感应开启，无人在时感应灯通过感应熄灭。（3）网络开关的网络功能。一个开关可以控制整个网络，整个网络可以控制任意电路。其控制对象可以设置和轻松更改全开全关、场景设置、复杂的多交换机网络操作功能。

2.2 Zigbee无线通信技术

无线技术逐渐取代有线技术，科学技术是未来的发展趋势。有短距离无线IEEE802.11，蓝牙，WIFI等一般成熟的技术领域，虽然他们有自己的优势，但功耗高，较差的自组网能力。2004年ZigBee联盟引入ZigBee技术，其主要基于IEEE802.15.4 PHY和MAC层，它具有成本低、功耗低、自组

网的优点，并具有其他协议不具备的自愈能力。

IEEE802.15.4 定义了星型拓扑与对等拓扑两种拓扑结构。

ZigBee的主要技术特点如下：（1）通信速率低、协议简单：ZigBee是使用星形和网状网络的数据传输设备，具有

20-250kbps的传输速率。（2）功耗低：由于设备占空比短，和ZigBee采用了多种节能模式，它的功耗是非常低的。两节AA电池可支持长达半年至2年的使用，这是ZigBee很明显

的优势。（3）成本低廉、工作频段灵活：免版税的ZigBee协议、简单的协议、低数据率及小的存储空间，大大降低的ZigBee的成本。（4）网络容量大：一个ZigBee网络最多可容纳65535个从设备和一个主设备。（5）ZigBee网络的自组织、自愈能力强：形成无需人工干预ZigBee网络，设备节点可以知道，通过信息交换等设备节点的存在，然后他们能确定它们之间的关系；自愈ZigBee网络设备节点位置进行更改以删除或附加设备节点，可以自动恢复网络，无需人工干预，以确保系统的可靠性。

2.3 智能家居系统的总体架构

由于智能家居系统的复杂性，所以将智能家居系统分为多个子系统。本论文主要研究的子系统有智能家居控制主机、智能照明控制系统、家居安防系统、智能电器控制系统、家居环境控制系统。通过对智能家居系统组网方法的学习，我们了解到智能家居系统是由一个结构非常复杂的异构网络

组成的。它是由一个智能家居控制主机通过若干个转接设备接入多个不同的子系统来实现的。家居环境控制系统、智能照明控制系统和智能电器控制系统的组合可以实现家居控

制的功能。家居安防系统通过可视对讲模块、视频监控模块和防盗报警模块三个子系统结合来实现家居安防的功能。电阻式触摸显示屏使智能家居系统可以实现本地控制的功能。借助智能手机和个人计算机实现智能家居系统远程控制的

功能。

2.4 智能家居管理终端的研究

2.4.1 智能家居管理终端的总体功能。前面提到的智能

家居控制主机又称为智能家居集中控制器，是指封装好的有智能家居系统控制功能的控制器硬件和软件，具备有相应外围接口。控制主机通常包括各种形式的控制器终端产品，通过直接连接或者协议转换间接控制方式，实现智能电器控制、家居环境控制的功能。

2.4.2 智能家居管理终端的功能模块。根据前面对智能

家居系统的功能需求分析，我们主要来了解家居控制模块。

家居控制模块：家居控制模块的主要功能是通过各执行器实现对智能家电设备的控制和家居环境的设置。该模块包括三个子功能模块：智能照明控制模块、智能电器控制模块、家居环境控制模块。当有新的智能家电设备增加或者需要移除某家电设备时，用户通过智能家居管理终端提供的人机界

面即可实现加入或剔除相应的节点设备。用户可以远程查询各节点设备的工作状态，通过智能家居管理终端在家中或者远程控制家中的各种智能家电设备，根据需要选择合适的家居环境模式。将可控制的各种智能家电设备根据控制参数的类型分为：（1）开关量（所有智能家电设备）；（2）照度（灯光）；（3）温度（空调、热水器等）；（4）湿度（加湿器、干燥器等）；（5）音量（电视机、音响、影碟机等）；（6）频道（电视机、收音机等）；（7）定时时间（空调、灯光、电饭

锅等）；（8）家居环境模式（空调、灯光、电动窗帘、音响、影碟机等）。

采用的技术路线：采用ZigBee芯片作为各种智能家电设备的执行器，各种家电设备作为ZigBee网络的终端节点设备，每个家电设备都有唯一的目标短地址与其对应。智能家居管理终端控制器通过SPI口与ZigBee网络的协调器连接，采用自制定的ZigBee模块SPI口通信协议，实现智能家居管理终端对各种智能家电的控制和家居环境的设置。

3 结束语

基于ARM的智能家居管理终端是一个完整的嵌入式系

统开发项目，其目的是开发一个简单，功能强大，可扩展，易操作，低功耗，低成本的稳定，可靠性，智能家居管理终端。文章依次介绍了智能家居系统的需求分析，组网方案和建设的整体架构。

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

基于ZigBee技术的智能家居系统

一、智能家居的背景 从宏观上来讲，事物的每个发展阶段都是当时从业人员认识水平、技术水平、市场认知、原材料成本等几个原因共同作用的结果。每个阶段都会局限于当时的技术水平、市场接受程度等，都会有其无法突破的瓶颈和困难。即便智能家居系统在中国已发展20多年，且经过这么多年的发展，产品、技术已日趋成熟、稳定，但每项技术并不一定都完美无瑕。只要产品或技术处于高速发展中，它必然需要不断地去解决一些技术上或者产品上的问题。智能家居产品未来会还向节能环保，舒适度方面发展。比如冬暖夏凉型建筑，不用空调，由建筑自身的功能去调节温度。而智能家居必须结合这些建筑上的功能去发展，从这个方面来说，必然会推动智能家居的适应性发展。对与现阶段的智能家居来说，没有专用的对讲或智能家居数字处理芯片，无论是技术层面还是集成层面，都只是有所关联。如果能够很好的解决，未来数字对讲将会取得更好的应用。而随着中国城镇化趋势的加剧，大型小区会越来越多，人们对安保的重视程度也会日益加强，将来小区的多个安防子系统在技术上必然会走向综合化、集成化。除此之外，厂家需理性地为各类应用设计解决方案，校正一些过往的虚假概念。只有设计实用性强，性价比高，能适应拓展未来新技术的系统，才能更好地为用户服务。除此之外，各家产品的兼容性也是一个急需解决的问题。目前各厂家的产品均采用自家的协议，无法很好地做到兼容，而不同品牌的可视对讲和智能家居系统如何互连互通也将是今后需突破的难点 二、智能家居系统旨在实现的以下主要功能： (1)可以控制和相应的状态查询，如查询室内和室外的温度，可用于家用电器，如灯一键全开，一键全关，更方便。 (2)在光线方面我们可以依照家庭装修环境背景或者用户的其他层次的要对

ZigBee技术网络层的路由算法分析(1).

ZigBee技术网络层的路由算法分析(1) 摘要基于IEEE802.15.4标准的 ZigBee网络是一种具有强大组网能力的新型无线个域网，其中的路由算法是研发工作的重点。本文介绍了IEEE802.15.4标准及ZigBee规范的协议模型，重点研究了ZigBee协议网络层的路由算法，分析了Tree路由及Z-AODV路由算法，在此基础上提出了ZigBee网格型网络中基于数据特性的路由选择机制，该机制在网络性能和低功耗方面有明显的优势，并且可以平衡节点能量，最后简单介绍了ZigBee节点的硬件实现。 关键词 ZigBee协议；网络；IEEE802.15.4；路由算法；Tree路由；Z-AODV路由 1 概述 ZigBee技术是由英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦等公司在2002年10月共同提出设计研究开发的具有低成本、体积小、能量消耗小和传输速率低的无线通信技术。 2000年12月，IEEE 802 无线个域网（WPAN，Wireless Personal Area Network）小组成立，致力于WPAN无线传输协议的建立。2003年12月，IEEE正式发布了该技术物理层和MAC层所采用的标准协议，即IEEE 802.15.4协议标准，作为ZigBee技术的网络层和媒体接入层的标准协议。2004年12月，ZigBee联盟在IEEE 802.15.4 定义的物理层（PHY）和媒体接入层（MAC）的基础上定义了网络层和应用层，正式发布了基于IEEE 802.15.4的ZigBee标准协议。 2 网络层的研究 ZigBee技术的体系结构主要由物理层（PHY）、媒体接入层（MAC）、网络/安全层以及应用框架层组成，各层之间的分布如图1所示。 图1 ZigBee技术协议组成 PHY层的特征是启动和关闭无线收发器、能量检测、链路质量、信道选择、清除信道评估（CCA）以及通过物理媒体对数据包进行发送和接收。MAC 层可以实现信标管理、信道接入、时隙管理、发送确认帧、发送连接及断开连接请求，还为应用合适的安全机制提供一些方法。它包含具有时间同步信标的可选超帧结构，采用免碰撞的载波侦听多址访问（CSMA-CA）。安全层主要实现密钥管理、存取等功能。网络层主要用于ZigBee的LR-WPAN网的组网连接、数据管理等。应用框架层主要负责向用户提供简单的应用软件接口（API），包括应用子层支持APS（Application Sub-layer Support）、ZigBee设备对象ZDO （ZigBee Device Object）等，实现应用层对设备的管理，为ZigBee技术的实际应用提供一些应用框架模型等，以便对ZigBee技术的开发应用。 网络层的定义包括网络拓扑、网络建立、网络维护、路由及路由的维护。

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

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路由算法研究

毕业设计（论文） 题目：zig bee路由算法研究（zigbee R outing algorithm research） 姓名：王龙龙 学号：0904010117 指导教师：郝毫毫（副教授） 专业：测控技术与仪器 班级：测控01 所在学院：电气信息学院 年月

目录 摘要.....................................................................................................II Abstract................................................................................................ III 第一章绪论.......................................................................................... (1) 1.1 XXXX ............................................................................................. . (1) 1.2 XXXX ............................................................................................... .. x 第二章 XXXX .. (x) 2.1 XXXX .............................................................................................. (x) 2.2 XXXX .............................................................................................. (x) 2.3 XXXX .............................................................................................. (x) 第三章 XXXX............................................................................................. ..x 3.1 XXXX .............................................................................................. (x) 3.2 XXXX .............................................................................................. (x) 第四章 XXXX (x) 4.1 XXXX .............................................................................................. (x) 4.2 XXXX .............................................................................................. (x) 4.3 XXXX .............................................................................................. (x) 总结 (x) 致谢 (x) 参考文献 (x) 附录（可选项） (x) 说明：目录中的标题只列出2级标题（如1.1, 2.3等），不要出现3级及以上标题（如 2.1.2等）。章节不宜划分过细，目录内容不宜超过一页。

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

一文读懂zigbee技术的协议原理

一文读懂zigbee技术的协议原理 一.前言 从今天开始，我们要正式开始进行zigbee相关的通信实验了，我所使用的协议栈是ZStack 是TI ZStack-CC2530-2.3.0-1.4.0版本，大家也可以从TI的官网上直接下载TI公司为cc2530写的协议栈代码，毕竟，我们作为初学者，应该先不要去深究协议栈是怎么用代码编写的，毕竟zigbee已经相当成熟了，我们应该先学会使用zigbee协议栈进行通信，并能应用于实际项目中，比如说智能家具，不知道大家是不是有同感，所以下面我就先给大家介绍一下zigbee通信的原理以及体系架构。 二.ZStack 体系架构 ZStack 的体系结构由称为层的各模块组成。每一层为其上层提供特定的服务：即由数据服务实体提供数据传输服务；管理实体提供所有的其他管理服务。每个服务实体通过相应的服务接入点(SAP) 为其上层提供一个接口，每个服务接入点通过服务原语来完成所对应的功能。 ZStack 根据IEEE 802.15.4 和ZigBee 标准分为物理层，介质接入控制层，网络层，应用层。物理层提供了基础的服务，数据传输和接收，网络层提供了各个节点连入的服务，是zigbee网络通信的关键，应用层是我们关注的重点，提供了应用的框架和ZDO。大家如果想了解体系结构的具体内容，可以自己去看说明文档，下面我给大家介绍一下zigbee 工作原理。 ZStack 采用操作系统的思想来构建，采用事件轮循机制，而且有一个专门的Timer2 来负责定时。从CC2530 工作开始，Timer2 周而复始地计时，有采集、发送、接收、显示…等任务要执行时就执行。当各层初始化之后，系统进入低功耗模式，当事件发生时，唤醒系统，开始进入中断处理事件，结束后继续进入低功耗模式。如果同时有几个事件发生，判断优先级，逐次处理事件。这种软件构架可以极大地降级系统的功耗。 整个ZStack 的主要工作流程，如图所示，大致分为以下6 步：(1) 关闭所有中断；(2) 芯

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网络Cluster-Tree优化路由算法研究

ZigBee网络Cluster－Tree优化路由算法研究 引言无线通信和嵌入式微传感器技术的快速发展促进了无线传感器网络的崛起。ZigBee协议基于IEEE 802．15．4无线标准制定，包括应用层、网络层、安全层等，实现了网络的自组织和自维护的功能。在无线传感器网络中，节点的能量是有限的，如果节点在最后因为自身的能量消耗殆尽而死亡，将会对整个网络的传输性能造成很大影响。因此，在实际应用中，根据不同的网络情况来选择最符合应用需求的路由协议，让路由协议根据网络拓扑选择合适的路径，平均分布节点的传输能量，降低网络的功耗是网络层必须要考虑的任务。1 ZigBee 路由算法研究依据设备的能力，ZigBee网络中的设备可以分为全功能设备(Full Function Device，FFD)和半功能设备(Reduced Function Device，RFD)。FFD能转发其他设备的数据帧，RFD则不能。当FFD加入一个网络时，它可以作为协调器。协调器会周期性地广播数据帧，周围的RFD能够发现并加入网络，形成一个星型拓扑网络。在星型拓扑中，协调器负责控制整个网络，所有终端设备都直接与协调器通信，并且由它维护。ZigBee网络层还支持树型和网状网络。树型网络采用分级路由的策略在网络中传送数据和控制信息，而网状网络则可以进行点对点的通信。在树型网络中，根节点(协调器节点)和所有的内部节点(路由器节点)是FFD，而RFD只能作为叶子节点(终端节点)。当协调器或路由器加入网络时，它必须被分配唯一的网络地址。1．1 网络地址分配ZigBee协议规范使用一个分布式地址方案分配网络地址，它设计为给每个潜在父节点提供一个有限的网络地址子块。当一个设备成功加入网络后，其父节点给该节点自动分配一个唯一的网络地址。1．2 ZigBee路由算法网络层支持Cluster-Tree、AODVjr和Cluster-Tree+AODVjr算法(以下简称C+A算法)等多种路由算法，因此ZigBee网络的路由协议兼具树型网络和网状网络的特性。1．2．1 Cluster-Tree算法树路由机制是根据网络地址和节点间的父子关系来实现路由的。如果目的地址设备不是该路由器的子孙，则直接将数据帧转发给该路由器的父节点，其父节点将按照同样的步骤进行路由。1．2．2 AODVjr算法AODVjr是对AODV算法的一种简化改进，当源节点要寻找到达目的节点的路径时，先向其邻居节点组播RREQ分组。收到该分组的邻居节点若具备路由能力，则建立指向源节点的反向路由回复，同时继续向自己的邻居节点组播该RREQ分组。若不具备路由能力，则通过Cluster-Tree路由算法将该分组交由其子孙节点或父节点进行转发。当目的节点接收到此RREQ分组后，通过单播的方式向源节点回复RREP分组，同时，所有接收到此RREP分组的节点都将更新记录自己的邻居表，路由建立成功。实验证明，AODVjr算法在保持了AODV原始功能的基础上，控制开销比AODV算法更小，因此更节能。1．2．3 Cluster-Tree+AODVjr算法在此算法中，网络中的节点被分成了4类：Coordinator、RN+、RN-和RFD。其中RN+具有足够的存储空间和能力来进行AODVjr协议；而RN-则因存储空间受限，不能够进行AODVjr协议。Coordinator、RN+、RN-都具有路由功能，在通信时，如果目的节点不是邻居节点，RN+将会启动AODVjr，主动查找到达目地节点的最佳路径；RN-节点只能通过树路由算法来寻找下一跳的节点。仿真证明，采用Cluster-Tree和AODVjr相结合的路由协议在保证分组递交率的情况下，具有比单独使用其中一种路由协议更低的控制开销和平均时延。2 优化ZigBee路由算法2．1 ZigBee路由算法问题Cluster-Tree算法必须按照簇树型结构地址分配方式来寻址，路由效率低，并且源节点到目的节点的传输路径由于跳数过多，会影响网络时延。AODVjr算法在路由发现过程中，会产生分组大量泛洪问题。例如，当目的节点是源节点的子节点时，若采用AODVjr向邻居节点发送RREQ分组，则向其父节点以上的节点发送RREQ分组是多余的；若目的节点不是源节点的子节点，则采用AODVjr向其子节点方向发送RREQ分组是多余的。假设网络的最大深度是1，则数据帧可能被转发的最长路径是21，因此当跳数大于21时，就应停止对RREQ分组的继续广播，将其丢弃；假设从源节点到目的节点的最小跳数为M，当RREQ分组被转发的次数大于M时，再继续转发是多余的。

基于ZigBee技术的无线考勤系统设计毕业设计

基于ZigBee技术的无线考勤系统设计 作者姓名：郭帅指导老师：金中朝 摘要：系统基于ZigBee个域网协议和嵌入式系统，使刷卡设备和考勤统计系统分离，具有组网方便，安装拆卸简单，扩容性好，无需布线等特点，可以减少因线路故障带来的损失和不便，提高了系统的稳定性和可靠性。并完成了ZigBee网络的搭建与优化，嵌入式数据库Sqlite的移植以及嵌入式QT的开发等。 关键字：ZigBee, 射频卡考勤，嵌入式网关 1 绪论 随着信息化时代的到来，我们生活的各方面都和信息化息息相关。社会的管理和资金的流通也已经进入信息化的革命。非接触IC卡“一卡通”便是信息化革命的产物之一。本系统设计的目的是为了实现考勤数据采集、数据统计和信息查询过程的无线化和自动化。方便用户对考勤数据的保存和导出。ZigBee是进入21世纪后来出现的一种新型无线通信技术，该协议具有近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的特点，在智能家居、智能楼宇自动化、工业智能监等控领域具有非常宽广的市场空间。随着多家芯片制造商推出支持ZigBee协议的片上系统解决方案，越来越多的无线控制系统采用ZigBee技术。 系统基于ZigBee个域网协议和嵌入式系统，使刷卡设备和考勤统计系统分离，与目前广泛使用的有线考勤系统相比，具有组网方便，安装拆卸简单，扩容性好，无需布线等特点，可以减少因线路故障带来的损失和不便，提高了系统的稳定性和可靠性。 本文首先介绍了系统的总体拓扑结构，然后详细阐述了刷卡设备和网关设备的硬件设计和软件开发过程，其中包括刷卡驱动电路设计，ZigBee协议栈应用程序设计，QT应用软件设计，Sqlite数据库移植方法等。

ZigBee路由算法分析培训资料

Z i g B e e路由算法分析

摘要基于IEEE802.15.4标准的ZigBee网络是一种具有强大组网能力的新型无线个域网，其中的路由算法是研发工作的重点。本文介绍了IEEE802.15.4标准及ZigBee规范的协议模型，重点研究了ZigBee协议网络层的路由算法，分析了Tree路由及Z-AODV路由算法，在此基础上提出了ZigBee网格型网络中基于数据特性的路由选择机制，该机制在网络性能和低功耗方面有明显的优势，并且可以平衡节点能量，最后简单介绍了ZigBee节点的硬件实现。 关键词 ZigBee协议；网络；IEEE802.15.4；路由算法；Tree路由；Z-AODV路由 1 概述 ZigBee技术是由英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦等公司在2002年10月共同提出设计研究开发的具有低成本、体积小、能量消耗小和传输速率低的无线通信技术。 2000年12月，IEEE 802 无线个域网（WPAN，Wireless Personal Area Network）小组成立，致力于WPAN无线传输协议的建立。2003年12月，IEEE正式发布了该技术物理层和MAC层所采用的标准协议，即IEEE 802.15.4协议标准，作为ZigBee技术的网络层和媒体接入层的标准协议。2004年12月，ZigBee联盟在IEEE 802.15.4 定义的物理层（PHY）和媒体接入层（MAC）的基础上定义了网络层和应用层，正式发布了基于IEEE 802.15.4的ZigBee标准协议。 2 网络层的研究

ZigBee技术的体系结构主要由物理层（PHY）、媒体接入层（MAC）、网络/安全层以及应用框架层组成，各层之间的分布如图1所示。 图1 ZigBee技术协议组成 PHY层的特征是启动和关闭无线收发器、能量检测、链路质量、信道选择、清除信道评估（CCA）以及通过物理媒体对数据包进行发送和接收。MAC层可以实现信标管理、信道接入、时隙管理、发送确认帧、发送连接及断开连接请求，还为应用合适的安全机制提供一些方法。它包含具有时间同步信标的可选超帧结构，采用免碰撞的载波侦听多址访问（CSMA-CA）。安全层主要实现密钥管理、存取等功能。网络层主要用于ZigBee的LR-WPAN网的组网连接、数据管理等。应用框架层主要负责向用户提供简单的应用软件接口（API），包括应用子层支持APS（Application Sub-layer Support）、ZigBee设备对象ZDO （ZigBee Device Object）等，实现应用层对设备的管理，为ZigBee技术的实际应用提供一些应用框架模型等，以便对ZigBee技术的开发应用。 网络层的定义包括网络拓扑、网络建立、网络维护、路由及路由的维护。 2.1 ZigBee的网络拓扑结构 ZigBee定义了三种拓扑结构：星型拓扑结构（Star），主要为一个节点与多个节点的简单通信设计；树型拓扑结构（Tree），使用分等级的树型路

ZigBee路由算法分析

摘要基于IEEE802.15.4标准的ZigBee网络是一种具有强大组网能力的新型无线个域网，其中的路由算法是研发工作的重点。本文介绍了IEEE802.15.4标准及ZigBee规范的协议模型，重点研究了ZigBee协议网络层的路由算法，分析了Tree路由及Z-AODV路由算法，在此基础上提出了ZigBee网格型网络中基于数据特性的路由选择机制，该机制在网络性能和低功耗方面有明显的优势，并且可以平衡节点能量，最后简单介绍了ZigBee节点的硬件实现。 关键词 ZigBee协议；网络；IEEE802.15.4；路由算法；Tree路由；Z-AODV 路由 1 概述 ZigBee技术是由英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦等公司在2002年10月共同提出设计研究开发的具有低成本、体积小、能量消耗小和传输速率低的无线通信技术。 2000年12月，IEEE 802 无线个域网（WPAN，Wireless Personal Area Network）小组成立，致力于WPAN无线传输协议的建立。2003年12月，IEEE 正式发布了该技术物理层和MAC层所采用的标准协议，即IEEE 802.15.4协议标准，作为ZigBee技术的网络层和媒体接入层的标准协议。2004年12月，ZigBee 联盟在IEEE 802.15.4 定义的物理层（PHY）和媒体接入层（MAC）的基础上定义了网络层和应用层，正式发布了基于IEEE 802.15.4的ZigBee标准协议。 2 网络层的研究 ZigBee技术的体系结构主要由物理层（PHY）、媒体接入层（MAC）、网络/安全层以及应用框架层组成，各层之间的分布如图1所示。 图1 ZigBee技术协议组成 PHY层的特征是启动和关闭无线收发器、能量检测、链路质量、信道选择、清除信道评估（CCA）以及通过物理媒体对数据包进行发送和接收。MAC层可以实现信标管理、信道接入、时隙管理、发送确认帧、发送连接及断开连接请求，还为应用合适的安全机制提供一些方法。它包含具有时间同步信标的可选超帧结构，采用免碰撞的载波侦听多址访问（CSMA-CA）。安全层主要实现密钥管理、存取等功能。网络层主要用于ZigBee的LR-WPAN网的组网连接、数据管理等。应用框架层主要负责向用户提供简单的应用软件接口（API），包括应用子层支持APS（Application Sub-layer Support）、ZigBee设备对象ZDO（ZigBee Device Object）等，实现应用层对设备的管理，为ZigBee技术的实际应用提供一些应用框架模型等，以便对ZigBee技术的开发应用。

Zigbee技术的智能照明系统

聊城大学汽车与交通项目学院大学生科技创新基金管理办法 第一章总则 第一条为提高大学生科学文化素质,培养大学生地创新精神、创业精神、团队合作精神和实践动手能力,鼓励和支持大学生尽早地参与科学研究、技术开发和社会实践等创新活动,特设立汽车与交通项目学院大学生科技创新基金<简称大学生创新基金）. 第二条大学生创新基金地主要来源： 1. 学院划拨专项经费. 2. 政府机关、社会团体、企事业单位、个人等捐赠或资助地经费. 第三条设立大学生创新基金遵循地原则是：“理实结合、鼓励创新、突出重点、注重实效”；资助项目遵循地程序是：“自由申请、公平立项、择优资助、规范管理”. 第二章资助范围 第四条大学生创新基金重点资助学术思想新颖、目地意义明确、立论根据充足、具有创新性和探索性、研究方案合理、技术路线可行、实施条件具备地项目.具体资助范围为： 1. 小发明、小创作、小设计等项目； 2. 开放实验室或实习基地中地综合性、设计性、应用性、创新性实验项目； 3. 有关教师科研课题中地子项目； 4. 专业性研究及创新研究项目； 5. 其他有价值地研究与实践项目. 学生可同时申报聊城大学大学生科技文化创新基金,对未获校级立项地有价值申报项目,学院进行院级评审立项,用院级基金予以资助；获准校级立项地项目,学院进行适当匹配资助. 第三章申报条件 第五条凡我院二年级以上全日制本专科学生均可申请资助.要求申请者必须品学兼优、学有余力,有较强地独立思考能力和创新意识,对科学研究、科技活动或社会实践有浓厚地兴趣和坚强地毅力. 第六条申请者应以项目小组地形式进行立项申请,申请立项地项目小组须有教师参与指导.一个学生只能参加一个项目小组,一位指导教师最多指导2组学生.指导教师一般应由具有硕士以上学位或讲师以上职称地教师担任. 第七条按时完成项目地人员或研究小组成员在项目完成后可以再次申请,但未完成项

ZigBee路由算法分析

摘要基于标准的ZigBee网络是一种具有强大组网能力的新型无线个域网，其中的路由算法是研发工作的重点。本文介绍了标准及ZigBee规范的协议模型，重点研究了ZigBee协议网络层的路由算法，分析了Tree路由及Z-AODV路由算法，在此基础上提出了ZigBee网格型网络中基于数据特性的路由选择机制，该机制在网络性能和低功耗方面有明显的优势，并且可以平衡节点能量，最后简单介绍了ZigBee节点的硬件实现。 关键词ZigBee协议；网络；；路由算法；Tree路由；Z-AODV路由 1 概述 ZigBee技术是由英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦等公司在2002年10月共同提出设计研究开发的具有低成本、体积小、能量消耗小和传输速率低的无线通信技术。 2000年12月，IEEE 802 无线个域网（WPAN，Wireless Personal Area Network）小组成立，致力于WPAN无线传输协议的建立。2003年12月，IEEE正式发布了该技术物理层和MAC层所采用的标准协议，即IEEE 协议标准，作为ZigBee技术的网络层和媒体接入层的标准协议。2004年12月，ZigBee联盟在IEEE 定义的物理层（PHY）和媒体接入层（MAC）的基础上定义了网络层和应用层，正式发布了基于IEEE 的ZigBee标准协议。 2 网络层的研究 ZigBee技术的体系结构主要由物理层（PHY）、媒体接入层（MAC）、网络/安全层以及应用框架层组成，各层之间的分布如图1所示。

图1 ZigBee技术协议组成 PHY层的特征是启动和关闭无线收发器、能量检测、链路质量、信道选择、清除信道评估（CCA）以及通过物理媒体对数据包进行发送和接收。MAC层可以实现信标管理、信道接入、时隙管理、发送确认帧、发送连接及断开连接请求，还为应用合适的安全机制提供一些方法。它包含具有时间同步信标的可选超帧结构，采用免碰撞的载波侦听多址访问（CSMA-CA）。安全层主要实现密钥管理、存取等功能。网络层主要用于ZigBee的LR-WPAN网的组网连接、数据管理等。应用框架层主要负责向用户提供简单的应用软件接口（API），包括应用子层支持APS（Application Sub-layer Support）、ZigBee设备对象ZDO（ZigBee Device Object）等，实现应用层对设备的管理，为ZigBee技术的实际应用提供一些应用框架模型等，以便对ZigBee技术的开发应用。 网络层的定义包括网络拓扑、网络建立、网络维护、路由及路由的维护。ZigBee的网络拓扑结构 ZigBee定义了三种拓扑结构：星型拓扑结构（Star），主要为一个节点与多个节点的简单通信设计；树型拓扑结构（Tree），使用分等级的树型路由机制；网格型拓扑结构（Mesh），将Z-AODV和分等级的树型（Tree）路由相结合的混合路由方法。三种拓扑结构如图2 所示。

ZigBee定位解决方案与技术原理

ZigBee定位解决方案 什么是Zigbee 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短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称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、低成本。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的起源 Zigbee, 在中国被译为"紫蜂",它与蓝牙相类似.是一种新兴的短距离无线技术. 用于传感控制应用(sensor and control). 此想法在IEEE 802.15工作组中提出,于是成立了TG4工作组,并制定规范IEEE 802.15.4. 2002年,zigbee Alliance成立. 2004年,zigbee V1.0诞生.它是zigbee的第一个规范.但由于推出仓促,存在一些错误. 2006年,推出zigbee 2006,比较完善. 2007年底,zigbee PRO推出 zigbee的底层技术基于IEEE 802.15.4. 物理层和MAC层直接引用了IEEE 802.15.4 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须是高可靠的，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。另外，Zigb