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浅析ZigBee技术及其应用【摘要】ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线网络技术。
本文探析了ZigBee无线网络技术的优点、协议栈架构、网络构建，并对ZigBee技术的应用做了简单探讨。
【关键词】ZigBee；物联网；IEEE802.15.4物联网是利用传感/识别器和网络等技术，将物理世界、数字世界以及人类社会等诸多对象连接起来，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”，实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等。
其实质是利用感知层、网络层和应用层关键技术，通过因特网实现物体商品的自动识别和信息的互联与共享。
ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线网络技术。
ZigBee技术以其经济、可靠、高效等优点在物联网中有着良好的应用前景。
１ZigBee简介ZigBee 是IEEE802．15．4协议的代名词。
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技术具有以下特点：１．１低功耗：省电，两节5号电池支持长达6－24个月的使用时间。
１．２可靠：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，具有自动动态组网的功能，信息在整个ZigBee网络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证信息传输的可靠性。
１．３成本低：ZigBee 只需要80C51 之类的低档处理器以及少量的软件即可实现，无需主机平台，降低了对通信控制器的要求，成本不到蓝牙的十分之一。
ZigBee协议解析无线个人局域网的工作原理与物联网应用无线个人局域网（Wireless Personal Area Network，简称WPAN）是一种短距离无线通信技术，ZigBee作为其一种重要的协议，已经在物联网应用中得到广泛应用。
本文将详细解析ZigBee协议的工作原理，并探讨其在物联网中的应用。
一、ZigBee协议的工作原理ZigBee协议是基于IEEE 802.15.4标准的一种低功耗、短距离、低数据速率无线通信协议。
其工作原理如下：1. 网络拓扑结构ZigBee网络可以采用星形、树形、网状等多种拓扑结构。
其中，星形结构由一个协调器（Coordinator）和多个终端节点（End Device）组成，协调器负责网络的组网与管理。
树形结构则是在星形结构的基础上，增加了路由器（Router）节点，实现了终端节点之间的数据转发。
网状结构是最灵活的，不仅可以进行节点之间的数据转发，还可以自动选择最佳的传输路径。
2. 网络通信方式ZigBee协议采用两种主要的通信方式，分别是直接通信（Direct Communication）和间接通信（Indirect Communication）。
直接通信是指两个节点之间直接建立通信链路，可以实现低延时的数据传输；间接通信则是通过路由器节点进行数据传输，适用于节点之间距离较远或传输条件较差的情况。
3. 网络协调ZigBee网络中的协调器负责网络的组网与管理，包括网络的初始化、频道选择、路由调度等。
协调器还可以与外部设备进行无线通信，用于与其他网络的互联。
4. 节能机制为了实现低功耗的通信，ZigBee协议引入了一系列的节能机制。
其中包括低功耗睡眠模式、快速唤醒模式、层次化网络等。
节点可以在不使用时进入睡眠模式，只有当数据传输时才会唤醒，从而有效节省能耗。
二、物联网应用中的ZigBee协议ZigBee协议在物联网应用中具有广泛的应用前景，主要体现在以下几个方面：1. 智能家居ZigBee协议可以实现智能家居中各个设备的互联互通。
ZigBee协议架构ZigBee协议是一种低功耗、近距离无线通信协议，主要应用在无线传感器网络（WSN）中。
它是由ZigBee联盟（ZigBee Alliance）所定义和推广的，旨在为物联网设备之间的通信提供一个标准化的解决方案。
本文将介绍ZigBee协议的架构和其主要组件，以及在物联网应用中的应用场景。
一、ZigBee协议架构概述ZigBee协议采用了分层的架构，以便于各个组件的模块化和扩展性。
ZigBee协议架构一般可分为两个主要层次：应用层和网络层。
下面将详细介绍每个层次的主要组件和功能。
1. 应用层应用层是ZigBee协议栈的顶层，负责实现各种应用的功能。
它可以与不同类型的传感器和执行器进行通信，并执行各种任务，如数据采集、控制和管理等。
应用层使用ZigBee Cluster Library（ZCL）定义了一系列的应用框架和应用集群，以便开发人员可以方便地构建自己的应用。
2. 网络层网络层是ZigBee协议栈的中间层，负责实现节点之间的通信和路由功能。
它使用ZigBee网络堆栈协议（ZigBee Network Stack Protocol）来处理数据包的发送和接收，以及路由选择和网络管理等功能。
网络层的核心组件包括ZigBee协调器（ZigBee Coordinator）、路由器（Router）和终端设备（End Device）。
二、ZigBee协议架构组件1. ZigBee协调器ZigBee协调器是在ZigBee网络中的关键组件，它负责启动和管理整个网络，以及分配网络地址和加密密钥等。
协调器可以与多个路由器和终端设备建立连接，并通过网络层协议进行数据传输和路由选择。
此外，协调器还负责处理网络中的任何故障或冲突，并重新分配资源以保持网络的可靠性和稳定性。
2. 路由器路由器是ZigBee网络中的中间节点，它负责转发数据包并实现网络层的路由选择功能。
路由器可以与其他路由器和终端设备建立连接，并通过网络层协议将数据包从源节点传输到目标节点。
zigbee组网方案Zigbee组网方案简介Zigbee是一种低功耗、近距离的无线通信技术，主要应用于物联网领域。
它基于IEEE 802.15.4标准，通过无线信号传输数据，可以实现设备之间的互联和通信。
本文将介绍Zigbee组网的原理以及常见的组网方案。
Zigbee组网原理Zigbee组网主要由三个组成部分组成：协调器（Coordinator），路由器（Router）和终端设备（End Device）。
协调器是整个网络的中心，负责管理和控制整个网络，并在必要时与外部网络通信。
路由器可以通过多跳方式将数据传输到不同的节点，终端设备是网络中的终端节点，主要用于数据的采集和传输。
Zigbee网络采用星状拓扑结构，协调器位于网络的中心，路由器和终端设备通过与协调器的连接来建立网状拓扑结构。
这种结构可以保证网络的稳定性和可靠性。
组网过程中，首先需要进行网络的初始化和配置。
协调器将会发出一个网络启动信号，其他设备在接收到信号后可以加入已有网络或创建一个新的网络。
随后，设备会通过Zigbee的网络协议进行数据的传输和交换。
协议包括了设备之间的通信规则、数据的格式和传输的方式。
Zigbee组网方案Zigbee组网方案有两种常见的方式：单主结构和多主结构。
单主结构在单主结构中，只有一个协调器作为网络的中心，其他设备通过与协调器的连接来进行通信。
这种结构的优点是简单和易于部署，适用于规模较小的网络。
然而，由于只有一个协调器，整个网络的稳定性和可靠性会受到限制。
多主结构多主结构中，可以有多个协调器作为网络的中心。
这种结构的优点是能够提供更高的灵活性和可扩展性，并且可以实现区域之间的连接和通信。
每个协调器都可以管理一部分设备和节点，通过多跳方式实现数据的传输。
然而，多主结构的部署和管理相对复杂，需要更多的设备和资源。
Zigbee网络拓扑结构除了单主结构和多主结构之外，Zigbee还支持多种拓扑结构，包括星状、网状、树状和混合结构。
基于Zigbee的无线自组网和Web服务器研究与实现基于Zigbee的无线自组网和Web服务器研究与实现一、引言无线通信的发展使得人们能够更加便捷地进行信息交流和数据传输。
在智能家居、物联网等领域，无线自组网技术广泛应用。
Zigbee作为一种低功耗、低速率、低数据量的无线通信技术，被广泛应用于物联网中的传感器网络。
二、Zigbee无线自组网的基本原理与特点Zigbee无线自组网是一种分散式、自治式的网络结构，它采用节点之间协同工作的方式，实现了多个设备间的数据传输和通信。
Zigbee网络中包含一个或多个协调器（coordinator）和若干个终端设备（end device），协调器负责网络管理，而终端设备用于数据采集和传输。
Zigbee网络能在各种环境中建立稳定的无线通信链路，并且具有能耗低、安全性高、成本低等特点。
三、Web服务器在Zigbee无线自组网中的作用Web服务器是指一种基于HTTP协议的服务器，通过互联网提供网页访问的服务。
在Zigbee无线自组网中，Web服务器起着重要的作用。
它能够实现对Zigbee节点的远程控制、管理和数据监测等功能。
通过Web服务器，用户可以方便地远程控制智能家居设备、实现对传感器的实时监测和数据采集。
四、基于Zigbee的无线自组网和Web服务器的设计与实现1.网络拓扑设计在Zigbee无线自组网中，网络拓扑结构的设计直接影响到网络的性能和可靠性。
根据实际需求，可以选择星型、网状、混合等不同的网络拓扑结构。
通过合理的拓扑设计，可以实现节点之间的高效通信和数据传输。
2.网络组网与节点配置在网络组网与节点配置过程中，需要分配不同的网络地址、设备类型和功能。
协调器负责网络的组建和管理，终端设备完成网络加入动作，并根据实际需求进行配置。
3.Web服务器搭建与管理搭建Web服务器需要选择适合的服务器软件，并进行相应的设置与配置。
通过设计合理的Web页面，可以实现对Zigbee节点的远程控制和监测。
竭诚为您提供优质文档/双击可除zigbee协议体系结构篇一：zigbee协议架构根据应用和市场需要定义了zigbee协议的分层架构，其协议的体系结构如图1所示，其中物理层（physicallayer，phy）和媒介访问控制层（mediumaccesscontrolsub-layer,mac）是由ieee802.15.4-20xx标准定义的，在这个底层协议的基础上zigbee联盟定义了网络层（networklayer,phy）和应用层（applicationlayer,apl）架构.图1zigbee协议栈体系结构物理层规范物理层定义了它与mac层之间的两个接口：数据服务接口pd-sap和管理服务接口plme-sap，其中pd-sap接口还为物理层提供了相应的数据服务，负责从无线物理信道上收发数据，而plme-sap接口同时为物理层提供相应的管理服务，用于维护一个由物理层相关数据组成的数据库。
物理层负责数据的调制、发送和接收、空闲信道评估（clearchannelassessment,cca）信道能量的监测（energydetect,ed）和链接质量指示（linkqualityindication，lqi）等。
物理层帧结构由同步头、物理层帧头和物理层有效载荷三部分组成，如表1所示。
同步头又包括32bit的前同步码和8bit的帧定界符，前同步码用来为数据收发提供码元或数据符号的同步；帧界定符用来标识同步域的结束及数据的开始。
物理层帧头包括7bit的帧长度和1bit的预留位，帧长度定义了物理层净荷的字节数。
物理层有效载荷就是mac层的帧内容。
表一物理层帧格式媒体接入控制层规范mac层定义了它与网络层之间的接口，包括提供给网络层的数据服务接口mlde-sap和管理服务接口mlme-sap，同时提供了mac层数据服务和mac层管理服务。
mac层数据服务主要实现数据帧的传输；mac层管理服务主要负责媒介访问控制、差错控制等。
zigbee组网实验报告ZigBee组网实验报告引言：ZigBee是一种低功耗、低速率、低成本的无线通信技术，被广泛应用于物联网领域。
本实验旨在通过搭建ZigBee网络，探索其组网原理和应用。
一、实验背景随着物联网的快速发展，各种智能设备的出现使得人们的生活更加便捷和智能化。
而ZigBee作为一种独特的无线通信技术，具有低功耗、低成本和可靠性强的特点，成为物联网领域的重要组成部分。
二、实验目的1.了解ZigBee组网的基本原理和拓扑结构；2.搭建ZigBee网络，实现设备之间的通信；3.探索ZigBee在物联网领域的应用。
三、实验步骤1.准备工作在实验开始前，需要准备一些硬件设备，包括ZigBee模块、开发板、传感器等。
同时，还需要安装相应的软件开发环境。
2.搭建ZigBee网络首先，将ZigBee模块插入开发板，连接电源并进行初始化设置。
然后，通过软件开发环境，配置网络参数，包括网络ID、信道等。
接下来，将各个设备逐一加入网络，形成一个完整的ZigBee网络。
3.通信测试完成网络搭建后，进行通信测试。
通过发送指令或传感器数据，验证设备之间的通信是否正常。
同时，还可以进行数据传输速率测试，评估网络的性能。
四、实验结果与分析经过实验，成功搭建了一个ZigBee网络，并实现了设备之间的通信。
通过测试发现，ZigBee网络具有较低的功耗和较高的可靠性，适用于物联网领域的各种应用场景。
五、实验总结ZigBee作为一种重要的无线通信技术，具有广泛的应用前景。
通过本次实验，我们深入了解了ZigBee组网的原理和应用，并通过实际操作掌握了搭建ZigBee网络的方法。
这对我们进一步研究和应用物联网技术具有重要意义。
六、展望在未来，随着物联网的不断发展，ZigBee网络将在更多的领域得到应用。
例如智能家居、智能医疗、智能交通等，ZigBee技术将为这些领域带来更多的便利和创新。
结语：通过本次实验，我们对ZigBee组网技术有了更深入的了解，并体验了其在物联网领域的应用。
ZigBee无线数据传输模块的设计组网及在管道自动化中的应用摘要本文介绍了一种新兴的短距离无线通信技术─—ZigBee（紫蜂）技术，利用无线收发模块、测试底板及计算机测试配置软件组成系统框架，搭建ZigBee 开发平台，并在该平台上实现ZigBee网络的拓撲结构。
在系统平台上进行调试，实现ZigBee无线模块的数据传输功能。
实践证明，利用ZigBee技术传输数据具有功耗低、时延小、体积小、耗资少、安全性高、灵活性强等优点。
其特别适合于自动控制和远程控制领域，可在管道自动化中实现各种应用。
关键词短距离无线通信；无线数据传输模块；ZigBee；自动化前言ZigBee是一种短距离、低速率、低功耗、低成本和低复杂度的双向无线通信技术，非常合适数据采集和控制信号的传输。
它工作于无须注册的2.4GHz国际免费频段ISM（Indust rial Scientific Medical Band ）[1]。
相对于其他的无线通信标准具有比较明显的特点和优势。
本文选用XBee Series 2作为无线收发芯片。
通过发光二极管的闪烁情况来判断XBee的通信状态。
1 ZigBee无线数据传输模块的设计及组网1.1 数传模块的系统架构与总体设计本系统的总体设计可分为无线收发芯片、串口转换电路（测试底板）、计算机测试配置软件三部分。
1.2 数传模块组网本文采用了星型网，星型网络配置由一个协调器节点（主设备）和一个或多个终端设备（从设备）组成[2]。
协调器是实现了一组很多ZigBee服务的一种特殊的全功能设备（FFD）。
终端设备可能是FFD或简化功能设备（RFD），各路由器（或终端）与中心协调器可以相互发送数据。
2 调试系统平台并实现模块功能2.1 无线数传模块的系统测试将无线收发芯片安装在测试底板上，连接好射频模块，安装计算机测试软件X-CTU并调试，完成软件与模组的通信连接，设置设备端口参数，完成系统平台的搭建。
2.2 无线数传模块的功能实现将协调器的目标地址设置成广播方式，将路由器的目标地址设置成协调器的地址。
- 174 -Zigbee 框架体系结构及组网技术的研究及应用单洪伟，费琳琳（日照职业技术学院 山东 日照 276800）在过去的几年里，随着信息技术的发展，计算机、网络已经成为人们日常生活的一部分。
相对于有线和远距离无线传输的不方便和昂贵资费，人们提出在自身周边几米或者几十米范围之内短距离通信的需求，需求推动科技发展。
于是出现了无线个人区域网络（Wireless Personal Area Network, WPAN）的概念。
WPAN 网络为短距离范围内的网络设备建立无线连接，把几米或者几十米范围内的多个网络设备通过无线的方式连接在一起，使它们可以相互通信甚至可以通过某个设备接入局域网（LAN）或Internet。
短距离、无线通讯技术一时风起云涌，成为信息通讯技术研究和发展的热点。
各种新的无线通讯技术层出不穷，无线局域网络日渐走入人们的生活。
Wi-Fi、蓝牙（Blue Tooth）、WLAN，Zigbee，红外线等无线技术相继出现，也逐渐为人们所熟知。
无可否认，各种无线技术在市场化的过程中展现了具大的应用潜力，但于此同时，各种无线链接方式的优缺点也都饱受诟病。
就像Wi-Fi 的穿透性、距离；蓝牙的传输速度、红外线的无障碍、直线要求。
就现在移动公司大力推广的、如日中天的WLAN 来说，区域范围小和基础布置的高费用也一直困扰着管理者收稿日期：2014–03–03 稿件编号：201403025基金项目： 山东省科技厅2013科学技术发展计划(政策引导类)项目(2013YD01023)作者简介： 单洪伟(1978—)，男，山东莒县人，硕士，讲师。
研究方向：网络技术。
摘要：基于Zigbee 网络的分层网络框架体系结构和以IEEE 802.15.4为基础的协议栈架构，采用理论介绍和实验验证相结合的方法，首先对Zigbee 网络框架结构体系进行了介绍，接着通过无线控制开关与照明设备间的无线连接方式和路由选择实验，来验证Zigbee 网络的自主搜索、自主组网的技术特点，最后得出Zigbee 作为一种新型的无线网络形式，在无线物联传感方面有巨大的优势，必将在无线传感网络中获得更广泛的应用。
关键词：物联网；IEEE802.15.4协议；网络自愈；数据采集中图分类号：TN 919.3+4 文献标识码：A 文章编号：1674-6236(2014)11-0174-031 Zigbee 的框架体系结构Research and application of Zigbee framework architecture and networking technologySHAN Hong-wei, FEI Lin-lin（Rizhao Polytechnic , Rizhao 276800, China ）Abstract: Based on the hierarchical network structure of Zigbee network and IEEE802.15.4 based protocol stack architecture, adopt theory introduction and experimental verification to look at and appraise union method. First, the Zigbee network frame structure was introduced. Then, through the wireless connection between the wireless control switch and lighting devices and routing experiment, to verify the Zigbee network of independent searching and independent networking technology features. Conclusion that Zigbee as a new type of wireless network, there are great advantage in terms of wireless sensing of Things. It will certainly get a wider range of applications in wireless sensor networks.Key words: The Internet of things; IEEE802.15.4 protocol; network self-healing; data acquisition和使用者。
各种无线网络要求都在努力追寻适合自己的无线网络传输方式。
伴随着物联中国（IOT China）概念的提出，物联网（The Internet of Things）作为一个全新的概念出现在人们的视野中，物联网所提倡的自动感应、识别技术得到了人们的广泛关注，无线通讯技术和传感器技术获得了飞速发展，无线传感器网络在工业生产、军事探测、智能家居、医疗保健、教育科研中有了更广泛的应用[1]。
工业自动化和家庭智能化对无线数据通信的需求也越来越强烈。
低速率、低功耗、可嵌入、网络自愈力强的无线要求使得在无线网络传播中一直默默无闻的Zigbee 异军突起，成为作为无线传感器网络的主要支撑技术[2]。
Zigbee 是由英文单词“zig”和“bee”组成的，zig 的意思为Z 型的转向，bee 为蜜蜂，合起来表示蜜蜂的8字形舞蹈。
众所周知，蜜蜂在发现花粉后会通过一种特殊的飞行动作语言来告知同伴新发现的花粉的位置信息，这种肢体语言就是Zigbee 舞蹈，是蜜蜂之间一种简单传达信息的方式。
人们用电子设计工程第 11 期第22卷Vol.22No.11Electronic Design EngineeringJun. 20142014年6月- 175 -Zigbee 来命名这种无线通讯方式，也是因为Zigbee 也有蜜蜂8字舞一样近距离、低复杂度、自组织的特点[3]。
Zigbee 采用了OSI 模型体系结构，由称之为层的各个模块(实体）组成，不同的模块（实体）负责不同的功能，每一层为其上一层提供数据整合和传输服务。
每个服务模块通过相应的服务接入点SAP（Service Access Point，SAP）为其上层提供数据服务接口，每个服务接入点SAP 通过服务原语来完成所对应的功能[4]。
通常将Zigbee 的协议栈结构分为六层结构，如图1所示：1) IEEE802.15.4协议Zigbee 采用了OSI 的分层结构，其实也可以说是TCP/IP 协议的分层结构，因为它只采用了下面两层，物理层（Physical Layer，PHY）和数据链路层（Data Link Layer，DLL）。
又将数据链路层分成了两个子层：媒体接入层（Media Access Control，MAC）和链路层（Logical Link Control，LLC）。
这两层的协议标准由IEEE802.15.4协议工作小组制定，这也是许多文献说Zigbee 采用IEEE802.15.4协议的原因。
①物理层物理层是协议的最底层，承担着和外界进行信息交换的任务，并控制RF 收发器工作，还定义了物理层和MAC 子层之间的接口。
②MAC 子层MAC 子层负责处理所有的物理无线信道访问，保证MAC 协议数据单元在物理层数据服务中正确收发，并产生网络定位信号，所以MAC 在日常中也被人们称为的网卡地址。
另外，MAC 还支持个人局域网PAN（Personal Area Network, PAN）连接和退出，并为新加入的PAN 提供MAC 数据接入链接。
LLC 子层为网络层提供数据接口[4]。
2) Zigbee Alliance 标准Zigbee Alliance 在IEEE802.15.4协议的基础上对网络层进行了标注化，并在网络层的基础上开发了安全层。
①网络层网络层是Zigbee 协议栈的核心部分，Zigbee Alliance 的大部分工作也都体现在网络层，网络层主要实现网络节点加入或离开，路由查找及传送数据等功能。
Zigbee的自动组网和网络自愈功能也主要体现在网络层。
图1 Zigbee 协议栈结构图Fig. 1 Structure diagram of Zigbee protocol stack当一个网络节点加入或者退出时，Zigbee 可以自动重新计算网络，选择最合适的网络传输线路。
如图：a）Zigbee 可以自动搜索和感知临近的网络，形成交互网络。
台灯与无线开关之间形成网路。
b）需要信息传递时，自动搜寻最合适的网络。
台顶与开关交互式，自动监测，通过粗的红色线路形成数据交互链路。
c）当其中某个或多个节点关闭时，Zigbee 自动重新链接网络，重新定义线路。
当图中3个蓝色节点关闭后，台灯与无线开关重新定义并链接。
如图4所示：②安全层安全层（Security Service Provider，SSP）是Zigbee 独立开发出来进行信息安全验证的功能模块，在OSI 和TCP/IP 模型中都没有体现。
它主要负责实现信息交换的密钥管理、密钥存取等功能。
③应用程序接口应用程序接口（Application Interface，API）负责向用户提供简单的应用软件接口，包括应用子层支持（Application图2 自动组网示意图Fig. 2Automatic network diagram图3 自主选择路由线路图Fig. 3Choose the route diagram图4 网络自愈示意图Fig. 4 Network self-healing diagram 单洪伟，等 Zigbee 框架体系结构及组网技术的研究及应用- 176 -Sub-layger Support，APS）和Zigbee 设备对象（Zigbee Device Object，ZDO）等，实现应用层对设备的管理。
应用子层支持（Application Sub-layger Support，APS）提供网络层与应用层之间的链接界面，维持两个层面之间的链接表，并在链接之间传递信息，并维持建立着一个ASP 资讯库。
Zigbee 设备对象（Zigbee Device Object，ZDO）的功能包括起始应用支持层次，网络层以及安全服务等，并负责建立上层应用所需要的各种资讯，发出或回应上次应用的链接要求，发现同一个网络上的装置与应用服务、以及为网络装置之间建立安全关系等。
Zigbee 的组网一般来说就是指以Zigbee 为主要无线传播技术的无线局域网络搭建。
