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Zigbee的原理应用什么是Zigbee技术？Zigbee是一种远距离、低功耗、低速率的通信技术，广泛应用于物联网领域。
它基于IEEE 802.15.4标准，并支持多种网络拓扑结构，如星型、网状和树状。
Zigbee技术主要用于短距离和低功耗的无线传感器网络。
Zigbee的工作原理Zigbee使用了基于IEEE 802.15.4的物理层和MAC层协议进行通信。
物理层定义了无线信道的特性和传输速率，MAC层管理通信的接入和网络层功能。
Zigbee 通过发送和接收数据帧实现节点之间的通信。
Zigbee网络中有三种类型的节点：协调器（Coordinator）、路由器（Router）和终端设备（End Device）。
协调器是网络的中心节点，负责管理网络拓扑结构和协调节点之间的通信。
路由器是网络中的中继节点，有能力转发数据帧。
终端设备是最简单的节点，只能与路由器或协调器进行通信。
Zigbee网络可以支持几个不同的应用场景，如智能家居、工业自动化和远程监测等。
每个节点可以通过使用不同的应用层协议来实现特定的功能。
Zigbee的应用领域智能家居在智能家居领域，Zigbee可以用于实现家庭自动化。
通过将各种设备连接到Zigbee网络，用户可以通过智能手机或其他智能设备来控制各种功能，如灯光、温度和安全系统等。
此外，Zigbee还可以实现家庭能源管理，通过智能电表和电器设备的联网，实现能源的监控和控制。
工业自动化Zigbee在工业自动化领域的应用越来越广泛。
Zigbee节点可以用于监测温度、湿度、压力等参数，以及控制工业设备。
通过建立Zigbee传感器网络，可以实现对工业过程的实时监测和远程控制，提高生产效率和安全性。
远程监测Zigbee也被广泛应用于远程监测领域，如环境监测、农业监测和健康监测等。
通过部署Zigbee传感器节点，可以实时监测环境参数（如温度、湿度、空气质量等）、农田土壤湿度和作物生长状况，以及人体生理参数等。
0引言目前发展较成熟的几大无线通信技术，往往比较复杂，不但耗费较多资源，成本也较高，不适于短距离无线通信。
ZigBee 技术的出现就弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，大大减少资源的浪费，且有很大的发展前景。
ZigBee 技术是在IEEE 802.15.4协议标准的基础上扩展起来的，是一种短距离、低功耗、低传输速率的无线通信技术。
该技术主要针对低速率传感器网络而提出，能够满足小型化、低成本设备的无线联网要求，可广泛应用于工业、农业和日常生活中。
ZigBee 无线网络根据应用的需要可以组织成星型网络、网状网络和簇状网络三中拓扑结构。
ZigBee 网络有两种类型的多点接入机制。
在没有使能信标的网络中，只要信道是空闲的，任何时候都允许所有节点发送。
在使能信标的网络中，仅允许节点在预定义的时隙内进行发送。
协调器会定期以一个标知为信标帧的超级帧开始发送，并且希望网络中的所有节点与此帧同步。
在这个超级帧中为每个节点分配了一个特定的时隙，在该时隙内允许节点发送和接收数据。
超级帧可能还含有一个公共时隙，在此时隙内所有节点竞争接入信道。
1无线传感器网络节点硬件设计本文采用集成MCU+射频收发模块的SOC 设计方式，这种组合方式的兼容性与芯片之间的数据传输可靠性强，而且能实现节点的更微小化和极低的功耗。
1.1无线传感器网络节点组成无线传感器网络节点一般由传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源管理模块组成，如图1所示。
数据采集单元用来采集区域的信息并完成数据转换，采集的信息包含温度、湿度、光强度、加速度及大气压力等；数据处理单元控制整个节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理和任务管理等；数据传输单元用于与其他节点进行无线通信、交换控制消息及收发采集数据；电源管理单元选通所用到的传感器。
1.2CC2430模块本文采用CC2430芯片为核心来设计传感器节点。
CC2430芯片是挪威Chipcon 公司推出的符合IEEE 802.15.4标准ZigBee 协议的Soc 解决方案。
总第172期2008年第10期舰船电子工程Ship Electronic Enginee ring Vol.28No.1032 Zi gbee 无线传感器组网技术及其应用3王 妍1) 沈国华2)(海军指挥学院1) 南京 210016)(解放军91180部队2) 旅顺 116041)摘 要 Z igbee 技术是一种新型的无线传感技术,就其的网络特点展开介绍,通过对网络容量,网络组网形式等方面论述,给出星型网络在无线电表抄表系统的应用。
关键词 Z igbee ;星型网络;无线电表中图分类号 TM933Zigbee Wireless Sensor Net work Tech nology a nd App licat ionW ang Ya n 1) Shen Guohua 2)(Na val Comma nd Acadamy 1),Nanjing 210016)(No.91180Troop s of PLA 2),Lvshun 116041)Abs tra ct Z igbee is a new wir eless se nsor tec hnology.This paper introduces Zigbee πs netwo rk cha racter.And partic u 2la rly disc usses it πs network capacity ,netwo rk f orm.It provides t he application of the asteroid network in wirele ss a mmeter syste m.Ke y w ords Zigbee ,asteroid networ k ,wirele ss ammeter Class N umber TM9331 引言近距离无线通信技术的发展,解决了有线线缆带来的不便,特别是在遥测遥感、工业自动控制、家用电器等领域有较大的应用前景。
Ｚｉｇｂｅｅ技术在无线传感器网络中的应用作者：孙茂一陈利学来源：《现代电子技术》2008年第02期摘要：无线传感器网络因其在生产生活中将产生的重大意义而受到越来越多的关注。
介绍了一种新兴的低功耗、低成本、低数据率、低复杂度的无线网络技术—— Zigbee技术及其在无线传感器网络中的应用。
最后在相应的硬件和软件平台上实现对温度的远距离接收，并对其性能进行测试。
关键词：Zigbee；无线传感器网络；低功耗；中图分类号：TP393 文献标识码：B文章编号：1004-373X(2008)02-192-03(Southwest Petroleum University,Chengdu,610500,China)Abstract：For the great significance in production and daily life,wireless sensor network attracts more and more sight.This paper introduces a new wireless network technology with low cost of power,low cost of money,low data rate,and less complexity structure-Zigbee technology and its usage in wireless sensor network.At last we actualize getting remote temperature on relevant hardware andKeywords：Zigbee;wireless sensor network;low cost of power;Tinyos necC随着人们在生产生活中对数据获取和对过程控制的需要，无线传感器网络技术因其自身的先天优势在当前国际上备受关注。
无线传感器网络技术综合了传感器技术、嵌入式计算机技术、现代网络及无线通信技术等前沿技术，能够通过各种集成化的微型传感器协作实时监测、感知和采集各种环境监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理。
并通过随机自组织无线多条中继方式将感知信息传送到用户端。
Zigbee技术，因其超低功耗、抗干扰和网络的健壮性等优点，使其在无线传感器领域发挥出巨大的作用。
1 Zigbee概述ZigBee是一组基于IEEE批准通过的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标准。
IEEE仅处理低级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。
完全协议用于一次可直接连接到一个设备的基本节点的4 kB或作为Hub或路由器的协调器的32 kB。
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他节点获得。
完整的Zigbee协议套件由高层应用规范、应用会聚层、网络层、数据链路层和物理层组成。
网络层以上协议由ZigBee联盟制定，IEEE 802.15.4负责物理层和链路层标准。
图1所示为Zigbee协议栈的构架。
Zigbee的特点突出，尤其在低功耗、低成本上，主要有以下几个方面：（1）低功耗在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月，甚至更长时间。
这是Zigbee的突出优势。
相比较，蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。
（2）低成本通过大幅简化协议（成本不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32kB代码，子功能节点少至4 kB代码，而且Zigbee免协议专利费。
（3）低速率[JP3]Zigbee工作在20~250 kb/s的较低速率，分别提供250 kb/s(2.4 GHz),40 kb/s(915 MHz)和20 kb/s(868 MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。
（4）近距离传输范围一般介于10～100 m之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1~3 km。
这指的是相邻节点间的距离。
如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。
（5）短时延Zigbee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15 ms，节点连接进入网络只需30 ms，进一步节省了电能。
相比较，蓝牙需要3~10 s、WiFi需要3 s。
（6）高容量Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65 000个节点的大网。
（7）高安全Zigbee提供了3级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。
（8）免执照频段采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段，2.4 GHz(全球)，915 MHz(美国)和868 MHz(欧洲Zigbee主要应用在距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间，典型的传输数据类型有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据。
根据设想，他的应用目标主要是：工业控制（如自动控制设备、无线传感器网络），医护（如监视和传感），家庭智能控制（如照明、水电气计量及报警），消费类电子设备的遥控装置、PC外设的无线连接等领域。
2 硬件结构2.1 Zigbee无线传感器网络原理无线传感器网络由许多个小型的节点所构成。
以这些工作节点为依托，通过无线通信组成各种网络托普结构。
为降低成本，系统中大部分的节点为子节点，从组网通信上看，他们只是其功能的一个子集，称为RFD（精简功能设备），这种设备不具有路由的功能；另外还有一些节点负责与控制子节点通信、汇集数据和发布控制，或起到通信路由的作用，称为FFD（全功能设备或协调器）。
图2所示为一个典型的远程数据采集并返回到计算机终端的应用。
每个节点由一个MCU作为主控设备。
每个信号采集节点通过ADC从模拟传感器得到实时数据，按照Zigbee协议把数据打包并通过射频芯片及前端天线发送给簇内的RFD，再由RFD路由转发到远端计算机，以做进一步处理。
在每个节点的外部可外接相应的PIO芯片和其他外围电路进行交互。
2.2 节点的硬件结构此试验所用硬件选用MoteWorkTM开发平台来做开发。
此平台的硬件结构如图3所示。
无线传感器节点由传感器模块、处理器模块、无线电通信模块和能量供应模块4部分组成。
此节点的节点采用了一款Atmel公司的AVR系列8位单片机ATmega128作为处理器芯片。
ATmega128 具有如下特点：128 kB的系统内可编程FLASH(具有在写过程中还可以读的能力，即RWW)、4 kB的、4 kB的SRAM、53 个通用I/O 口线、32个通用工作寄存器、实时时钟RTC、4 个灵活的具有比较模式和PWM 功能的定时器/ 计数器(T/C)、2个USART、面向字节的两线接口TWI、8 通道10 位ADC( 具有可选的可编程增益)、具有片内振荡器的可编程看门狗定时器、SPI 串行端口、与IEEE 1149.1 规范兼容的JTAG 测试接口，以及6种可以通过软件选择的省电模式。
无线收发模块则采用TI公司的CC1000通用无线通信模块。
此开发板可外接多种传感器设备，此次实验选用了一款高精度温度传感器。
3软件设计加州大学伯克利分校的研发人员走在无线传感器领域的前沿，并专门为此设计一种新型的嵌入式系统——TinyOS。
3.1 TinyOS体系TinyOS操作系统为用户提供一个良好的用户接口,具有更强的网络处理和资源收集能力，满足无线传感器网络的要求。
为满足无线传感器网络的要求，在TinyOS中引入4种技术：轻线程、主动消息、事件驱动和组件化编程。
整个系统由组件构成，通过组件对硬件进行抽象，提高了软件重用度和兼容性。
TinyOS操作系统及其应用程序使用产生代码相对较小的necC来开发。
3.2 部分程序代码IMain.StdControl -Main.StdControl -Main.StdControl -MyApp_SensorM.Timer -> TimerC.Timer［unique("Timer")］MyApp_SensorM.Leds -MyApp_SensorM.TempControl -MyApp_SensorM.Temperature -MyApp_SensorM.SendMsg -> Comm.SendMsg［AM_XSXMSG］callLeds.ipack -pack -pack -> xSen4 测试4.1 测试环境硬件平台：PC机一台，Zigbee节点5个。
软件平台：PC机操作系统Windows Professional XP SP2。
开发环境：PN2、MoteConfig 2.0，MoteView 1.4B。
4.2 数据结果数据结果如表1所示。
5 结语由于条件限制的测试仅使用了5个节点，但在测试中可以看到，这5个节点仍然可以很好地完成节点慢速相对移动下的200 m距离内的数据平稳传输。
由于Zigbee路由协议建立在AODV之上，组成AD Hoc网络。
可以预测，随着节点的增多，网络传输的稳定性和所覆盖的范围可以大大提高。
通过对射频前端的发射功率进行调整也会对单个节点的覆盖范围和功耗产生较大的影响。
通过增加节点数量，缩短节点间的距离，可以在较小的发射功率下同样覆盖较大的范围。
在实际使用中，应该根据现场的需求在节点数量和功耗间进行合理地选择。
对构建无线传感器的设计人员在选择实现技术上具有一定的参考价值。
参考文献［1］Communications Magazine[J].IEEE,2002,40(8):102-［2］孙利民.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，［3］［4］Habitat Monitoring.Proceedings of the 1st ACM International Workshop on Wireless Sensor［5］ Korhonen,Parkka J,Van M GILS.Health Monitoring in the Home of The Future[J].IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine,2003:66-[JP3]［6］Knaian N.A Wireless Sensor Network for Smart Roadbeds and Intelligent［7］Jacob Munk Stander,Martin Skovgaard,Toke Nielsen.Implementing a ZigBee Protocol Stack and Light Sensor in TinyOS.Department of Computer Science University of Copenhagen,［8］IEEE.802.15.4,Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-［9］ZigBee Alliance.ZigBee Device Description,Switching Load Controller,Version 1.00 _［10］Atmega 128技术手册注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
