智能网络组网技术 课件 项目5 ZigBee通信技术

无线传感器网络概述目录什么是无线传感器网络无线传感器网络体系结构模组低速无线网络规范IEEE802.15.4技术什么是无线传感器网络无线传感器网络体系结构无线传感器网络体系结构无线传感器网络体系结构无线传感器网络体系结构无线传感器网络体系结构无线传感器网络体系结构无线传感器网络体系结构模组模组模组低速无线网络规范低速无线网络规范IEEE802.15.4技术

IEEE是电气和电子工程师协会，一个专业组织，工作包括制定通信和网络标准。802.15是协议号。IEEE802.15.4技术

IEEE802.15.4技术

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ZigBee通信技术目录ZigBee通信技术概述ZigBee协议栈ZigBee网络的拓扑结构ZigBee中的基本概念ZigBee与CC2530芯片的关系ZigBee通信技术概述

ZigBee（紫蜂）技术是一种新兴的近距离、低速率、低成本、低功耗的无线通信技术，使用世界通用免申请的2.4GHz频段。它具有很强的自组织能力和很高的安全性，非常适用于无线传感器网络。1.ZigBee定义ZigBee通信技术概述

868MHz频段：定义了1个信道，拥有20Kbps的传输速率。915MHz频段：定义了10个信道，信道中心间隔为2MHz，拥有40Kbps的传输速率。2.4GHz频段：定义了16个信道，信道中心间隔为5MHz，拥有250Kbps的传输速率。ZigBee通信技术概述

ZigBee

技术是以IEEE802.15.4标准为基础，发展出的无线通讯技术。是一种短距离、低功耗的无线通信技术其特点是近距离、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。2.ZigBee技术的特点ZigBee通信技术概述

1、低功耗：这是ZigBee

一个显著特点。由于工作周期较短、收发信息功耗较低且采用了休眠模式，可以确保两节五号电池支持长达六个月到两年左右的使用时间。2、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，每块芯片价格仅2-5美元，而且ZigBee

协议是免专利费。3、时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。设备搜索时延为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。ZigBee通信技术概述

4、数据传输速率低：10kbps到250kbps，专注于低传输应用5、数据传输可靠性高：采用了碰撞避免机制，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。MAC层采用了完全确认的数据传输机制，发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息。6、网络容量大：一个ZigBee设备可以与另外254个设备相连接，一个ZigBee网络可以容纳最多65535个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最低100个ZigBee网络。网络有星状、树状和网状网络结构。在有节点加入和撤出时，网络具有自动修复功能。ZigBee通信技术概述

ZigBee协议栈ZigBee堆栈是在IEEE802.15.4标准基础上建立的，从下往上依次是物理层，MAC层，网络/安全层，应用支持子层，应用层。物理层MAC层网络层安全层应用层应用支持子层ZigBee联盟IEEE802.15.4用户硬件实现ZigBee平台通信栈应用层ZigBee协议栈

ZigBee网络的拓扑结构ZigBee节点的部署根据网络的拓扑结构安设。常用的拓扑结构有线性结构和平面结构两种。线性网络是最简单的网络结构，所有的节点布置在一条直线上或接近一条直线上。应用：气调冷藏库，管道监测（天然气，水管、石油等）案例：景区森林火灾防护系统ZigBee网络的拓扑结构平面结构常见的有星型网络、树型网络以及网状网络三种拓扑结构。典型应用：智能交通监测系统（网状结构）、小区智能三表远程抄表系统（网状、树状结构）、农田温湿度监测系统（树型）、家庭灯光自动控制系统（星型网络）。ZigBee网络的拓扑结构星型网络：星型网络是点对多点的网络多用于低成本的游戏或娱乐中心控制。它们的实现方式最简单，而且设置和控制所需的代码也最少，但一般来说节点的数量和覆盖范围有限。树型网络：树型网络多用于诸如存取或工业控制感测之类应用。因为它们能容纳较多的节点，所以可以覆盖比点对多点网络更大的范围。然而，其缺点是可能因延迟效应而造成严重的节点故障并令系统停顿。树形网络一般需要比多点系统更多的节点。例如：在一个农作物监视或类似的农业应用中，树形结构可以将多个子网络汇聚成一个长距离的zigbee广域网，在网络中，低数据率的通信沿着树进行传输，只有需要发送和接收子网络的数据时才会唤醒电池供电的路由器。ZigBee网络的拓扑结构网状网络：网状网络是最高层次的ZigBee配置，而且需要最多的网络级代码。网状网络具有重要节点故障的“自愈”能力，这使它们成为大型建筑的控制系统或广域感测的理想选择。这类网络是至今为止最难以设计和推行的ZigBee网络。

例如：如果数据可靠性是关键需求，则选择网状网络，通过把zigbee发射器和接收器放的更近，从而保证信号质量。网格网络的冗余通道会确保提供替代的数据通道从而避免单节点故障。ZigBee网络中的基本概念1、ZigBee的PANID(网络号)

ZigBee无线传感器网络的协调器是通过选择网络工作信道及个域网识别标志(PANID或网络号)来启动一个ZigBee无线传感器网络。PANID是一个16位标设，范围从0x0000-0xffff。2、ZigBee设备的地址

在ZigBee无线传感器网络中，节点有2个地址，一个是64位的物理(也称IEEE或扩展)地址，物理地址是在产品出厂时初始化的，在全球范围内是唯一标识地址。一个是16位的网络地址（也称短地址）。ZigBee网络中的基本概念ZigBee网络中的基本概念3、ZigBee

网络的设备类型

ZigBee

协调器是启动和配置网络的一种设备。协调器可以保持间接寻址用的绑定表格，支持关联，同时还能设计信任中心和执行其它活动。协调器负责网络正常工作以及保持同网络其它设备的通信。一个ZigBee

网络只允许有一个ZigBee

协调器。

ZigBee路由器是一种支持关联设备，能够将消息转发到其他设备。ZigBee网格或树形网络可以有多个ZigBee路由器。ZigBee星型网络不支持ZigBee路由器。

ZigBee

终端设备可以执行它的相关功能，并使用ZigBee

网络到达其它需要与其通信的设备，它的存储器容量要求最少，其可以实验ZigBee

低功耗设计。ZigBee与CC2530芯片的关系ZigBee的作用是构建无线局域网，无线传感器网络是无线局域网的一个具体应用。ZigBee无线网络在软件上需要ZigBee协议栈，且在硬件上需要支持ZigBee底层协议的某种芯片，这样各硬件设备之间才可以通过ZigBee协议进行通信。基于此，美国德州仪器（TI）公司开发了Z-Stack协议栈，还研发了一系列支持ZigBee底层协议的芯片（如CC2430、CC2431、CC2530、CC2531、CC2538等），它们都是与Z-Stack协议栈配合使用的ZigBee芯片。ZigBee与CC2530芯片的关系开发平台IAR版本为IAREmbeddedWorkbenchfor805