当前位置：文档之家 › 浅析ZigBee无线组网技术的研究与实现

浅析ZigBee无线组网技术的研究与实现

  • 格式：pdf
  • 大小：1.37 MB
  • 文档页数：1

分析
Technology Analysis
D
I G I T C W 技术
70DIGITCW
2019.02
ZigBee 是一种新出现的低速率、低成本、短距离无线网络技
术，具有自己的无线电标准，是在数以千计的微小的传感器中相互协调来实现的。

ZigBee 的基础是IEEE 802.15.4，它是IEEE 无线个人区域网（PAN ）工作组的一个标准，也叫作IEEE 802.15.4（ZigBee ）技术标准。

基于ZigBee 技术的无线网络和其它技术相结合能够实现成为无所不在的传感器网络，该网络不但能够在军事、医疗、工业等传统领域获得极高的应用价值，还能涉及到人类日常生产生活中的方方面面。

1 ZigBee 无线组网技术的优势
ZigBee 无线组网技术和原有的无线网络相比，拥有以下几个
优点：
（1）具有更好的节能性与可靠性。

在单跳网络中，若一个接
入点出现问题就会影响到所有的网络；而无线组网中的所有节点
和路由器都单独的接收并传输信息，当某个节点出现问题时，通
过中继处理，绕过问题，信息能够通过其他的通信链路进行传递，
从而确保所有的网络都能够运行。

同时，在无线组网技术中，每
个节点能够离得很近，因此节点所需要的功率极大的减小了，多
跳技术增强了无线组网中节点电池的使用寿命。

（2）高带宽。

按照无线通信的物理特点，无线传输距离越大
时，数据丢失和干扰的几率就会增加，所以通信传输的距离越短
其带宽就能越高。

无线组网技术能够使用多次“短跳”来传输信
息，节点之间的无线信号干扰会因为路程的缩小而降低，但信道
利用率和质量会因为路程的减少而加强，从而使得带宽程度变高，能够获得更高的带宽。

（3）冲突降低。

由于链路是网状结构，所有节点能够使用的
链路数得到了加强，同时所有的网络节点都拥有选路能力，全部自组织网络能够在一定程度上降低业务执行时产生的冲突。

无线
网状网中的一个路径如果出现了问题，节点就能够自动搜索其他
的冗余通信通道，选择其余能够通行的信息通道展开信息传递，从而保持正常的网络通信，降低了业务开展过程中出现冲突的可
能性。

2 ZigBee 组网方案设计网状网络的路由能够自主构建并进行维护，且拥有极强的自愈、自组织能力，该网络能够通过“多级跳”的方式来展开通信，
是一种以接力方式传输的，较为特殊的点对点网络结构。

同时它
还能组成较为复杂的网络，拥有较强的路由深度与网络节点规模。

2.1 网络的初始化
ZigBee 网络的构建是通过协调器（Coordinator ）来实现的，
所有的节点若要构成一个网络一定要达到以下的条件：一是节点
要是FFD 节点，拥有协调器的作用；
二是节点还未和其他网络连接，因为一个网络中只能有一个协调器，若该节点已和其他网
络相连，则该节点就只能是其他网络中的子节点，无法再构建自
身的网络。

ZigBee 的所有节点都有单独的MAC 地址，且地址是
通过预编程设计的，ZigBee 的网络初始化具有以下顺序：
一是确定网络协调器。

第一先要分析节点是否是FFD 节点，然后该FFD 节点将会检测其有没有形成网络，若未形成网络，就会马上
构建出一个全新的网络流程，从而建立自身的ZigBee 网络；
二是展开信道扫描。

该扫描可以分为主动扫描和能量扫描，能够防止可能出现的干扰。

网络层会先发出请求对相应的信道展开能量检测扫描，网络层会发送扫描类型（Scan Type ）参数设置为能量检测扫描的MLME-SACAN.request 原语到MAC 层展开信道能量检测扫描，扫描的结果再通过MLME-SACAN.confirm 原语返回；三是设置网络ID 。

若网络层管理实体发现合适的网络后，协调
器就会挑选一个PAN 标识符PAN ID 赋予该新网络，该ID 取值
一般不超过0x3FFF ，且ID 在该信道中具有唯一性。

网络层管理
实体通过NLME_SET.request 原语把PANID 写入macPANID 属性。

能够通过监听信道中的其他网络来获得ID ，也能人为的确定ID ，
但选择的ID 无法和存在的ID 相冲突。

2.2 节点通过协调器加入网络
当明确ZigBee 协调器后，节点首先就要和协调器相连并接入网络。

按照FFD/RFD 的特点，接下来对FFD 节点和协调器相连加入网络的流程展开分析。

第一FFD 节点要向协调器提出连接的申请，才能进行连接，协调器收到节点的连接请求后按照情况决定是否进行连接，并对节点作出反应，具体流程如下：一是寻找网络协调器。

第一会自主进行扫描发现周围的网络协调器，若在扫描时间内发现信号，就能够得到协调器的有关信息，此时就会向协调器发出连接的请求。

若没有检测到信号，就会在一段
时间后再次进行扫描；耳带式发送关联请求命令。

节点会把关联请求命令发送到协调器，协调器收到信息后会马上发出确认帧（ACK ）
，并向其上层发出连接指示原语，表明已经接收到节点的连接请求；三是等待协调处理。

当节点接收到请求命令ACK 后，节点的MAC 就会等待一段时间，接受协调器的连接响应；四是发送数据请求命令。

若协调器在响应时间内允许节点加入，那么
就会出现关联响应命令并储存该命令。

响应后，节点发送数据请求命令给协调器，协调器收到消息后马上回复ACK ，并把存储的关联响应命令发送给节点；五是回复，节点接收到关联响应命
令后，会马上向协调器回复确认帧（ACK ）
，从而确认接收到连接响应命令。

3 结束语基于ZigBee 的无线组网技术能够使用先进的交换机、路由器、传感器等实现数据的传输，并构建出较好的路由器转发通信
协议和安全、高速的传输带宽，从而确保无线组网技术能够正常
的开展。

参考文献[1] 董亚军，李凯宜，郭磊 等.基于ZigBee 无线通信组网研究与设计[J].中国新通信，2018（3）.[2] 孙小丽，曹新伟，马皓诚 等.基于ZigBee 的无线传感器组网技术研究与应用探讨[J].数字通信世界，2017（9）.
浅析ZigBee 无线组网技术的研究与实现
杨 旭，田 宇，杜士华，董兴楷，王建业
（内蒙古工业大学，呼和浩特 010010）
摘要：随着传感器、PLC、单片机等的快速发展，极大的提升了ZigBee 无线组网技术在智能家居、物流仓储、智能制造等方面的应用，并取得了较好的成效。

ZigBee 作为无线通信传输路由技术，能够对无线通信网络的信号进行汇聚、转发、接收与采集，可以极大的增强无线通信的带宽与覆盖范围，具有十分重要的作用与意义。

关键词：ZigBee ；无线组网技术；研究doi ：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2019.02.047
中图分类号：TN92 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2019）02-0070-01。

合集下载

基于ZigBee技术的无线通信浅析

基于ZigBee技术的无线通信浅析

基于ZigBee技术的无线通信浅析随着物联网技术的不断发展，无线通信技术得到了广泛的应用和推广，其中基于ZigBee技术的无线通信在物联网领域中具有重要的地位。

ZigBee技术是一种低成本、低功耗、短距离、低数据传输率的无线网络通信技术，广泛应用于智能家居、工业自动化、智能医疗等领域。

本文将对基于ZigBee技术的无线通信进行浅析。

一、ZigBee技术的特点1. 低成本：ZigBee技术的成本非常低廉，可以大规模应用于物联网设备中，降低了整体系统的成本。

2. 低功耗：ZigBee技术采用了睡眠模式和快速唤醒技术，能够大大降低设备的功耗，延长了设备的使用寿命。

3. 短距离：ZigBee技术的通信距离一般在10-100米之间，适用于短距离通信场景。

4. 低数据传输率：ZigBee技术的数据传输率一般在20-250kbps之间，适用于对数据传输速率要求不高的场景。

5. 自组网能力：ZigBee技术支持设备之间的自组网，能够实现多节点之间的互联互通。

二、ZigBee技术的应用1. 智能家居：ZigBee技术在智能家居领域中得到了广泛的应用，可以实现家庭内各个设备之间的互联互通，比如智能灯具、智能门锁、智能家电等设备可以通过ZigBee技术实现互联互通和远程控制。

2. 工业自动化：ZigBee技术可以应用于工业自动化领域，实现设备之间的无线通信和监控，提高工业生产效率和安全性。

3. 智能医疗：ZigBee技术可以应用于智能医疗设备中，实现各种医疗设备之间的互联互通，比如医疗传感器、远程监测设备等。

4. 物联网设备：ZigBee技术可以应用于各种物联网设备中，比如智能穿戴设备、智能家居设备、智能运输设备等。

四、ZigBee技术的挑战1. 通信距离有限：ZigBee技术的通信距离有限，适用于短距离通信场景，对通信距离要求较远的场景不适用。

2. 数据传输速率较低：ZigBee技术的数据传输速率较低，适用于对数据传输速率要求不高的场景，对数据传输速率要求较高的场景不适用。

ZigBee技术的无线传感网络研究

ZigBee技术的无线传感网络研究

ZigBee技术的无线传感网络研究本文将对ZigBee技术的无线传感网络进行研究，包括ZigBee技术的基本原理、网络拓扑结构、通信协议等方面。

一、ZigBee技术的基本原理ZigBee是一种低功耗的无线网络技术，它采用的是IEEE 802.15.4标准，与Wi-Fi和蓝牙不同，它主要用于传感器、控制等低功耗设备。

ZigBee技术在无线通信方面具有以下优点：1.低功耗：ZigBee技术对电池的使用寿命进行了优化，使得终端设备可以长时间运行。

2.低速率：ZigBee技术的传输速率较慢，但足以满足低功耗设备的要求。

3.灵活的网络拓扑结构：ZigBee技术支持多种网络拓扑结构，如星型、树状、网状等。

4.小型化：ZigBee技术的终端设备一般体积小、重量轻、功率低，并且可以移动。

其中，星型结构是最基本的结构，它由一个中心节点和多个外部节点组成，所有外部节点与中心节点相连。

星型结构适用于小规模网络。

树状结构是在星型结构的基础上，增加了多个中间节点，使得整个网络拓扑结构更加分散。

树状结构适用于中等规模的网络。

网状结构是将网络分成多个子网，每个子网都由一个或多个节点组成。

当节点需要进行通信时，它可以选择自己所在子网的节点还是其他子网的节点。

网状结构适用于大规模网络。

ZigBee技术采用的是层次化的通信协议，其中包括应用层、网络层、MAC层和PHY层。

应用层是相对较高层面的协议，它包括各种应用的数据格式和通信方式，如传感器、智能电器等。

网络层负责管理节点之间的通信，它主要包括网络拓扑结构、路由选择、协议广播等。

MAC层是指控制机器访问的子层，它负责协调数据的传输，包括数据包的封装和解封、数据的传输模式等。

PHY层是ZigBee传输协议的底层，它负责真正的无线信号传输，包括信道、频率、调制等。

总结：ZigBee技术是一种适用于低功耗设备的无线传感网络技术，主要特点是低功耗、低速率、灵活的网络拓扑结构和小型化。

它的通信协议采用层次化的结构，包括应用层、网络层、MAC层和PHY层，可以实现传感器、智能家居等众多应用场景。

ZigBee技术的无线传感网络研究

ZigBee技术的无线传感网络研究

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组网实验报告

Zigbee组网实验报告

Zigbee组网实验一．实验目的1.了解zigbee网络2.掌握zigbee节点程序下载方式3.掌握如何组建zigbee星状网络二．实验意义通过实验了解zibee网络的特点，体会其组网及通信过程三．实验环境PC机一台(内安装IAR环境)智能网关一个ZigBee节点ZigBee仿真器一套四．实验原理每一个星状网络中只有一个协调器，当协调器被激活后，它就会建立一个自己的网络。

其它位于协调器附近的zigbee节点，如果与该协调器处于同一信道，则会自动加入到该网络当中。

五．实验步骤一、认识实验设备以及下载设备连接连接线路如图所示：二、Zigbee网络组建1、协调器下载协调器在本套智能家居系统中担任信息收集与传输的工作，它和每个ZigBee模块进行无线通讯，并将信息传送给智能网关，同时也将网关的控制指令发送给各个模块。

我们首先将一个ZigBee模块下载成协调器，具体步骤如下：（1）打开“\实验程序\协调器\Projects\zstack\Samples\collector SimpleApp 1.25\ CC2430DB\SimpleApp.eww”。

如图1-6所示：（2）不同的实验小组选择自己所分配的信道。

点击左侧的文件导航栏，找到tools文件夹，打开其中的文件f8wConfig.cfg，找到自己小组的信道，将行的注释去掉，并且确认其他各个信道代码均为注释状态。

更改完信道之后，在菜单栏中选择Project\Rebuild All进行编译，编译完成后生成的HEX 文件保存在\实验程序\协调器\Projects\zstack\Samples\collectorSimpleApp1.25\CC2430DB\SimpleCollectorEB\Exe 中。

（3）更改完信道之后，在菜单栏中选择Project\Rebuild All进行编译，编译完成后生成的HEX文件保存在\实验程序\协调器\Projects\zstack\Samples\collectorSimpleApp1.25\CC2430DB\SimpleCollec torEB\Exe中；（4）打开smartRF下载软件，如图所示，按照图将下载设备的各个线连接好，之后按一下下载器（也就是白色盒子）上面的黑色按钮，则下载界面中将会识别到要与下载器相连接的zigbee模块芯片，如图所示，对相关条件进行勾选；2.其它zigbee终端节点的下载Zigbee终端节点在上电后自动加入到处于同一信道的zigbee协调器所组建的zigbee网络当中。