第6章Zigbee网络技术.

zig bee课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解ZigBee技术的基本概念，包括其起源、特点和应用领域。

2. 学生能够掌握ZigBee网络的体系结构，了解其物理层、媒体访问控制层和网络层的工作原理。

3. 学生能够了解ZigBee协议栈的组成及其在无线传感器网络中的应用。

技能目标：1. 学生能够运用ZigBee模块进行基本的无线通信编程，实现数据发送和接收。

2. 学生能够设计并实现一个小型的ZigBee无线传感器网络系统，进行数据采集和监控。

3. 学生能够通过实验和项目实践，掌握ZigBee网络的配置、调试和维护方法。

情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到ZigBee技术在物联网和智能生活领域的广泛应用，增强对物联网技术的兴趣和热情。

2. 学生能够在学习过程中培养团队合作意识，提高沟通与协作能力。

3. 学生能够养成积极探索、动手实践的学习习惯，培养创新思维和问题解决能力。

课程性质：本课程为信息技术课程，旨在让学生了解和掌握ZigBee技术的基本原理和应用，培养实际操作能力和创新意识。

学生特点：学生为初中生，具备一定的信息技术基础，对新鲜事物充满好奇心，喜欢动手实践。

教学要求：结合课程性质和学生特点，教学过程中应注重理论与实践相结合，鼓励学生动手实践，培养其解决问题的能力。

同时，注重培养学生的团队合作意识和创新思维。

通过分解课程目标为具体学习成果，为教学设计和评估提供依据。

二、教学内容1. 引入ZigBee技术：介绍ZigBee的起源、发展历程、特点及其在物联网中的应用。

- 教材章节：第一章 ZigBee概述- 内容：ZigBee的发展背景、关键技术、与其他无线通信技术的对比。

2. ZigBee网络体系结构：讲解ZigBee物理层、媒体访问控制层、网络层的工作原理。

- 教材章节：第二章 ZigBee网络体系结构- 内容：各层的作用、协议栈结构、ZigBee设备类型。

3. ZigBee协议栈与应用：介绍ZigBee协议栈的组成，及其在无线传感器网络中的应用。

Zigbee技术简介Zigbee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。

它此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。

它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。

这些传感器只需要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，因此它们的通信效率非常高。

最后，这些数据就可以进入计算机用于分析或者被另外一种无线技术如WiMax收集。

Zigbee的基础是IEEE802.15.4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IEEE802.15.4(Zigbee)技术标准。

Zigbee不仅只是802.15.4的名字。

IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟对其网络层协议和API进行了标准化(如下图2所示)。

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技术的主要特点包括以下几个部分:*数据传输速率低:一般在10kbps～250kbps，传输速率低，专注于低传输应用;*功耗低: 工作状态下平局功耗在几十毫瓦，休眠状态1μw。

在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月到2年，免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。

这也是Zigbee的支持者所一直引以为豪的独特优势;*成本低:因为Zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。

且Zigbee协议免收专利费。

*时延短:通常时延都在15毫秒至30毫秒之间;*安全:Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同时可以灵活确定其安全属性;*网络容量大:每个Zigbee网络最多可支持255个设备（最大节点数达6万以上），也就是说，每个Zigbee设备可以与另外254台设备相连接;*优良的网络拓扑能力:ZigBee具有星、树和丛网络结构的能力。

ZigBee网络技术及其应用。

随着物联网的不断发展，越来越多的智能设备开始进入人们的生活中，这些设备需要实现相互之间的联网，实现智能化的功能。

而一个联网的基础，就是搭建一个可靠的网络。

ZigBee网络技术，就是一种针对物联网设备而设计的网络技术。

它采用低功耗、短距离的无线通信方式，可以支持数百个设备的连接。

在无线传输距离、能耗和传输容量方面都有着非常出色的表现。

ZigBee网络技术与传统无线技术不同，它采用短距离无线通信，和蓝牙有一些相似的地方。

但是与蓝牙技术基本不同的是，ZigBee采用了自组织的网络结构，属于一种无中心式网络结构，可以自动地对成员节点进行管理和控制，从而降低了各个节点之间的耦合性。

在组网方面，ZigBee网络通常采用网格型的结构，每个节点可以和周围的其他节点进行连接，形成一个自组织的网状网络。

这种网状结构，大大增强了网络的容错性、可扩展性和灵活性，在数据传输和设备控制方面也有着较好的表现。

在使用方面，ZigBee网络具备极低的功耗和较长的续航时间，对于需要长时间运行的设备来说，这种低功耗的特性非常重要。

它可以采用内置电池，不需要定期更换电池，同时也可以采用一些无源能源来为设备供电，如太阳能、风能、压电能等。

在物联网的应用中，ZigBee网络技术得到了广泛的应用，如智能家居、能源管理、医疗监控、智能交通等领域，在各个领域都具备着不同的特点和应用场景，下面我们详细介绍几个典型的应用场景。

1. 智能家居智能家居是物联网应用中的一个重要领域，解决了人们生活中繁琐的家务问题，ZigBee网络技术在智能家居中的应用也得到了广泛的探讨和应用。

智能家居主要包括家庭能源管理、智能安防、智能家居控制等功能，通过ZigBee网络技术可以实现家电、灯光、窗户、门锁等知名设备的远程控制，使得家居智能化程度得到了极大的提升。

2. 能源管理能源管理主要解决的问题是如何对能源进行高效的管理和利用，降低能源的浪费。

基于ZigBee的短距离无线通信网络技术随着无线通信技术的快速发展，短距离无线通信网络已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。

ZigBee是一种具有低功耗、低速率、短距离传输和低成本等特点的无线通信网络技术，在物联网应用领域得到了广泛的应用。

一、ZigBee技术的基本原理ZigBee技术是一种基于IEEE 802.15.4标准的无线通信技术，它的通信机制是采用短距离、低速率、低功耗的方式进行通信。

该技术主要依靠两种设备来工作：一个是协调器（Coordinator），另一个是设备（Device）。

协调器是整个ZigBee网络的中心节点，它负责网络的配置、管理和控制。

而设备则是协调器的从属节点，它们的功能是根据协调器的指示进行传输和处理。

ZigBee技术实现了多层协议，包括物理层、媒体访问控制层（MAC）、网络层和应用层。

其中，物理层主要负责无线信号的发送和接收，而MAC层则主要负责网络访问和帧格式的定义。

网络层主要负责地址管理和路由选择，应用层则主要负责数据处理和应用程序的开发。

基于这些协议层，ZigBee技术可以实现网络的构建、节点之间的通信和数据传输。

二、ZigBee技术的应用场景ZigBee技术在物联网应用领域有着广泛的应用，以下是几种常见的应用场景：1.智能家居：通过ZigBee技术可以实现家居智能控制，如智能灯、智能插座、智能门锁等。

居民可以通过手机或智能终端来控制家居电器，实现远程控制。

2.工业控制：ZigBee技术可以应用于工业自动化控制领域，如无线传感器网络（WSN），通过无线传感器网络实现对工业自动化系统的远程监测和控制，提高生产效率。

3.智能交通：ZigBee技术可以应用于智能交通领域，如智能车道、智能停车场等。

通过ZigBee技术可以实现车辆之间的交通信息分享和车辆自动控制，提高道路安全和路况畅通性。

三、ZigBee技术的优点和不足优点：1.低功耗：ZigBee技术采用了低功耗的方式进行通信，节点可以长时间运行，同时也可以减少电池更换的频率。

ZigBee无线通讯技术介绍一、ZigBee技术的起源ZigBee是一种新兴的近距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线传感器网络的新技术,它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。

主要用于近距离无线连接，面向无线传感和工业控制应用领域。

它依据802.15.4标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。

这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高。

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

可以说是一种小的动物通过简捷的方式实现“无线”的沟通。

人们借此称呼一种专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术，亦包含此寓意。

一般而言,随着通信距离的增大,设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。

相对于现有的各种无线通信技术,ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术。

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等四大公司加盟ZigBee联盟，这一事件成为ZigBee技术的里程碑。

到目前为止，加盟ZigBee 联盟的不仅仅只有当初的四大公司，而是涵盖了IT领域以及其它行业的150多家企业。

ZigBee是一组基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的、有关组网、安全和应用软件方面的技术，IEEE 802.15.4仅处理MAC层和物理层协议，ZigBee 联盟对其网络层协议和API进行了标准化。

ZigBee是由ZigBee Alliance所主导的标准，定义了网络层（Network Layer）、安全层（Security Layer）、应用层（Application Layer）、以及各种应用产品的资料（Profile）；而由国际电子电机工程协会（IEEE）所制订的802.15.4标准，则是定义了物理层（PHY Layer）及媒体存取层（Media Access ControlLayer；MAC Layer）二、技术特点：★功耗低ZigBee 技术采用了多种节电的工作模式，在休眠状态下耗电量仅仅只有1μW，通信距离短的情况下工作状态的耗电为30mW，在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月以上；★通信可靠ZigBee采用了CSMA－CA的碰撞避免机制，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，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息；★网络的自组织、自愈能力强ZigBee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络；ZigBee自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作；★成本低设备的复杂程度低，且ZigBee协议是免专利费的，这些可以有效地降低设备成本；ZigBee 的工作频段为免执照频段的2.4GHz，是免使用费的无线通信信道；★网络容量大每个ZigBee网络最多可支持65000个节点，也就是说每个ZigBee节点可以与数万节点相连接。

zigbee网络原理与应用Zigbee是一种低功耗无线通信技术，主要用于物联网应用中的传感器网络。

它采用了低功耗、低数据速率和短距离通信的特点，可用于各种家庭自动化、工业控制和医疗监测等领域。

Zigbee网络具有以下几个核心原理：1. 网络拓扑结构：Zigbee网络采用了星型、树型或网状的拓扑结构。

其中，星型拓扑结构是最简单的，所有节点都直接连接到协调器。

树型拓扑结构则是基于星型拓扑的扩展，形成多层次的网络结构。

而网状拓扑结构可以让节点之间通过中继器相互连接，提高网络的稳定性和可靠性。

2. 路由协议：Zigbee网络使用了AODV（Ad-hoc On-demand Distance Vector）路由协议。

该协议采用基于需求的路由发现机制，只在需要传输数据时才进行路由发现和维护，从而降低网络的能耗。

3. 能耗管理：在Zigbee网络中，节点处于睡眠状态时能耗极低，只有当网络中有数据需要传输时才会被唤醒。

此外，节点之间的通信主要依靠广播和短距离传输，也减少了能耗。

Zigbee网络的应用非常广泛，包括但不限于以下几个方面：1. 家庭自动化：Zigbee可以将各种智能设备连接到一个家庭网络中，实现智能家居控制。

例如，可以通过手机控制灯光、温度、门锁等设备，提高家居的安全性和舒适性。

2. 工业控制：Zigbee可以用于工业领域中的传感器网络，实时监测和控制生产过程。

例如，可以监测温度、湿度、压力等参数，并控制机器的运行状态，实现精确的工业自动化控制。

3. 物流和仓储管理：Zigbee可以用于物流和仓储领域中的物品追踪和管理。

例如，可以在物品上安装Zigbee节点，通过网络实时监测物品的位置和状态，提高物流运输的效率和可追溯性。

4. 医疗监测：Zigbee可以用于医疗领域中的远程监护和患者健康管理。

例如，可以将各种健康传感器连接到一个Zigbee网络中，实时监测患者的心率、血压、血糖等指标，并将数据传输给医生或云端平台，实现远程监护和健康管理。

1．ZigBee技术概述ZigBee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术，其物理层和数据链路层协议为IEEE 802.15.4协议标准，网络层和安全层由ZigBee联盟制定，应用层的开发应用根据用户的应用需要，对其进行开发利用，因此该技术能够为用户提供机动、灵活的组网方式。

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据不同，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（indus- trial，scientific and medical，ISM）频段，该频段为免付费、免申请的无线电频段，在该频段上，数据传输速率为250Kb／s；另外两个频段为915／868MHz，其相应的信道个数分别为10个和1个，传输速率分别为40Kb ／s和ZOKb／s，868MHz和915MHz无线电使用直接序列扩频技术和二进制相移键控（BPSK）调制技术。

2.4GHz无线电使用DSSS和偏移正交相移键控（O－QPSK）。

在组网性能上，ZigBee可以构造为星形网络或者点对点对等网络，在每一个ZigBee组成的无线网络中，连接地址码分为16b短地址或者64b长地址，可容纳的最大设备个数分别为216和264个，具有较大的网络容量。

在无线通信技术上，采用CSMA－CA方式，有效地避免了无线电载波之间的冲突，此外，为保证传输数据的可靠性，建立了完整的应答通信协议。

ZigBee设备为低功耗设备，其发射输出为0～3.6dBm，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，设备可以自动调整设备的发射功率，在保证通信链路质量的条件下，最小地消耗设备能量。

为保证ZigBee设备之间通信数据的安全保密性，ZigBee技术采用了密钥长度为128位的加密算法，对所传输的数据信息进行加密处理。