Zigbee技术在物联网上的应用

Zigbee技术在物联网上的应用组员：邹剑，王一松Zigbee—controlyourworldZigbee技术在物联网上的应用1、zigbee技术的简介2、zigbee技术的应用领域3、

物联网的简介4、zigbee技术在物联网上的实现5、软件实现架构Zigbee—controlyourworldZigbee技术在物联网上的应用1.Zigbee的简介1.1zigbee的来源Zigbee—controlyourworldZigbee技术在物联网上的应用1.2IEEE802.15.4标准的提出

1、提出的原因：

近年来，由于无线接入技术的需求日益增大，无线通信和无线网络均呈现出指数增加的趋势。这有力的推动力无线通信向高速通信方向的发展。然而，工业、农业、车载电子系统、家用网络、医疗传感器和伺服执行机构等都是无线通信还未涉足或者刚刚涉足的领域。这些领域对数据吞吐量的要求很低，功率消耗也比现有标准提供的功率消耗低。此外，为了促使简单方便的、可以随意使用的无线装置大量涌现，需要在未来的个人活动空间内布置大量的无线接入点，因而低廉的价格将起到关键的作用。为了降低元器件的价格，以便于这些装置批量生产，有必要发展出一个标准的解决方案。这个标准要解决的问题是，设计一个维持最小流量的通信链路和低复杂度的无线收发信机；要考虑的核心问题是低功耗和低价格的设计。这就要求该标准应提供低带宽低数据传输速率的应用。2、IEEE802.15.4标准的优点A:低功耗B:低价格C:低数据传输率Zigbee—controlyourworldZigbee技术在物联网上的应用3、IEEE802.15.4标准制定小组的任务A：物理层(DSSS)：数据的调制发送和接收解调，介质选择，信道选择。B：MAC层(CSMA/CA)：产生网络信标，支持设备的安全性等。1.3zigbee网络协议的规范ZigBee是建立在IEEE802.15.4标准之上，由于IEEE802.15.4标准只定义了物理层协议和MAC层协议，于是成立了zigbee联盟，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。经过ZigBee联盟对IEEE802.15.4的改进，这才真正形成了ZigBee协议栈(Zstack)。Zigbee—controlyourworldZigbee技术在物联网上的应用Zigbee联盟Zigbee—controlyourworldZigbee技术在物联网上的应用2、zigbee技术的应用

一般而言，随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。相对于现有的各种无线通信技术，ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术。同时由于ZigBee技术的低数据传输速率和通信范围较小的特点，也就决定了ZigBee技术适合于承载数据流量较小的业务如家庭自动化、汽车自动化、农业自动化和医疗设备控制等。此外，IEEE802.15.4标准无线技术在给定信噪比下误码率是最低的，ZigBee很容易击败蓝牙、WiFi等无线技术。在可靠方面，很难找到什么技术能够超越ZigBee。ZigBee技术不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有着巨大的应用价值，未来在应用中还可以涉及人类日常生活和社会生产活动的所有领域。由于各方面的制约，ZigBee技术的大规模商业应用还有待时日，但已经显示出了非凡的应用价值，相信随着相关技术的发展和推进，一定会得到更广泛的应用。但是我们还清楚的认识到，基于ZigBee技术的无线网络才刚刚开始发展，它的技术、应用都谈不上很成熟，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—controlyourworldZigbee技术在物联网上的应用3、物联网的简介

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。物联网对促进互联网发展、带动人类的进步发挥着重要的作用，并将成为未来经济发展的新增点。目前，国外对物联网的研发、应用主要集中在美、欧、日、韩等少数国家。在中国，物联网日益受到重视，物联网产业被正式列为国家重点发展的五大战略性新兴产业之一。

物联网(TheInternetofthings)的概念是在1999年提出的，它的定义很简单：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。国际电信联盟2005年一份报告曾描绘“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。具体来说，物联网就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、工厂排放口、大气监测点、流域断面、水库浮台、生态监测点、大坝、供水系统、油气管道等人们日常工作、生活、娱乐、学习、活动的各种对象(物体)中，然后将它们与互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的融合。物联网颠覆了人类之前物理基础设施和IT基础设施截然分开的传统思维，使得政府管理、生产制造、社会管理以及人们的个人生活全面实现互联互通。Zigbee—controlyourworld

通过物联网，未来我们可以将世界上所有的物品都连接起来，并对远程物体加以识别与管理，从而对经济社会发展产生重大影响。物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理和个人健康等多个领域。根据2008年3月欧洲智能系统集成技术平台（EPOSS）在《InternetofThingsin2020》报告中分析预测，未来物联网的发展将经历四个阶段，2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，2010-2015年物体互联，2015-2020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。据美国权威咨询机构Forrester预测，到2020年，物物互联业务将是现有人人互联业务的30倍，成为一个极具吸引力的万亿级信息产业。在“物联网”普及以后，用于动物、植物、机器和物品的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量，“物联网”将会发展成为一个上万亿元规模的高科技市场。物联网正在引发新一轮的生活方式变革，而且已经成为一个发展迅速、规模巨大的市场，被视为通信产业的巨大蓝海。Zigbee技术在物联网上的应用Zigbee—controlyourworld2008年11月，美国IBM公司

对外公布了“智慧地球

”战略，其中提到，在信息文明下一个发展阶段，人类将实现智能基础设施与物理基础设施的全面融合，实现IT与各行各业的深度融合，从而以科学和智慧的方式对社会系统和自然系统实施管理。2008年12月，奥巴马向IBM咨询了智慧地球的有关细节，并共同就投资智能基础设施对于经济的促进效果进行了研究。2009年1月7日，IBM与美国智库机构信息技术与创新基金会（ITIF）共同向奥巴马政府提交了文件，提出对信息通信技术的投资，2009年2月17日奥巴马签署生效的《恢复和再投资法案》（即美国的经济刺激计划），批准推进“智慧地球”中两个领域的发展—智慧的电网和智慧的医疗，前者批准投资为110亿美元，后者为190亿美元。“智慧地球”得到美国各界的高度关注，并上升至美国的国家战略，由此引发了世界各国对物联网的追捧。国外物联网的进展：Zigbee技术在物联网上的应用Zigbee—controlyourworld2009年6月10日，中国科学院发布的“创新2050：科学技术与中国的未来，中国至2050年信息科技发展路线图”描述了物联网的发展路线图。

2009年8月7日，国务院总理温家宝到无锡微纳传感网工程技术研发中心视察并发表重要讲话，指出“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”；“在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展”；“尽快建立中国的传感信息中心”。

为推进我国物联网相关标准的制定工作，2009年9月11日，经国家标准化管理委员会批准，全国信息技术标准化技术委员会组建了“物联网”标准工作组。2010年3月5日，温家宝总理在作政府工作报告时指出，要“大力发展新能源、新材料、节能环保、生物医药、信息网络和高端制造产业。积极推进新能源汽车、‘三网’融合取得实质性进展，加快物联网的研发应用。加大对战略性新兴产业的投入和政策支持。”2010年6月8日，中国物联网标准联合工作组在北京成立，以推进物联网技术的研究和标准的制定。国内物联网的进展：Zigbee技术在物联网上的应用Zigbee—controlyourworld4、zigbee技术在物联网上的实现搭物联网顺风车，ZigBee活跃新舞台！在物联网(InternetofThings)概念快速兴起的影响下，机器对机器(M2M)通讯技术再度掀起市场话题，而原本多用于家电遥控器与远程抄表系统的ZigBee技术，也搭上物联网发展热潮，成为M2M通讯技术的重要选择，并开启许多新的应用商机。过去ZigBee雄心勃勃，并推出各种应用层规范，但市场却迟迟未能起飞，主因即是没有找到杀手级应用所致。而近期因应环保议题所提出的智能电网(SmartGrid)，由于须兼备长短距通讯技术，加上ZigBee原本即在自动抄表市场有所斩获，因而顺势成为ZigBee最新的发挥舞台。不仅如此，ZigBee联盟日前也与无线局域网络联盟(Wi-FiAlliance)达成合作协议，让家用网络可与智能电网有效连结，携手抢攻智能电网市场。除了智能电网外，包括智能家电遥控器、医疗电子与物流等，也是ZigBee技术于M2M应用中的重要目标市场。业内人士指出，以物流产业为例，一般人会认为无线射频识别(RFID)是主流的应用技术，但事实上，若物流业者想节省成本，则不会采用售价仍高的RFID标签与读取器(Reader)，而会以条形码(Barcode)与条形码机取代，此时，ZigBee技术将成为主要的后端无线传输技术，将信息传送至中控中心。Zigbee技术在物联网上的应用Zigbee—controlyourworldZigbee在家庭物联网上的应用ZigBee技术与常用短距离通讯协议之间的比较：Zigbee技术在物联网上的应用Zigbee—controlyourworld从表中可以看出，ZigBee特别适合低数据速率下的控制以及传感信号的传输，ZigBee联盟也正在这方面大力拓展市场。ZigBee技术在物联网中的应用有三个层次，一个是传感网络，实现"物"的识别；二是传输网络，即通过现有的互联网、广电网、通信网或者下一代互联网，实现数据的传输；三是应用网络，即输入输出控制终端，包括手机等终端。智能家居物联网系统将家庭中各种设备互联，以实现人与设备、设备与设备之间的“沟通”。例如，厨房中发生了煤气泄漏，当煤气传感器监测到煤气泄漏时，就会通过ZigBee无线通信模块将煤气泄漏的消息“告诉”煤气阀门控制器，让它将煤气阀门关上；同时也“告诉”排气扇控制器，让它打开排气扇对厨房通风。再如，家中发生了火灾，家庭内部的烟雾报警系统将会及时启动，并通过互联网、手机或电话网络平台通知物业管理中心或服务提供商,以及时排除险情,同时通过短信告知远在公司上班或异乡度假的用户。前一假设通常是在家庭内部的ZigBee无线网络中实现,如果要实现后一假设中通过手机或互联网访问家庭设备,了解设备的运行状态,就需要用到网关。网关是连接不同网络,使不同网络互联、互话的中介。在智能家居物联网系统中,网关是核心,它连接着家庭内部的计算机局域网、ZigBee无线网络、GPS网络、PSTN网络等。Zigbee技术在物联网上的应用Zigbee—controlyourworld智能家居物联网系统架构：Zigbee技术在物联网上的应用Zigbee—controlyourworld家庭网络主要是利用ZigBee技术实现的无线传感网络，该部分有若干个节点，若干个接有传感器的功能节点分别用作温度、气体浓度和门禁系统等的监测。还有1个负责建立管理网络的汇聚节点。各个节点间通过无线互联进行通信，交换数据并最终将数据传输到汇聚节点。终端节点上的传感器定期监测环境信息并将采集的数据通过I/O中断的方式传送到ZigBee模块上，ZigBee的MCU对数据处理后通过自身集成的无线射频单元将数据发送出去。汇聚节点接收各个终端节点发来的数据并发送各种控制信号给终端节点。家庭网络：Zigbee技术在物联网上的应用Zigbee—controlyourworldZigBee网络设备和组网方式：网络设备：

对于ZigBee网络，IEEE802.15.4把网络中的设备分为全功能设备（FFD）和简化功能设备（RFD）。FFD实现了IEEE802.15.4协议的全集，而RFD则根据特定的应用需要只实现了IEEE802.15.4完整功能协议中的一部分。FFD之间以及FFD与RFD可以互相通信，而RFD之间不能互相通信，只能与FFD通信。FFD可以在网络中扮演任何角色，而RFD只能充当终端设备。组网方式：

ZigBee主要采用3种组网方式：星状、树状、网状。每一个ZigBee网络至少需要一个FFD(coordinator)实现网络协调管理。在星状网络中，网络协调器负责建立和维持网络，而其他的设备(enddevice)直接和网络协调器通