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错误! 未找到引用源。错误! 未找到引用源。Zigbee学习资料9目 录1.1.1 ZigBee无线数据传输入门31.1.2 ZigBee技术发展现状及前景81.1.3 ZigBee技术应用环境91.1.4 ZigBee网络结构101.1.5 ZigBee协议栈介绍111.1.6 ZigBee技术的常见应用12错误! 未找到引用源。错误! 未找到引用源。无线MP3制作Error! Reference source not found.Error! Reference source not found.1.1.1 ZigBee无线数据传输入门ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。ZigBee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee网络中设备的可分为协调器(Coordinator)、汇聚节点(Router)、传感器节点(EndDevice)等三种角色。ZigBee典型组网与此同时，中国物联网校企联盟认为：Zigbee作为一种短距离无线通信技术，由于其网络可以便捷的为用户提供无线数据传输功能，因此在物联网领域具有非常强的可应用性。知识扩展： 协调器：（coordinator） 所谓协调器，就是网络主节点、管理者，一个网络只有一个协调器，管理其网络中的其他节点（路由和子节点）。针对一般的应用模式，在一个Zigbee网络形成之后，协调器不是必须的。它最主要的作用是，依据扫描情况，选择一些合适参数建立一个网络。 每个zigbee网络只允许有一个zigbee的协调器，协调器首先选择一个信道和网络标识(PAN ID)，然后开始这个网络.因为协调器是整个网络的开始，他具有网络的最高权限，是整个网络的维护者，还可以保持间接寻址用的表格绑定，同时还可以设计安全中心和执行其他动作，保持网络其他设备的通信。路由器：（router） 路由器是一种支持关联的设备，能够实现其他节点的消息转发功能。 ZigBee路由器起监视或控制作用，但它也是用跳频方式传递信息的路由器或中继器 Zigbee的树形网络可以有多个zigbee路由器设备，zigbee的星型网络不支持zigbee的路由器设备。终端：（end）Zigbee终端节点是具体执行的数据采集传输的设备，他不能转发其他节点的消息。n 以上的3种设备可根据功能完整性分为全功能设备（FFD）和半功能设备（RFD）。其中，全功能设备可作为协调器，路由器或终端设备，而半功能设备只能作为终端设备。一个FFD可与多个RFD或多个其他的FFD通信，而一个RFD只能与一个FFD通信。n 协调节点启动时，根据定义的搜索频道(DDEFAULT_CHANLIST)和PID(DZDAPP_CONFIG_PAN_ID)建立网络；如果PID定义为0xFFFF，则随机产生PID。n 路由节点和终端节点启动后，搜索指定的PID（DZDAPP_CONFIG_PAN_ID）网络，并加入网络。如果PID定义为0xFFFF，则可加入其他网络。l 每个设备节点都包括以下的2种地址：1IEEE MAC 地址： 这是一种 64 位的地址，这个地址由 IEEE 组织进行分配，用于唯一的标识设备，全球没有任何两个设备具有相同的 MAC 地址。在 zigbee 网络中，有时也叫 MAC地址为扩展地址。 216位短地址： 16 位短地址用于在本地网络中标识设备，和在网络中发送数据，所以如果是处于不同的网络中有可能具有相同的短地址。当一个节点加入网络的时候将由它的父节点给它分配短地址。协调器的短地址是0。每个设备节点可定义240个不同的应用对象，每个对象用一个端口来对应，从1到240。此外还定义了2个额外的端口，端口0和端口255，端口0保留给ZDO（设备对象层）的数据接口，端口255用于向所有应用对象广播数据。端口241到254为保留。 1.1.2 ZigBee技术发展现状及前景1.1.2.1 ZigBee技术发展现状：ZigBee译为紫蜂，它与蓝牙相类似。是一种新兴的短距离无线通信技术，用于传感控制应用(Sensor and Control)。由IEEE 802.15工作组中提出，并由其TG4工作组制定规范。2001年8月，ZigBee Alliance成立。2004年，ZigBee V1.0诞生。它是Zigbee规范的第一个版本。由于推出仓促，存在一些错误。2006年，推出ZigBee 2006，比较完善。2007年底，ZigBee PRO推出。2009年3月，Zigbee RF4CE推出，具备更强的灵活性和远程控制能力。2009年开始，Zigbee采用了IETF的IPv6 6Lowpan标准作为新一代智能电网Smart Energy(SEP 2.0)的标准，致力于形成全球统一的易于与互联网集成的网络，实现端到端的网络通信。随着美国及全球智能电网的建设，Zigbee将逐渐被IPv6/6Lowpan标准所取代。ZigBee的底层技术基于IEEE 802.15.4，即其物理层和媒体访问控制层直接使用了IEEE 802.15.4的定义。在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。对工业，家庭自动化控制和工业遥测遥控领域而言，蓝牙技术太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等。而工业自动化，对无线数据通信的需求越来越强烈，而且，对于工业现场，这种无线传输必须是高可靠的，并能抵抗工业现场的各种电磁干扰。因此，经过人们长期努力，ZigBee协议在2003年正式问世。另外，Zigbee使用了在它之前所研究过的面向家庭网络的通信协议Home RF Lite。1.1.3 ZigBee技术应用环境ZigBee和IEEE802.15.4是基于标准的协议，它们为无线传感器网络应用提供所需要的网络基础设施。802.15.4定义了物理层（PHY）和媒体访问控制（MAC）层，ZigBee定义了网络（NWK）层和应用层（APL）。对于传感器网络应用，关键的设计要求围绕着电池寿命长，成本低，占地面积小和网状网络等问题，以支持在一个互操作多应用环境中大量设备之间的通信。从Zigbee芯片的销售收入可以看出，它正在以大跨越式的发展跑步前进，未来的应用范围也让人期待l 目前典型应用ZigBee无线网状网络的冗余、自配置和自愈能力对许多应用来说是非常理想的，主要包括： 能源管理和提高效率 提供更多的信息和控制能源使用，为用户提供更好的服务和更多的选择机会，更好地管理资源，帮助减少对环境的冲击。 家居自动化 提供对照明、采暖、制冷、安全和家庭娱乐系统更灵活的管理。 楼宇自动化 整合并集中管理照明、采暖、制冷和安全。 工业自动化 扩大现有的生产和过程控制系统可靠性。ZigBee的互用性意味着这些应用可以一起工作，提供更大的好处。1.1.4 ZigBee网络结构ZigBee 是一种新型无线通信技术，其依据IEEE 802.15.4标准，在成百上千个微小的传感器之间相互协调实现通信，这些传感器所需的能量较少，通信以单跳的方式进行，以无线电波为载体将数据从一个传感器传到另一个传感器，具有非常高的通信效率。ZigBee技术具有低功率、低传输速率、低时延、自组织、网络容量大、高安全性等特点，比较适合于承载数据流量较小的业务，目前ZigBee技术主要被应用于自动控制、传感和远程控制领域。一个基于ZigBee技术的无线传感器网络定义了两种类型的设备：全功能设备(FFD)和简化功能设备(RFD)。ZigBee的全功能设备又称为主设备，可以与网络中任何类型的设备进行通信，承担网络协调者的工作，这类设备主要包括ZigBee协调器、ZigBee路由和部分ZigBee终端;简化功能设备又称为从设备，不能作为网络协调者，只能与主设备进行通信，这类设备主要为ZigBee终端。ZigBee协调器在网络中可作为汇聚节点，它具有比网络中其他节点更强大的功能，在一个ZigBee网络中只允许有一个ZigBee协调器，作为网络的主控节点，其主要负责启动和配置网络;ZigBee路由器是一种支持关联的设备，主要负责路由发现、消息转发，一个网络中可以包含多个ZigBee路由器，它们能够将消息转发到其他设备之上，通过连接其他节点可以扩展网络覆盖范围。ZigBee终端设备需通过ZigBee协调器或ZigBee路由器连接到网络之中，可以执行相关的功能，并将数据通过网络传输到需要与之通信的设备，但是任何节点都不能通过ZigBee终端设备接入到网络之中。ZigBee共支持三种类型的自组织无线网络，分别为星型网络、网状型网络和簇型网络，各类型网络的示意图如图所示。ZigBee网络类型1.1.5 ZigBee协议栈介绍1.1.5.1 什么是ZigBee协议栈协议定义的是一系列的通信标准，通信双方需要共同按照这一标准进行正常的数据收发；协议栈是协议的具体实现形式，通俗的理解为用代码实现的函数库，以便于开发人员调用。ZigBee的协议分为两部分，IEEE 802.15.4定义了物理层和MAC层技术规范，ZigBee联盟定义了网络层、安全层和应用层技术规范，ZigBee协议栈就是将各个层定义的协议都集合在一起，以函数的形式实现，并给用户提供一些应用层的API，供用户调用。注意：虽然虽然协议是统一的，但是，具体实现形式是变化的，即不同厂商提供的协议栈是有区别的，例如:函数名称和参数列表可能有区别，用户在选择协议找以后，需要学习具体的例子，查看厂商提供的Dert10演示程序、说明文档(通常，实现协议栈的厂商会提供一些API手册供用户查询)来学习各个函数的使用方式，进而快速地使用协议栈进行应用程序的开发工作。 使用ZigBee协议栈进行开发的基木思路可以概括为如下三点: 用户对于ZigBee无线网络的开发就简化为应用层的C语言程序开发，用户不需要深入研究复杂的ZigBee协议栈； ZigBee无线传感器网络中数据采集，只需要用户在应用层加入传感器的读取函数即可； 如果考虑到节能，可以根据数据采集周期进行定时，定时时间到就唤醒ZigBee的终端节点，终端节点唤醒后，自动采集传感器数据，然后将数据发送给路由器或者直接发给协调器。1.1.5.2 如何使用ZigBee协议栈既然ZigBee协议栈已经实现了ZigBee协议，那么用户就可以使用协议栈提供的API进行应用程序的开发，在开发过程中完全不必关心ZigBee协议的具体实现细节，只需要关心一个核心的问题:应用程序数据从哪里来到哪里去。下面举个例子，当用户应用程序需要进行数据通信时，需要按照如下步骤实现:调用协议栈提供的组网函数、加入网络函数，实现网络的建立与节点的加入；发送设备调用协议栈提供的无线数据发送函数，实现数据的发送；接收端调用协议栈提供的无线数据接收函数，实现数据的正确接收。因此，使用协议栈进行应用程序开发时，开发者不需要关心协议栈是具体怎么实现的（例如：每个函数是怎么实现的.每条函数代码是什么意思等)，只需要知道协议栈提供的函数实现什么样的功能，会调用相应的函数来实现自己的应用要求即可。技巧提示:在TI推出的ZigBee 2007协议栈(又称作Z-Stack )中数据发送函数如下:1. afStatus_t AF DataRequest(afAddrType_ t *dstAddr,2. endPointDesc t *srcEP uintl6 cID,3. uintl6 len，4. uint8 *buf，5. uint8 *translD,6. uint8 options，7. uintB radius) 用户调用该函数即可实现数据的无线发送，当然，在此函数中有8个，用户需要将每个参数的含义理解以后，才能达到熟练应用该函数进行无线数据通信的目的。AF_DataRequest()函数中最核心的两个参数:l 3.uint16 1en一发送数据的长度；l 4.uint8 *buf指向存放发送数据的缓冲区的指针。至于调用该函数后，如何初始化硬件进行数据发送等工作，用户不需要关心，ZigBee协议栈己经将所需要的初始化工作初始化了，这就类似于学习TCP/IP编程时，用户只需要调用相应的数据发送、接收函数即可，而不必关心具体的网卡驱动(如DM9000, CS8900网卡是如何接收数据的)的具体实现细节。1.1.6 ZigBee技术的常见应用技术的应用领域可以划分为消费性电子设备、工业控制、汽车、农业自动化、医学辅助控制等。下面将就每个领域给出一些应用的例子。1、消费性电子设备消费性电子设备和家居自动化是技术最有潜力的市场。消费性电子设备包括手机、笔记本电脑、数码相机等，家用设备包括电视机、录像机、外设、儿童玩具、游戏机、门禁系统、窗户和窗帘、照明、空调和其他家用电器等。利用技术很容易实现相机或者摄像机的自拍、窗户远距离开关、室内照明系统的遥控、窗帘的自动调整等功能。特别是在手机或者中加入芯片后，就可以被用来控制电视开关、调节空调温度、开启微波炉等。基于技术的个人身份卡能够代替家居和办公室的门禁卡，可以记录所有进出大门的个人的信息，加上个人电子指纹技术，将有助于实现更加安全的门禁系统。嵌入设备的信用卡可以很方便地实现无线提款和移动购物，商品的详细信息也将通过设备广播给顾客。2、现代电信科技技术及其应用在家居和个人电子设备领域，技术有着广阔而诱人的应用前景，必将能够在很大程度上改善我们的生活体验。3、工业控制生产车间可以利用传感器和设备组成传感器网络，自动采集、分析和处理设备运行的数据，适合危险场合、人力所不能及或者不方便的场所，如危险化学成分的检测、锅炉炉温监测、高速旋转机器的转速监控、火灾的检测和预报等，以帮助工厂技术和管理人员及时发现问题，同时借助物理定位功能，还可以迅速确定问题发生的位置。技术用