ZigBee 无线网络技术现状-结构图

实验二ZigBee网络拓扑结构显示【实验目的】1、熟悉Qt编写程序的方法；2、了解Qt显示ZigBee网络拓扑结构的工作原理；【实验设备】1、装有RedHat AS5系统或装有RedHat AS5虚拟机的PC机一台；2、物联网开发设计平台一套；【实验要求】使用Qt为ZigBee网络编写拓扑结构；1、编程要求：使用提供的API函数编写应用程序；2、实现功能：构建ZigBee网络拓扑结构；3、实验现象：显示网络的拓扑结构；【实验原理】本实验箱针对Qt下，将服务程序的API做了一定的封装，并提供了非常方便使用的接口函数，可以让用户在Qt环境下绘制Zigbee网络的拓扑结构。

这些函数都被封装在一个叫做TopologyWidget的类中，它们的详细介绍如下：【函数原型】void TopologyWidget::SetTopologyArea(const QString &ip, QScrollArea *area); 【功能】设置用来显示拓扑图的滚动区域控件【参数】ip: 运行服务程序的网关（计算机）的IP地址area: 用来显示拓扑图的滚动区域控件【返回值】无【头文件】使用本函数需要包含"topologywidget.h"【函数原型】void TopologyWidget::UpdateTopologyArea(QScrollArea *area);【功能】立即刷新滚动区域控件中的拓扑图【参数】area: 用来显示拓扑图的滚动区域控件【返回值】无【头文件】使用本函数需要包含"topologywidget.h"在实际应用中，用户需要首先在界面中放置一个，假设其名称为“scrollArea”，只需要在窗体的构造函数中，完成了setupUi的操作之后，调用TopologyWidget::SetTopologyArea函数即可使拓扑图显示在这个滚动区域中，参考下面的代码。

ZigBee技术概述1ZigBee技术简介 (1)2 ZigBee结构 (2)2.1物理层 (2)2.2 MAC层 (4)2.3 网络层 (6)2.4 应用层 (7)1ZigBee技术简介ZigBee技术是一种近距离、低功耗、低成本、低传输速率的具有统一技术标准的短距离无线通信技术，符合IEEE 802.5.4标准，主要适用于工业、家庭自动控制以及远程控制领域，目的是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制。

ZigBee技术并不是完全独有、全新的标准。

它的物理层、MAC层采用了IEEE 802.15.4(无线个人区域网)协议标准，并在此基础上进行了完善和扩展。

其网络层、应用会聚层和高层应用规范由ZigBee联盟进行了制定。

根据IEEE 802.15.4协议标准，ZigBee的工作频段分为3个频段，这3个工作频段相距较大，而且在各频段上的信道数目不同，因而，在该项技术标准中，各频段上的调制方式和传输速率不同。

它们分别为868MHz、915MHz和2.4GHz，其中2.4GHz频段上，分为16个信道，该频段为全球通用的工业、科学、医学(ISM)频段，且该频段为免付款、免申请的无线电频段，在该频段上，数据传输速率为250kbPs，另外两个频段为868/915MHz，其相应的信道数分别为10个信道和1个信道，传输速率分别为40kbPs和20kbPs。

在网络性能上，ZigBee设备可构造星型网络或者点对点网络，在每一个ZigBee组成的无线网络内，连续地址码分为16bit短地址或者64bit长地址，可容纳的最大网络设备个数分别为216个和264个，具有较大的网络容量。

在无线通信技术上，采用免冲突多载波信道接入(CSMA/CA)方式，有效地避免了无线电载波之间的冲突，此外，为保证数据传输的可靠性，建立了完整的应答通信协议。

ZigBee设备为低功耗设备，其发射功率为，通信距离为30-70m，具有能量检测和链路质量指示能力，根据这些检测结果，设备可自动调整发射功率，在保证通信链路质量的条件下，最小地消耗设备能量。

Zigbee无线通信研究背景及技术现状Zigbee无线通信研究背景及技术现状 1研究背景...................................................................... (1)2 ZigBee技术研究现状 ..................................................................... . (2)1研究背景如今，近距离无线通讯技术在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。

蓝牙(Bluetooth)，ZigBee，Wi-Fi，无线USB等竞争激烈，各有千秋。

但随着通讯设备的复杂度，功耗以及系统成本的增加，相对于其他无线通讯技术，ZigBee的低成本，低功耗等诸多优势在其激烈的竞争中脱颖而出。

ZigBee一词源自蜜蜂群发现花粉位置时，通过跳ZigZag舞蹈来告知同伴，达到交换信息的目的。

可以说是小动物通过简捷的方式实现“无线”通讯。

人们借此称呼一种专注于低功耗，低成本，低复杂度，低速率的近程无线通讯技术。

这种低速率无线通讯技术更贴近人们的日常生活，可以满足工业、家居、医学等用途的低成本和低功耗需求。

信息化时代的到来，人们对网络通信技术的要求越来越高。

传统的数字化设备的有线连接给人们的灵便生活带来诸多不便。

发展无限网络技术，将设备从有线连接的束缚中解脱出来，方便人们的使用，已经成为一种趋势，将无线技术运用到智能车设计中，从而使汽车轻松实现无线数据传输、语言通讯、目标跟踪、自动报警等功能已经是必然的趋势，但传统的无线技术大多成本高、结构复杂，不利于无线技术的推广。

近几年来，一些公司和标准化组织就开始在探寻在不同领域的无线网络连接技术。

并且开发出一系列技术标准。

如红外、蓝牙(Bluetooth)、Wi-Fi(IEEE 802.11b)、家用射频等。

无线传感器网络技术的研究热潮掀起了一场后PC时代的革命。

zigbee网络拓扑结构及节点设计作者：叶子2 1 引言基于zigbee技术的无线传感器网络适用于网点多、体积小、数据量小，传输可靠、低功耗等场合，在环境监测、无线抄表、智能小区、工业控制等领域已取得一席之地[1]。

同时，zigbee规范与协议日臻完善[2]。

从zigbee1.0、zigbee1.1到目前最新的zigbee2007/pro，zigbee协议规范的演进对硬件系统提出了更高的要求[3]。

2 设计要求2.1 zigbee网络结构从网络结构上看，zigbee网络有星形，树形，网状3种模式，按照网络节点功能划分可分为终端节点(ep)、路由器节点(rp)和协调器节点(cp)3种[2]。

其组织结构如图1示。

图1 zigbee网络拓扑结构其中，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;路由器节点支撑网络链路结构，完成数据包的转发;终端节点是网络的感知者和执行者，负责数据采集和可执行的网络动作[2]。

这就要求zigbee网络节点需扮演终端感知者、网络支持者、网络协调者3种角色。

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。

其结构如图2所示。

图2 zigbee网络节点模块图其中，包括dma、usart模块、定时器模块、a/d模块在内的丰富的外设功能来满足网络对硬件资源的需求，存储器模块完成协议栈的存储与执行，cpu实现数据的运算与处理，mac定时器用于实现网络同步，使用aes技术对信息进行加密，无线模块完成收据的收发与信息帧控制。

2.2 zigbee网络节点设计要求(1)可供选择的无线频段。

无线频段的选择要兼具较高的传输速率和较好的绕射性能，同时要具备一定的抗干扰力。

2.4ghz频段是ieee 502.15.4定义的工作在ism频段的两个工作频段之一，有16个速率为250kb/s的信道。

(2)体积小，成本低，易于大规模布建。

zigbee技术较其它无线技术的优势在于自组网，这就需要布建大规模的网络节点，因此成本问题凸显出来，有资料显示：10$左右的zigbee网络节点有较高的性价比。

树型路由机制包括配置树型地址和树型地址的路由。

当协调器建立一个新的网络，它将给自己分配网络地址0，网络深度Depth0=0。

如果节点（i）想要加入网络，并且与节点（k）连接，那么节点（k）将称为节点（i）的父节点。

根据自身的地址Ak和网络深度Depthk，节点（k）将为节点（i）分配网络地址Ai和网络深度Depthi=Depthk+1。

网络深度表示仅仅采用父子关系的网络中，一个传送帧传送到ZigBee协调器所传递的最小跳数。

ZigBee协调器自身深度为0，而它的子设备深度为1。

图3为ZigBee树型结构。

参数nwkMaxChildren(Cm)表示路由器或协调器在网络中允许拥有子设备数量的最大值。

参数nwkMaxRouters(Rm)表示子节点中路由器的最大个数，而剩下的设备数为终端设备数。

图3 ZigBee树型结构一个新的RFD节点（i），它没有路由能力，它与协调器连接作为协调器的第n个子节点。

根据它的深度d，父节点（k）将为子节点（i）分配网络地址：Ai=Ak+Cskip（d）·Rm+n 其中1≤n≤（Cm-Rm）如果是新的子节点FFD，它有路由能力，父节点（k）将给它分配网络地址：Ai=Ak+1+Cskip（d）·（n-1）其中，否则，参数nwkMaxDepth (Lm)表示网络的最大深度。

假设一个路由器向网络地址为D的目的地址发送数据包，路由器的网络地址为A，网络深度为d。

路由器将首先通过表达式：A ＜D＜A + Cskip( d-1 )判断该目的节点是否为自己的子节点。

如果目的节点是自己的子节点，则下一跳节点的地址为：否则，下一跳节点是该路由器的父节点。

简介ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据传输速率的无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术方案。

ZigBee是建立在IEEE 802.15.4标准之上,它确定了可以在不同制造商之间共享的应用纲要。

IEEE 802。

15.4标准定义了ZigBee协议的PHY层和MAC层。

PHY层规范确定了在2.4GHz（全球通用的ISM频段)以250kb/s的基准传输率工作的低功耗展频无线电以及另有一些以更低数据传输率工作的915MHz(北美的ISM频段）和868MHz（欧洲的ISM频段）的实体层规范。

MAC层规范定义了在同一区域工作的多个IEEE 802。

15。

4无线电信号如何共享空中通道。

为了促进ZigBee技术的发展,2001年8月成立了ZigBee联盟，2002年下半年,英国Invensys公司、日本三菱电子公司、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，它们将加入“ZigBee联盟”，目前该联盟已经有150多家成员，以研发名为ZigBee的下一代无线通信标准.正如前面所述，ZigBee不仅仅只是802。

15.4的名字，IEEE 802。

15.4仅处理低级MAC层和PHY层协议，所以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，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识。

ZigBee的组成和构网方式1。

FFD和RFD利用zigbee技术组件的无线个人区域网(WPAN）是一种低速率的无线个人区域网（LR WPAN），这种低速率个人区域网的网络结构简单、成本低廉，具有有限的功率和灵活的吞吐量。

在一个LR WPAN网络中，可同时存在两种不同类型的设备,一种是具有完整功能的设备（FFD），另一种是简化功能的设备(RFD）。

在网络中，FFD通常有3中工作状态：（1）作为个人区域网络（PAN)的主协调器；(2)作为一个普通协调器；（3)作为一个终端设备。

FFD可以同时和多个RFD或其他FFD通信。