ZIGBEE无线传感网概述

ZigBee技术的无线传感网络研究一、引言随着物联网的迅速发展，无线传感网络技术正逐渐成为现代通信领域的研究热点。

作为无线传感网络技术的一种重要的代表，ZigBee技术以其低功耗、低成本、自组织以及可靠性高等特点，被广泛应用于家庭自动化、智能环境监测、工业控制、医疗健康等领域。

本文将对ZigBee技术的无线传感网络进行深入研究和探讨。

二、ZigBee技术的概述ZigBee技术是一种基于IEEE 802.15.4标准的低速、低功耗、短距离的无线通信技术。

与其他无线传感网络技术相比，ZigBee技术具有以下几个突出特点。

1. 低功耗：ZigBee技术采用了休眠唤醒技术，节点在不进行通信时会进入休眠状态，大大降低了能耗，因此非常适用于需要长时间运行的设备。

2. 低成本：ZigBee技术的硬件成本较低，且协议栈的内存要求也不高，这使得其在大规模部署中有着较大的优势。

3. 自组织性：ZigBee网络中的节点可以自动进行组网和组网优化，无需手动配置，降低了部署和维护的复杂性。

4. 可靠性高：ZigBee技术采用了AES-128位加密算法，保障了数据的安全性，同时还具备网络重组能力和自愈能力，保证了网络的高可靠性。

ZigBee技术适用于对功耗和成本要求较高，对数据传输距离较短，且对网络可靠性有一定要求的应用场景。

三、ZigBee技术的无线传感网络架构ZigBee技术中的无线传感网络通常由网络协调器（Coordinator）、路由器（Router）、终端设备（End Device）三种类型的节点组成。

1. 网络协调器：网络协调器是ZigBee网络的核心，负责启动和维护网络，处理网络配置和管理，协调网络中其他节点的通信。

一个ZigBee网络中只能有一个网络协调器。

2. 路由器：路由器主要是用来转发数据包的中间节点，可以帮助网络协调器扩大网络范围，提升网络的容量和覆盖范围。

3. 终端设备：终端设备通常是网络中的传感器或执行器，负责采集数据或执行相应的动作，它们不能转发数据包，只能与网络协调器或路由器进行通信。

ZigBee技术的无线传感网络研究无线传感网络（WSN）是一种由大量分布在广阔区域内的无线传感器节点组成的网络，用于监测、收集和传输环境中的信息。

近年来，随着物联网技术的发展，无线传感网络在各个领域都有着广泛的应用，包括环境监测、智能家居、工业控制、农业等。

而ZigBee技术作为无线传感网络中的一种重要通信技术，受到了广泛关注和应用。

本文将重点研究ZigBee技术在无线传感网络中的应用及其发展趋势。

一、ZigBee技术概述ZigBee技术是一种低成本、低功耗、短距离、低速率的无线通信技术，采用IEEE 802.15.4标准，工作在2.4GHz频段。

ZigBee技术通过自组织网络结构和低功耗设计，可以满足无线传感网络对于低数据传输速率、长寿命和区域覆盖面的需求。

在传感器网络中，ZigBee技术能够支持数百个节点的网络连接，且能够实现低功耗待机和快速启动，适用于各种环境监测、智能家居、工业控制等场景。

二、ZigBee技术在无线传感网络中的应用1. 环境监测在环境监测领域，ZigBee技术可以通过部署大量的传感器节点，实时监测环境中的温度、湿度、光照等参数，并通过网络传输到监控中心进行分析和处理。

由于ZigBee技术具有低功耗和低成本的特点，可以实现对于大范围环境监测的需求，并且能够长时间稳定运行。

2. 智能家居在智能家居领域，ZigBee技术可以连接家庭中的各种智能设备，如智能插座、智能灯具、智能门锁等，实现远程控制和智能化管理。

传感器节点通过ZigBee技术实现与智能网关的连接，实现设备之间的互联互通，为用户提供智能化、便捷的家居体验。

3. 工业控制在工业控制领域，ZigBee技术可以实现工厂内各种设备的监测和控制。

通过在设备上部署ZigBee通信模块，可以实现设备之间的数据交换和远程控制，提高工业生产的智能化和自动化水平。

三、ZigBee技术在无线传感网络中的发展趋势1. 低功耗设计随着各种传感器节点在无线传感网络中的部署数量不断增加，对于传感器节点的功耗设计提出了更高的要求。

ZigBee技术的无线传感网络研究随着科技的不断进步，无线传感网络已经成为了人们日常生活中不可或缺的一部分。

而ZigBee技术就是其中一种广泛应用的无线传感网络技术。

本文将针对ZigBee技术的无线传感网络进行研究。

ZigBee技术是一种低功耗、低速率的局域网无线传输标准，它采用了短距离、低速率、低功耗等机制，以适应消费电子、工程自动化、安防、医疗和智能家居等各种传感和控制应用场合。

ZigBee最初由皇家飞利浦电子公司、洛阳钼业公司和美国Motorola公司共同组织的ZigBee联盟提出，目前由国际标准化组织（ISO）和IEC共同制定标准。

无线传感网络（WSN）由一组无线传感器组成，每个传感器节点负责采集环境信息并发送数据到网络中心，然后协调器将数据进行处理和向外转发。

ZigBee网络的架构包含三个组成部分：ZigBee节点、ZigBee协调器和ZigBee网络服务平台。

其中，ZigBee节点是ZigBee网络中的最小单元，它可以有多个，每个节点可以完成不同的采集任务。

ZigBee协调器是ZigBee网络的控制中心，用于协调各个节点之间的通信。

而ZigBee网络服务平台则是对ZigBee网络进行监控和管理，发现和排除故障。

ZigBee网络的通信方式分为两种：Beacon通信和非Beacon通信。

对于Beacon通信，ZigBee协调器周期性地在Beacon帧中进行广播，ZigBee节点则在收到Beacon帧后可向ZigBee协调器发送数据。

而对于非Beacon通信，ZigBee节点只需在需要发送数据时发送通知，然后等待ZigBee协调器的回应。

ZigBee技术具有以下特点：首先，ZigBee技术采用了低功耗的无线传输方式，能够延长节点的使用寿命。

其次，ZigBee技术的网络规模较小，因此实现起来较为简单。

此外，ZigBee技术支持多种传输速率和多种通信方式，可适应多种实际应用场景。

最后，ZigBee 技术还具备高度的网络灵活性和可靠性，能够无缝地与其他计算机网络进行集成。

ZigBee定义ZigBee 是在IEEE 802.15.4标准基础上建立的，这是IEEE无线个人区域网（Personal Area Network，PAN）工作组的一项标准，被称作IEEE 802.15.4（ZigBee）技术标准。

ZigBee不仅只是802.15.4的名字。

IEEE仅处理低级MAC层和PHP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、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司四大巨头共同宣布，它们将加盟“ZigBee 联盟”，以研发名为“ZigBee”的下一代无线通信标准，这一事件成为该项技术发展过程中的里程碑。

到目前为止，除了Invensys、三菱电子、摩托罗拉和飞利浦等国际知名的大公司外，该联盟大约已有150家成员企业，并在迅速发展壮大。

其中涵盖了半导体生产商、IP服务提供商、消费类电子厂商及OEM商等，例如Honeywell、Eaton和Invensys Metering Systems等工业控制和家用自动化公司，甚至还有像Mattel之类的玩具公司。

所有这些公司都参加了负责开发ZigBee物理和媒体控制层技术标准的IEEE 802.15.4工作组。

超越蓝牙的简单实用1999年，蓝牙热潮席卷全球，然而发展数年，一直受芯片价格高、厂商支持力度不够、传输距离限制及抗干扰能力差等问题的困扰。

低功耗、低成本的无线网络要求令ZigBee应运而生，大幅简化蓝牙的复杂规格，专注于低传输应用。

无线传感网络概述学号031241119姓名魏巧班级0312411一、无线传感器网络（WSN）的定义：无线传感器网络（WSN）是指将大量的具有通信与计算能力的微小传感器节点，通过人工布设、空投、火炮投射等方法设置在预定的监控区域，构成的“智能”自治监控网络系统，能够检测、感知和采集各种环境信息或检测对象的信息。

二、传感器的节点分布及通信方式：由于传感器节点数量众多，布设时智能采用随机投放的方式，传感器节点的位置不能预先确定。

节点之间可以通过无线信道连接，并具有很强的协同能力，通过局部的数据采集、预处理以及节点间的数据交互来完成全局任务，同时节点之间采用自组织网络拓扑结构。

由于传感器节点是密集布设的，因此节点之间的距离很短，在传输信息方面多跳（multi—hop）、对等（peer to peer）通信方式比传统的单跳、主从通信方式更适合在无线传感器网络中使用，例如：使用多跳的通信方式可以有效地避免在长距离无线信号传播过程中遇到的信号衰落和干扰等各种问题。

三、WSN运行的环境：1、WSN可以在独立封闭的环境下（如局域网中）运行。

2、WSN也可以通过网关连接到网络基础设施上（如Internet）。

在这种情况中，远程用户可以通过Internet 浏览无线传感器网络采集的信息。

四、无线数据网络的定义及无线自组网络的特点：主流的无线网络技术，如IEEE 802.11、Bluetooth都是为了数据传输而设计的，我们称之为无线数据网络。

目前，无线数据网络研究的热点问题就是无线自组网络技术，这项技术可以实现不依赖于任何基础设施的移动节点在短时间内的互联。

特点有如下几点：（1）无中心和自组性（优点）：无线自组网络没有绝对的控制中心，网络中节点通知分布式的算法来协调彼此的行为，这种算法无需人工干预和其他预置网络设施就可以在任何时刻任何地方快速展开并自动组网。

（2）动态变化的网络拓扑（缺点）：移动终端能够以任意速度和方式在网中移动，在通过无线信道形成的网络拓扑随时可能发生变化。

第一章无线传感网概述1.无线传感器网络的概念：无线传感器网路是一种由多个无线传感器节点和几个汇聚节点构成的网络，能够实时的检测、感知和采集节点部署区域的环境或感兴趣的的感知对象的各种信息，并对这些信息进行处理后一无线的方式发送出去。

2.WSN的特点及优势1）WSN与Ad hoc共有的特征：自组织；分布式；节点平等；安全性差2）WSN特有的特征：计算能力不高；能量供应不可代替；节点变化性强；大规模网络3.无线传感器网络架构：1）协议：物理层，数据链路层，网络层，传输层，应用层物理层：负责载波频率产生、信号的调制解调等工作，提供简单但健壮的信号调制和无线收发技术。

数据链路层：（1）媒体访问控制。

（2）差错控制。

网络层：负责路由发现和维护，是无线传感器网络的重要因素。

传输层：负责将传感器网络的数据提供给外部网络，也就是负责网络中节点间和节点与外部网络之间的通信。

应用层：主要由一系列应用软件构成，主要负责监测任务。

这一层主要解决三个问题：传感器管理协议、任务分配和数据广播管理协议，以及传感器查询和数据传播管理协议。

2）管理平台：（1）能量管理平台（2）移动管理平台（3）任务管理平台（1）管理传感器节点如何使用资源，在各个协议层都需要考虑节省能量。

（2）检测传感器节点的移动，维护到汇聚节点的路由，使得传感器节点能够动态跟踪其邻居的位置。

（3）在一个给定的区域内平衡和调度检测任务。

4.无线传感器网络所面临的挑战：低能耗，实时性，低成本，安全和抗干扰，协作第二章无线传感网物理层设计1.WSN物理层频率的选择：一般选用工业，科学和医疗频段。

ISM（医疗）频段的主要优点是无需注册的公用频段、具有大范围可选频段、没有特定标准、灵活使用。

欧洲使用433MHZ，美国使用915MHZ频段2.WSN结构采用的是无线射频通信第三章数据链路层1.MAC协议分类：1）按节点的接入方式：侦听（间断侦听：DEANAdeng），唤醒（低功耗前导载波侦听MAC协议），调度（主要使用在广播中）2）按信道占用数划分：单信道（主要采用），双信道，多信道3）信道分配方式：竞争型（S-MAC，T-MAC,Sift），分配型（SMACS，TRAMA），混合型（ZMAC），跨层型2.分配型MAC协议采用TDMA,CDMA,SDMA,FDMA等技术3.数据链路层的关键问题：能量效率问题，可扩展性，公平性，信道共享，网络性能的优化4.记忆竞争的S-MAC协议，具有以下特点：（1）周期性的侦听和睡眠（2）使用虚拟载波侦听和物理载波侦听进行冲突避免（3）自适应侦听（4）将长消息分成子段进行消息传递5.基于竞争的T-MAC协议：为了改进S-MAC协议不能根据网络负载调整自己的调度周期的缺点，T-MAC协议根据一种自适应占空比的原理，通过动态地调整侦听与睡眠时间的比值，从而实现节省能耗的目的。

什么是Zigbee网络: 它的工作原理及应用1. 简介Zigbee是一种无线通信协议，它是基于IEEE 802.15.4标准开发的，用于低功率无线传感器网络（LP-WAN）。

它的设计旨在为大规模的传感器网络提供低功耗、低数据传输速率和安全的通信解决方案。

目前，Zigbee已被广泛应用于物联网、家庭自动化和工业控制系统等领域。

2. Zigbee网络的工作原理Zigbee网络采用了星型拓扑结构，其中一个设备充当协调器的角色，其他设备连接到该协调器。

Zigbee设备之间通过无线信道进行通信，在工作过程中，协调器负责网络协议的管理和数据的传输。

Zigbee网络使用低功耗的射频技术进行通信，工作频率通常为2.4 GHz，传输距离一般在10-100米之间，但可以通过增加中继器来扩展覆盖范围。

3. Zigbee网络的应用Zigbee网络在多个领域有着广泛的应用，下面列举了一些主要的应用场景：• 3.1 物联网Zigbee作为物联网中的关键技术之一，广泛应用于智能家居、智能城市和智能农业等领域。

通过连接多个设备，如传感器、执行器和控制器，Zigbee网络可以实现远程监控、智能能源管理和自动化控制等功能。

• 3.2 家庭自动化Zigbee网络在家庭自动化中的应用越来越受欢迎。

它可以连接各种设备，如智能灯泡、智能插座和智能门锁等，通过无线通信实现对家居设备的远程控制和智能化管理。

• 3.3 工业控制系统Zigbee网络在工业控制系统中也有着广泛的应用。

它可以用于监测和控制各种设备，如温度传感器、湿度传感器和压力传感器等。

通过无线通信，工业系统可以实现实时监测和远程控制，提高生产效率和安全性。

• 3.4 智能健康监测Zigbee网络还可以应用于智能健康监测领域。

通过连接各种健康监测设备，如心率检测器、血压计和血糖仪等，Zigbee网络可以实时监测用户的健康状态，并将数据传输到医疗机构进行分析和处理。

• 3.5 环境监测Zigbee网络也被广泛应用于环境监测领域。

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。

ZigBee技术的无线传感网络研究一、 ZigBee技术简介ZigBee技术是一种低成本、低功耗、短距离、低速率的无线个人局域网技术，是IEEE 802.15.4标准的实现。

ZigBee技术最早由ZigBee联盟在2003年推出，后来由ZigBee联盟逐步完善其标准和技术规范。

ZigBee技术具有联网范围广、功耗低、数据传输可靠等特点，逐渐被广泛应用于无线传感网络系统中。

二、 ZigBee技术在无线传感网络中的应用1.智能家居ZigBee技术在智能家居领域有着广泛的应用。

通过ZigBee技术，可以实现家庭中各种智能设备的互联互通，如智能灯具、智能门锁、智能温控系统等。

传感节点可以通过ZigBee技术与智能家居网关相连，实现智能设备之间的数据交换和控制。

ZigBee技术的低功耗特性也为智能家居设备的长期运行提供了保障。

2.工业自动化在工业自动化领域，ZigBee技术也具有重要的应用价值。

工业场景中需要大量的传感数据采集和设备控制，ZigBee技术可以实现对工业传感节点的集中监控和管理。

ZigBee技术可以实现工业设备之间的无线通信和联网，提高了工业自动化系统的灵活性和可靠性。

3.环境监测在环境监测领域，ZigBee技术可以实现对环境参数的无线采集和传输。

利用ZigBee技术可以搭建环境监测网络，实现对大范围环境参数的实时监测和数据采集。

通过ZigBee 技术，可以实现对大气质量、水质监测等环境参数的长期监测，为环境保护和管理提供数据支持。

4.医疗健康1.多层次网络未来的无线传感网络系统将更加注重多层次网络的构建，ZigBee技术将在此过程中发挥重要作用。

通过构建多层次的传感网络系统，可以实现对不同层次和不同规模数据的有效管理和传输，提高了传感网络系统的整体性能和效率。

2.低功耗通信随着无线传感网络在各领域中的广泛应用，对于传感节点的功耗和通信能耗也将越来越受到关注。

未来ZigBee技术将更加注重低功耗通信的研究和应用，以满足不同领域对于低功耗、长寿命的传感网络设备需求。

1.概述：ZigBee译为"紫蜂"，它与蓝牙相类似，是一种新兴的短距离无线通信技术，用于传感控制应用(Sensor and Control)。

Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，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。

ZigBee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。

2.ZigBee发展历程：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通信的需求越来越强烈。

2000年12月，IEEE成立了802.15.4工作组，制定了Zigbee的物理层（PHY）和MAC协议层。

2001年8月，ZigBee Alliance成立。

2002年下半年，英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司共同宣布加入ZigBee联盟，研发名为“ZigBee”的下一代无线通信标准，这一事件成为该技术发展过程中的里程碑。

2004年，ZigBee V1.0诞生。

它是Zigbee规范的第一个版本。

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。

2009年3月，Zigbee RF4CE推出，具备更强的灵活性和远程控制能力。

2009年开始，Zigbee采用了IETF的IPv6 6Lowpan标准作为新一代智能电网Smart Energy(SEP 2.0)的标准，致力于形成全球统一的易于与互联网集成的网络，实现端到端的网络通信。

ZigBee联盟现有的理事公司包括BM Group，Ember公司，飞思卡尔半导体，Honeywell，三菱电机，摩托罗拉，飞利浦，三星电子，西门子，及德州仪器。