zigbee协议范文

zigbee协议篇1

关键词：无线网络分析器；ZigBee；802.15.4

短距离无线网络市场正呈爆炸性增长。In-Stat称，通过ZigBee协议规范和其他专有协议，到2009年IEEE 802.15.4无线个人局域网(PAN)的市场可实现200％的增长，年发货量将超过1,5000万单位。

对于无线设计人员而言，目前有许多射频(RF)收发器和ZigBee协议栈可用来在应用中实现ZigBee协议功能。无论选择了哪种收发器和协议栈，设计工程师都应该查找能够帮助他们快速评估和开发ZigBee协议应用的设备和工具。若已确定ZigBee协议的复杂度，那么设计人员也需要使用合适的开发工具来帮助他们设计和调试应用程序。

有多个无线网络分析器或“嗅探器”可供使用。在您首次：开始无线开发时，获取一个无线网络分析器是一项关键性投资，可为您免去许多麻烦。有些分析器具有图形界面，而有些分析器则具有更为基于文本的界面。请确保选择的分析器具有易于阅读的界面。在以下示例中，我们将使用Microchip的ZENA无线网络分析器，它采用图形的格式显示消息。但是不管您选择了哪种分析器，能够快速解密ZigBee协议消息的密钥部分将有助于您高效地开发和调试系统。

网络构成

设备加入ZigBee协议网络时出现的消息会告诉我们许多关于网络的信息。当设备试图加入一个网络时，它会发出一个信标(beacon)请求。邻近的协调器或路由器通过发出信标作出响应。新设备将选择一个信标，然后向该设备发送一个关联请求，请求加入网络。在一段短暂延时后，新设备发送一个数据请求，请求响应。网络设备则发送一个关联响应，指示该新设备是否已被网络接受。这些消息显示如图1。

第一条消息来自于新设备，用于请求信标。后两条消息是信标。我们可以从这些信标中知道一些关于设备的有用信息。首先，我们可以知道第二条信标来自于协调器，因为其源地址为0x0000且信标有效负载中指定的深度为0。第一条信标来自于路由器，因为其源地址非零。我们也可以知道此路由器会通过该协调器加入网络，因为它在同一个网络上(源PAN是相同的)且信标有效负载“深度”为1。我们还可以知道在应用层，这两个设备都将接受新设备加入网络，因为超帧规范“Assoc”位被置1。但是，如果我们查看信标有效负载，我们可以看到协调器不能接受任何其他路由器或终端设备加入网络，因为“RtrCap”和“DevCap”位均为0。同时，路由器仍然可以接受路由器和终端设备。

在第四条消息中，新设备已决定试图加入网络。通过检查关联请求的目标地址，我们可以知道新设备正试图加入哪个网络设备――路由器。关联请求可告诉我们关于新设备的许多信息。其关键元素是“Dev”和“RxOn”位。“Dev”位指示设备正试图作为终端设备加入。而且，可以知道此设备将总是保持其收发器开启，因此其父设备不必为其缓冲消息。此位对于以后的通信很重要。如果“RxOn”设置：为关闭，那么其父设备将认为新设备保持其收发器关闭，它将为新设备缓冲消息。如果新设备从未请求消息，那么父设备也从不会发送消息给它!

最后，我们可以看到关联请求成功。现在我们在网络上有了一个新的FFD(全功能设备)终端设备，其短地址为0x1AF9。

应答的发送

ZigBee协议是一个高度应答的协议。有三个应答级别：MAC(介质访问控制)、APS(应用子层支持)和AF(应用框架)。这不但提高了系统的可靠性，也使我们在发生问题时能够识别故障所在。在图2中，设备0x0001正告知设备0x0000来使用应答的所有三种级别将属性设置为指定值。

第一条消息是发送给设备0x0000、要求设置属性的命令。接下来是一条短MAC应答，指示接收设备的收发器正确接收消息，通常可由收发器自动生成。ZigBee协议指定所有消息必须请求MAC应答。在第一条消息的APS帧控制字段中，有一个位指示是否请求了APS应答。如果该位置1，那么接收方ZigBee协议栈的APS层将自动生成一条APS应答，如第三条消息所示。此应答指示目标设备的协议栈接收到了消息。APS应答还将生成另外一条MAC应答，如第四条消息所示。

查看第一条消息的事务解码，我们将看到使用了“Set with Acknowledge”命令。这是一条发送给应用层的指示，应用层必须使用“Set Response”命令对该命令进行应答，如第五条消息所示。此应答指示应用层接收到了消息，而且在将属性设置为请求的值时，发送的错误代码将指示是否存在任何问题。AF应答将生成另外一条MAC应答，如第六条消息所示。此外，发送的AF应答带有请求的APS应答，这将生成第七和第八条消息。这些多层应答会产生相当大的数据流量；但是如果消息链中出现中断，我们将更容易定位问题，如表1所示。

拓扑问题

当开发了无线网络系统之后，无线网络分析器可以帮助进行安装和拓扑分析。一些无线网络分析器，如ZENA无线网络分析器在内，当消息经由网络的时候都能够以图形的方式显示数据流量。设备以圆形节点表示，而消息则以连接到节点的线表示若装载了描述物理布局的位图，则拓扑问题将清楚得多。

假设有一个网络，它有四个设备、一个协调器、两个路由器和一个FFD终端设备。尽管所有设备都是全功能设备，还是可以从数据包分析中看出，FFD终端设备和任一路由器之间的消息是通过另一个路由器发送的。如果打开“NetworkConfiguration Display”(网络配置显示)窗口，装载描述性位图，并将节点拖到描述其物理位置的位图上的相应位置时，那么可以很快地看出发生了什么。图3显示了“Network Configuration Display”窗口，其中网络流量有问题。我们可以看到有两个设备彼此都不在对方的射频范围内，很有可能是由于建筑物内的隔墙造成的。消息必须经过另一个设备路由才能到达其目标设备。因此，尽管这种情况一开始有点糟糕，但现在可以看出系统行为与预期设想完全一致。

注意，一个“嗅探器”可能无法看到网络上所有节点。为了观测所有网络流量，可能需要获得来自不同位置的多个消息捕获，或者使用位于不同位置的多个“嗅探器”。

结论

zigbee协议篇2

关键词：ZigBee协议栈；环境监测；自动组网

1 概述

目前，国内外已经普遍将无线传感网络用于环境监测方面，通过部署大量无线传感节点以无线通信的形式构成自组织无线通信网络。文章提出一种基于ZigBee协议栈的无线环境监测系统的设计方法。

2 无线环境监测系统的硬件构成

无线环境监测系统中的无线传感节点主要由信息采集单元、信息处理单元、通信单元和电源单元这四部分构成。按照ZigBee协议栈构建无线传感网络，则网络中的节点按照功能划分可分为三种类型的节点，如图1所示，颜色最深的节点为协调节点Co-ordinator，颜色较浅的节点为路由节点Router，颜色最浅的节点为终端节点End Device。以2.4GHz载频作为无线环境监控系统的通信频段，利用终端节点进行环境信息采集，利用路由节点对接收到的环境监测信息进行转发，利用协调节点作为桥梁与计算机交互数据。

2.1 信息采集单元的设计

文章将温度作为监测对象，采用DS18B20温度传感器作为无线传感网络的温度信息采集单元，该传感器采用T0-92的封装形式，温度监测的范围为-55℃-120℃，温度精确度可达0.005℃。DS18B20可以将输出的引脚与A/D转换器相连。

2.2 信息处理单元的设计

信息处理单元为ARM系列的LPC2138嵌入式处理器，该处理器内部资源丰富，包括SPI、GPIO、RTC、TIMER、PWM、ADV等，很方便对节点的工作方式、发射功率、接收灵敏度、信息传输与处理等进行控制，同时可以对节点电源进行动态管理，实现节点能耗的控制。

2.3 通信单元的设计

通信单元采用的芯片型号为JN5139，它兼容IEEE 802.14.4无线通信协议和IEEE 802.15.4的2.4GHz收发器，其内部结构包括192KB FLASH，能够内置完整的ZigBee协议栈。通信单元与信息处理单元通过SPI接口连接，实现数据的交互。

2.4 电源单元的设计

电源单元的供电电路采用的是DC-DC MAX756模块，MAX756是性能优越的3.3V/5V的升压转换模块，其最低的输入电压可至0.7V，开关频率可达500KHz，该模块也可以对电池的容量进行实时监测。

3 ZigBee协议栈的自动组网的实现

ZigBee网络包括3种拓扑结构，如图1所示从左到右分别为星形、树形和网形。在覆盖范围内，采用AODV路由协议查询信息接收节点和信息传输路径，直至搜索到合适的节点和路径，得到应答信号，最后应答信号会反馈到信息发送节点，并保留该路由信息。系统运行一段时间后，若该条路由信息失效，则搜索新的路由信息，从而保证信息传输路径的有效性。

3.1 无线环境监测系统网络的构建

在基于ZigBee协议栈的无线环境监测网络中，只有协调节点能够构建无线通信网络，网络建立的过程是通过原语完成的，具体方法如下所述：在协调节点的应用层对NLME_NETWORK_FORMA TION.request原语进行调取，下达构建网络的指令，该条指令被发送到网络层，向MAC层下达信道能量扫描的指令，调用MLME_SCAN. Request 原语，搜寻到能量值低于预设值的信道，并将扫描结果标记为可用信道，可以使用这些可用信道寻找通信节点，从而搜寻到一个最优信道，该信道中包括最少的通信节点，然后任意选取一个不发生冲突的PAN，并在MAC层标记该ID信息，通过ID信号可以发送MLME_START.request 原语，得到PAN ID和信道扫描结果，并使用confirm原语将扫描结果通知上层。获得PAN的使用情况后，NLME利用NLME_NETWORK_FORMA TION.request原语向应用层下达构建网络的指令。

3.2 无线传感节点的加入

通过上述方法构建无线环境监测系统网络后，终端节点和路由节点可以通过关联法的方式加入协调节点构建的ZigBee网络，具体过程如下所述：（1）协调节点调用NLME_NETWORK_DISCOVERY.request原语，网络层接收到该条指令后，会在MAC层进行扫描，当MAC层结束扫描，就会发送MLME_SCAN.confirm原语向网络层反馈该信息，网络层发送NLME_NETWORK_DISCOVERY.request原语向应用层反馈该信息，应用层根据该信息调用NLME_JOIN.request原语，重新扫描可加入的无线传感节点。如果无线传感节点成功加入网络，网络层接收MLME_ASSOCIATE.confirm原语，将包括该无线传感节点的16位的逻辑地址，在网络层中设置与其它节点的关系，同时在网络中加入该新的无线传感节点。（2）假设无线传感节点通过路由的形式加入到无线环境监测网络中，它的应用层将向网络层发送NLME_STAT_ROUTER.request原语，接着网络层向MAC层发送MLME_STAT.request原语，网络层接收到MLME_START.confirm原语后发送同样状态值的MLME_START.ROUTER.confirm原语。

4 结束语

为了适应当前环境检测的需求，文章提出一种基于ZigBee协议栈的无线环境监测系统设计方法，对硬件和软件的设计方法进行了详细阐述。与传统的系统相比，本系统具有自主组网、自动路由的功能优势，节点能量消耗低，并且无线传感节点可自由加入，从而实现了更节能环保、更智能的环境监测。

参考文献

[1]张亚锋.基ZigBee技术的草原火灾监测系统设计[J].自动化与仪器仪表，2014（9）：48-49.

[2]张洪全，刘鑫，张子红.基于ZigBee的矿井通风机在线监测系统设计[J].微型机与应用，2014，33（10）：54-55.

zigbee协议篇3

ZigBee Gateway是ZigBee联盟推出的第十个应用标准，是一个沟通IP网络与ZigBee网络之间的桥梁。介绍了ZigBee Gateway的概念、性能、架构、功能等方面的内容，最后指出ZigBee Gateway可以帮助开发商、制造商缩短产品整体开发时间，并降低开发风险，免去使用定制或专用解决方案的必要，减少开发和制造成本。

【关键词】

ZigBee网关 IPHA ZigBee协议栈 ZGD

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2013）-18-0048-06

ZigBee Gateway for Wireless Sensor Networks

LV Ran， CHEN Chuan-hong

（Mobile Communication National Engineering Research Center， Guangzhou 510310， China）

[Abstract]

ZigBee Gateway， the 10th standard announced by the ZigBee Alliance， is a bridge between IP network and Zigbee network. This paper introduce the concept， performance， architecture and function for Zigbee network， and demonstrates that Zigbee shortens the time and the risk of R&D rather than customized or special solution.

[Key words]

ZigBee Gateway IPHA ZigBee protocol stack ZGD

*基金项目：2011年度广东省中国科学院全面战略合作项目-基于物联网的中老年关爱救援系统的关键技术研究及应用（2011A090100025）

收稿日期：2013-08-06

1 引言

随着宽带接入的普及和智能家居系统、远程健康跟踪/监护系统等的兴起，网关设备具有很大的潜在市场空间。

目前许多公司都开发了各自的网关产品，如家庭网关等，然而要开发出更多复杂的和具有兼容性的网关，迫切需要制定相应的网关标准。

ZigBee技术是一个具有统一技术标准的短距离无线通信技术，其物理层（PHY）和介质访问控制层（MAC）协议基于IEEE802.15.4协议标准，网络层（NWK）和应用层（APS）由ZigBee联盟来制定。为了更方便地控制ZigBee无线传感器网络，让各无线节点设备间有序、高效地工作，有必要将已经非常成熟的基于TCP/IP技术的以太网与ZigBee无线传感器网络相连通，从而实现通过以太网来控制ZigBee无线传感器网络。

2011年7月28日，ZigBee联盟宣布推出的第十个标准ZigBee Gateway（简称ZigBee网关），是ZigBee Network Devices（网络设备）这一新类别的首个标准。ZigBee网关提供了一种简单、高性价比的互联网连接方式，使服务提供商、企业和个人消费者可以将各种类型的ZigBee无线传感器网络连接至互联网，同时还提供了面向消费者设计的各种云和智能电话服务的使用权。

2 ZigBee Gateway概述

2.1 ZigBee技术介绍

ZigBee是基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的关于组网、安全和应用软件等方面的技术标准，ZigBee的基础是IEEE802.15.4协议架构，如图1所示。IEEE802.15.4是IEEE无线个人区域网（PAN，Personal Area Network）工作组的一项标准，是一种经济、高效、低数据速率（250kbps），采用直接序列扩频（DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum）技术，工作在2.4GHz和868MHz（欧洲）/915MHz（北美）的无线短距离技术，用于个人区域网和对等网状网络。

ZigBee联盟在IEEE802.15.4物理层、MAC层的基础上，对其网络层协议和应用程序接口（API）进行标准化，并对安全层进行开发。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，应用汇聚层是把不同的应用映射到ZigBee网络上。多个ZigBee节点设备可以构成一个无线个人区域网，在这个网络中主协调器可以对各个节点设备进行控制。

随着ZigBee无线网络技术的广泛应用，如何通过现有网络基础设施（如Internet网）对其进行远程管理、控制，逐渐成为该领域的重要研究课题。

2.2 ZigBee网关简介

ZGD（ZigBee Gateway Device，ZigBee网关设备）作为ZigBee无线传感器网络的一部分，在整个无线网络中具有唯一性，所有无线节点设备数据均发送给网关，并由其进行地址、协议转换后发送给以太网；反之，以太网数据也需由网关进行地址、协议转换后，才发送给ZigBee无线传感器网络。总的来说，ZigBee网关是ZigBee无线传感器网络与以太网数据交换的中转站。

一个连通ZigBee无线传感器网络和以太网的网关应该解决以下问题：

（1）能与ZigBee无线传感器网络中的各节点设备进行通信，同时控制、协调无线传感器网络间的通信；

（2）能通过以太网接口与计算机实现有线通信；

（3）为了实现ZigBee通信，需要相应的底层驱动程序协议栈；

（4）具备与无线传感器网络中的新节点建立动态链接的能力。

自2002年ZigBee联盟成立以来，多家国际巨头公司参与到其标准的制定和应用推广，如今在智能家庭、工业控制、医疗健康监护和电信应用领域都有大量的应用。ZigBee联盟为制定Gateway的协议，于2004年2月成立网关工作小组，专门负责Gateway堆栈协议的制定与标准化。Gateway的首要目标，是建立IP网络的应用端与ZigBee网络之间的通信管道，整合ZigBee堆栈的服务，实现跨网络与服务的存取。

根据ZigBee联盟公布的标准规范文件，作为一个沟通IP网络与ZigBee网络之间的桥梁，ZigBee Gateway必须要满足以下最低限度的要求：

（1）ZCL（ZigBee Cluster Library，ZigBee簇库）的读、写属性，能够设定回报事件；

（2）提供ZDO（ZigBee Device Objects，ZigBee设备对象）针对网络搜寻与服务发现的宏操作；

（3）服务应用端点的管理；

（4）Gateway基础数据（Information Base）的存取；

（5）寻址ZGD's AIB、NIB和PIB属性；

（6）灵活地启动和网络连接操作；

（7）能够直接控制ZigBee的安全操作；

（8）ZGD与应用服务端（IPHA）的双向通信机制。

ZCL是ZigBee联盟根据各种应用制定的功能标准化的集合，可视ZCL为根据不同的应用功能而制定，是属于ZigBee堆栈应用层之上的协议，提供了传送各种属性值改变的一种机制、配置传送参数的命令。所以ZCL相关的操作，简单来说，就是支持应用层级制定的通信命令的操作，若厂商须自定义一个应用层级的沟通接口，就会使用到ZCL相关的操作。

ZDO则是属于ZigBee堆栈（ZigBee Stack）的一部分，提供ZigBee相关的服务，如装置与服务发现（Device and Service Discovery）、安全管理（Security Manager）、网络管理（Network Manager）、绑定管理（Binding Manager）与节点管理（Node Manager）。

通用的ZigBee网关部署示意图如图2所示：

ZigBee网关设备利用基于TCP/IP的主机应用程序，提供了一个通信传输通道连接到ZigBee个域网（ZigBee PAN）。该机制能使外部应用与单独的ZigBee节点互通，实现控制或获取节点的数据，反之，节点也能与外部应用进行互相通信。

网关的一端根据ZigBee协议栈和IEEE802.15.4介质访问控制层特性在服务访问程序（SAPs）上提供二进制编码远程程序调用API，另一端在UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）传输层，通过特征引擎提供基于个域网的图形化显示，用户能以Web浏览器方式与树状节点交互。

ZigBee网关的基本功能是将基于TCP/IP协议的网络与基于ZigBee协议栈的数据进行转换，实现数据在两个协议之间的双向传输，从而可以将基于常用的以太网的数据发送到ZigBee网络中，也可以将ZigBee网络中的数据发送到以太网中，在无线传感器网络和以太网之间搭建一条数据传输通道。

消费市场细分要求提供廉价的ZigBee网关设备，因此ZigBee网关规范要确保最小需求的功能特征集和计算复杂性，为大多数家居/消费应用提供令人信服的功能。但实现一个最小限度的ZigBee网关可能会增加主机应用程序的复杂度。

相比之下，商业、工业等企业应用可能要求ZigBee网关设备具有丰富的功能，可用典型的环境协议访问。因此，ZigBee网关设备规范要确保可选特征集和功能，提供一套不以计算复杂度为限制的功能。但一个功能丰富的ZigBee网关设备有可能降低主机应用程序的实现复杂度。

3 ZigBee Gateway性能

ZigBee Gateway支持下列性能：

（1）核心IP，兼容IPv4或IPv6连接

1）IP安全域；

2）配置；

3）IP RPC（RemoteProcedureCall，远程过程调用）协议定义；

4）网络地址和端口转换（NAT）/防火墙穿越；

5）兼容IETF、W3C和其他现有的基于IP的标准（SOAP，REST）。

（2）提供广泛的ZigBee/IP应用程序的支持，且支持所有配置要求（通用）

1）公共配置文件的ZigBee网关能将ZigBee网络连接到IP网络；

2）专用配置文件的标准网关设备将专用的ZigBee网络连接到远程应用程序。

（3）可升级，可扩展

1）分层规范使其成为低成本、强大的网关；

2）网关框架扩展。

4 架构和功能

4.1 架构

网关的架构示意图如图3所示。

通过GRIP、SOAP、REST绑定，IPHA或网关在IP网络上通过远程过程调用（RPC）相互通信。其信息交换是请求-响应格式，每个设备都能发出请求和接收响应。IPHA发出到网关的请求指令在网关执行，且通过网关的无线接口寻址ZigBee节点，在远程节点上执行指令。反之，由网关发出到IPHA的请求指令由IPHA运行，网关重新定向节点始发的信息，通过回叫能力发送到IPHA。总之，IP网元通过网关提供的GRIP或REST协议接口，就可以对ZigBee无线传感器网络进行各种控制操作，或指定接收ZigBee网络定类型的消息事件。

（1）ZigBee堆栈是在IEEE 802.15.4标准基础上建立的，定义了协议的MAC和PHY层。ZigBee设备包括IEEE802.15.4（该标准定义了RF射频以及与相邻设备之间的通信）的PHY和MAC层，以及ZigBee堆栈层，包括网络层（NWK）、应用层和安全服务提供层。ZigBee协议堆栈分层架构如图4所示。

网关应用提供了到应用支持子层（APS）、ZigBee设备对象（ZDO）、ZigBee簇库（ZCL）和其他通信（COMM）层的接口，如网络层和MAC层，以及网关管理对象（GMO）。所有这些层提供访问驻留在网关上的ZigBee协议栈，执行各种功能。

（2）应用支持子层（APS）通过网络层和安全服务提供层与端点相接，并为数据传送、安全和绑定提供服务，因此能够适配不同但兼容的设备。

（3）ZigBee设备对象（ZDO）描述了应用框架层中应用对象的公用接口以及控制设备和应用对象的网络功能。这个功能在应用对象、设备profile和APS之间提供了一个接口。ZDO位于应用框架和应用支持子层之间。它满足所有在ZigBee协议栈中应用操作的一般需要。此外ZDO还初始化应用支持子层、网络层、安全服务规范（SSS）以及从终端应用集合中配置的信息来确定和执行安全管理、发现、网络管理以及绑定管理。

（4）规范中详细介绍了ZigBee簇库（ZCL）每个簇的用法，并列出特定簇能够传送的属性，提供了传送各种属性值改变的一种机制、配置传送参数的命令。

同时，ZigBee网关设备通过一个或多个下列PRC协议（绑定）提供标准的API：

（1）SOAP（Simple Object Access Protocol，简单对象访问协议）是交换数据的一种协议规范，通过超文本传输协议（HTTP）和扩展标记语言（XML）请求执行远程过程调用规范。请求的格式由XML文档（Web服务描述语言）规定。

（2）REST（Representational State Transfer，表述性状态转移）是一种针对网络应用的设计和开发方式，类似于SOAP，通常基于HTTP、URI、XML以及HTML这些流行的协议和标准，采用HTTP访问API的资源库。应用程序和ZigBee网关设备堆栈的脚本很小，许多操作由Web浏览器执行。

（3）GRIP是一种二进制协议，在传输控制协议（TCP）连接上原始数据格式的ZigBee堆栈结构的交换。是通过TCP封装实现基本的API过程，即发送和接收ZCL/APS/NWKs数据包，使得在ZigBee协议栈最高层网关配置最小。

4.2 功能

ZigBee网络与IP之间的互连是许多应用的关键，ZigBee网关规范应当满足许多不同的需求。因此，ZigBee网关不只是定义一个单一协议，而是应定义一个两层的API。

（1）一套概要功能（独立于协议）

1）网关规范定义了一个连接ZigBee功能的远程过程调用API和IP网关的管理：

支持完整的应用

支持ZigBee网络输入和输出的应用子层（APS）、ZigBee设备对象（ZDO）、安全服务（SEC）

2）允许ZigBee设备上的IP应用程序和配置应用程序之间的交互；

3）通过公开的应用程序接口以标准的方式使远程IP应用接口能与多个供应商的网关可以互操作；

4）将强制性的功能减少到最低限度，允许不同层次配置的产品的差异化。

（2）一组可扩展的RPC协议（即绑定），规定如何使用专用的协议提供公开的API

1）不同的绑定提供成本与功能权衡的可扩展性；

2）无需重新新发明每一个系统的接口，因平台规范不局限于一个特定的配置文件，但应给出到IPHAs的方式，以支持所需的配置文件；

3）网关规范版本1具有SOAP、REST和GRIP绑定：

SOAP提供了面向更高层次的Web服务访问网关API

REST提供一个轻量级基于Web的 API

GRIP是最简单的ZigBee网关设备精选协议，占用空间小

为了有效地适用于不同的应用，一个合适网关不需要实现所有RPC绑定，可仅实现其中一个，或者按需实现多个。在通用ZigBee网关规范上建立特定应用网关，可根据特定用例或典型场景实现某一个绑定。这样，一个配置可以授权一个特定用例的绑定或让供货商自己确定实现哪种绑定。

5 结论

ZigBee网关设备是独立、通用的设备，能够满足大多数应用对IP连接的需求。

ZigBee Gateway作为一项标准，为开发商、制造商提供了一种通用的方法，使他们能够集中精力开发应用产品并缩短产品整体开发时间。且可以帮助他们降低开发风险，免去使用定制或专用解决方案的必要，还能减少开发和制造成本。为产品制造商和服务提供商提供了一种易于使用的智能方法，通过互联网拓展设备功能和带来ZigBee控制的益处。为消费者提供更多监控功能的好处，包括方便的智能手机或成本更低的面向iOS、Android和Windows Phone操作系统的桌面应用整合。

ZigBee Gateway使得互联网连接整合变得更简单，尤其是对联网经验很少的开发商而言。归根结底，这个标准将使采用ZigBee的增值服务的数量增加，并为大家带来更多方便的控制选择。

ZigBee Gateway可以用于ZigBee楼宇自动化、ZigBee医疗保健、ZigBee家庭自动化、ZigBee零售服务、ZigBee智能能源、ZigBee电信服务公共应用标准的场景中。

现如今因特网普及全球，如果能把ZigBee网络同因特网连接起来，在世界各个角落都可以对某个ZigBee网络重点设备进行控制，有利于ZigBee技术的进一步发展。为此，网关在整个传感器网络中起着重要的枢纽作用，就如一座桥梁紧密地联系着ZigBee无线传感器网络与因特网，以ZigBee网关和Internet做媒介，使得世界范围内的不同监测区域都可以信息共享，大大缩小了物理世界的时空距离。

参考文献：

[1] ZigBee Alliance. Understanding ZigBee Gateway[EB/OL]. （2010-09-03）. https：///zigbee-docs/dcn/09-5465.pdf.

[2] ZigBee Alliance. Network Device： Gateway Specification[EB/OL]. （2011-03-23）. http：//.

[3] 谢志聪. 满足多元控制/存取ZigBee Gateway趁势而起[J]. 新电子， 2008.

[4] 李小珉，赵志宏，郭志，等. ZigBee无线传感器网络的研究与实验[J]. 电子测量技术， 2007（6）.

[5] 凌兴锋，何小敏. 基于ZigBee的无线网关解决方案研究[J]. 微处理机， 2010（4）.

作者简介

吕然：工程师，学士毕业于华中科技大学，现任职于移动通信国家工程研究中心，长期从事移动通信和物联网信息情报研究工作。

zigbee协议篇4

【关键词】 无线传输 ZigBee 飞思卡尔 集成电路

1 无线传输协议

提起无线传输技术，或许很多人会想到红外（IrDA）、想到调频（FM），甚至会想到GSM，CDMA，Bluetooth，这些都是无线技术发展的里程碑，是无线技术发展到成熟，结合实际应运而生的科技产物，并在各自的领域发挥着举足轻重的作用。

随着通信技术和计算机技术的飞速发展，对于短距离无线通信的需求越来越多，各大著名半导体厂商组成各种协议联盟，研发出多种应用于不同领域的短距离传输协议，比如用于超短距离传输大批量数据的UWB（（Ultra Wideband）），应用于非标准无线射频协议的ANT，以及本文要介绍的，应用于低功耗、短距离传输的ZigBee协议。

2 协议的发展

ZigBee协议是由包括飞思卡尔半导体在内的ZigBee联盟制定的无线通信标准，ZigBee联盟成员包括飞思卡尔、摩托罗拉、三星等著名半导体厂商。 ZigBee联盟的目的是为了在全球统一标准上实现简单可靠、价格低廉、功耗低、无线连接的监测和控制。

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗协议。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。ZigBee技术也是依靠各个节点去传递信息，ZigBee可以组建成大规模的网络，网络节点容量可多达65535个。表1总结了各种常见的协议的特点以及应用领域。从表中可以看到，ZigBee的特点是传输距离短、复杂度低、低功耗、低数据速率、低成本、可以组成网络。主要适合用于自动控制和远程控制领域。（表1）

任何协议，任何产品都要有应用才有存在的价值，那么ZigBee可以应用到那些领域呢？图1所示，如下场合适合ZigBee技术：1）设备成本低、传输数据量小。2）设备体积小，不便放置较大的充电电池或者充电模块。3）没有充足的电源支持，只能使用一次性电池供电。4）需要较大范围的通信覆盖，网络中的设备非常多，但仅仅用于监控或控制。结合到具体的领域，如工业、农业的自动监测、控制；TV、DVD、CD等个人消费电子的无线遥控；家居自动化、安防、门禁；以及一些PC的设备，如鼠标、键盘；甚至于个人健康的监控、诊断等等。

3 飞思卡尔系列芯片

飞思卡尔半导体一直是业界的领军者。飞思卡尔的ZigBee系列产品占全球销售排名第一。MC1319x代表的是第一代ZigBee基本协议产品，兼容802.15.4协议。结合实际应用，飞思卡尔又研发了高集成度且低功耗的第二代系统级封装（SiP）MC1321x系列产品，在同一个封装内集成了微控制器（MCU）和射频（RF）芯片，这样既减少了产品的尺寸，节省了成本，又也增加了系统的稳定性，增强了抗干扰能力。又相继研发了基于ARM7的高度集中的MC1322x系列高端产品。

为满足不断增长的技术需求，飞思卡尔又为ZigBee RF4CE消费电子产品推出了MC1323x片上系统（SOP）系列产品。由于MC1323x系列具有独特的监测和监控功能组合，它非常适合一般市场应用，如远程控制、电视、机顶盒、便携式血压计、体重计和家用电器等。此外，飞思卡尔还为多个不同的硬件平台提供软件、参考设计以及开发工具箱，用于评估MC1323x片上系统，并允许开发人员选择最能满足他们需求的硬件和软件平台，更好更快的把飞思卡尔的ZigBee产品应用到其研发产品中去。

4 ZigBee的发展

未来ZigBee将紧密结合物联网大概念方向趋势的发展，并在传输层界面上发挥着重要的的角色。在ZigBee联盟的推动下，ZigBee技术将朝着开发SoC，更多规范，结合IPV6，更廉价，更省电，更快速等方向发展。从应用领域和方向方面来看，ZigBee也可以扩展到目前的智能手机领域，取代蓝牙、WiFi用于短距离数据传输，具有低功耗、低成本的优势。相信随着技术的成熟，协议的改进，ZigBee技术会有很好的应用前景。

参考文献：

[1]庸龙.无线技术后起之秀ZigBee[N].计算机世界，2003年.

[2]燕蕙.英特尔等力推ZigBee协议[N].电子资讯时报，2004年.

[3]马新涛.基于Zigbee技术的无线网关设计[D].中国海洋大学，2010年.

[4]王权平，王莉.ZigBee技术及其应用[J].现代电信科技，2004年01期.

zigbee协议篇5

关键词：环境监测；ZigBee；WiFi；无线网关

中图分类号：X83 文献标识码：A

引言

随着环保意识的日益加强，对于环境的监测要求越来越高，不仅监测的参数越来越多，而且监测范围越来越细，手段也更加灵活。因此，用信息技术来提升环境监测设备不仅可能而且必要。早期环境监测设备中的监控数据多采用有线传输或者人工抄表，因其布线繁冗，成本高，位置固定，灵活度低而受到很大限制。智能化的数据采集处理与无线传输是环境监测设备的重要发展趋势。

ZigBee是目前应用最为广泛的近场无线通信技术之一，具有自组织、低成本、低功耗、高可靠性和短时延的特点，是需要较多传感控制节点应用的首选。ZigBee工作在2.4GHz ISM频段，最多可容纳65536个节点，节点不仅能进行数据采集，还能以多跳的方式承担网内节点的数据转发。但ZigBee单跳通信距离较短，数据传输速率最高仅为250kb/s@2.4GHz且不能直接与Internet互联[1]。

为了拓展通信距离和实现远程应用，文献【2】直接给出了基于WiFi的监控方案，但是WiFi节点功耗相对较高，组网方式限制了其覆盖范围。文献【3】采用ZigBee和以太网相结合的方式实现数据采集与远程应用，具体是通过ARM+Linux控制通信模块，如GPRS/CDMA或其他以太网接口来实现的。ARM芯片分别与ZigBee和通信模块相连，通过运行ARM中Linux平台上的代码进行总体控制和协议转换，此类方案虽可实现ZigBee与以太网之间的协议转换，但是网关的功耗大，成本高，协议转换效率低，可靠性与稳定性相对较差。

为充分利用ZigBee和WiFi的优点，实现设施环境监测数据与Internet无缝链接，拓展设施环境监测设备的应用范围。本文给出并实现了一种新的ZigBee-WiFi无线网关，该网关以STM32W108及AX22001为核心芯片，通过固化在芯片中的代码实现ZigBee网络与WiFi网络的协议转换，经测试，该无线网关稳定可靠，功耗低，能够满足设现代环境监测对数据采集、无线传输和数据远程应用的要求。

1.网关硬件设计与实现

ZigBee-WiFi无线网关位于ZigBee网络和WiFi网络之间，实现两种不同协议的转换。本文设计并实现的网关既是ZigBee网络的协调器，负责构建和配置整个ZigBee无线传感器网络，又是WiFi的无线节点，具有收集分发ZigBee节点数据、协议转换功能。其结构和功能如图1所示：

图1 ZigBee-WiFi网关结构能功能

ZigBee部分以STM32W108CBU61为核心芯片，它是集成了符合IEEE 802.15.4标准2.4GHz收发器的32位ARM Cortex-M3微处理器，固化了Ember ZigBee协议栈，支持星型、树状和网状三种ZigBee基本网络结构[6]。

网关中ZigBee射频部分在使用片内功率放大器时，无阻挡传输距离约为75M，能够满足布局简单，范围较小的场合。

网关中WiFi部分主控核心芯片AX22001是内置802.11无线网MAC/基带双CPU架构的TCP/IP微处理器，其中MCPU负责应用程序和TCP/IP协议处理，WCPU则负责WLAN协议处理以及以太网封包格式的转换，支持软件设置TCP 服务器、TCP客户端以及UDP工作模式。WiFi射频部分的核心芯片是AL2230S，它工作于2.4GHz频段，支持802.11b/g。STM32W108与AX22001间的数据交换通过UART完成。

ZigBee和WiFi都使用2.4GHz ISM频段，其间干扰是影响网关稳定工作的重要因素。ZigBee将工作得2.4GHz频段划分为16个信道，信道带宽为2MHz；WiFi则将该频段划分为11个信道，信道带宽为22MHz。ZigBee与WiFi有12个信道重叠，无重叠信道最多有4个，如图2所示。

图2 WiFi与ZigBee信道分配图

虽然ZigBee信号相对于WiFi属于窄带干扰源，WiFi通过扩频技术可以充分抑制ZigBee信号。同时ZigBee网络在信道访问上采用了CSMA-CA碰撞避免机制，通过检测信道上能量判断信道状态，这种信道占用检测和动态信道选择的方式对ZigBee和WiFi抗同频干扰，实现共存非常重要[7] 。在网关的硬件设计中仍需尽可能的将ZigBee和WiFi模块隔开且用铁壳覆盖以减少辐射外泄，软件设置ZigBee与WiFi信道选择范围，以减少二者信道相互重叠的可能性。此外，ZigBee和WiFi模块分别单独供电，软件实现“时分复用”，尽可能避免出现ZigBee和WiFi同时发送数据的情况出现，提高网关无线数据传输的可靠性和稳定性。

2.网关软件设计与实现

ZigBee采用IEEE 802.15.4协议，根据节点地址进行通信，WiFi采用TCP/IP协议，根据IP地址进行通信。ZigBee传感节点采集到的数据按照IEEE 802.15.4协议传送到网关，网关解析出数据的有效载荷并转发给WiFi网络。当WiFi网络需要发送数据给ZigBee中节点时，网关会根据TCP/IP数据包中含有的ZigBee节点地址将有效数据转发到指定节点。网关软件通过调用协议栈建立并维护网络通信，数据转换在应用层上实现。

网关中ZigBee模块作为协调器，负责ZigBee网络的建立，信息接收、汇总及传输。协调器上电后扫描信道创建ZigBee网络，选定一个PANID作为协调器的网络标识，创建路由表，广播网络允许节点加入网络。ZigBee模块的工作流程如图3所示：

图3 ZigBee协调器工作流程图

WiFi模块负责WiFi网络中的数据收发，支持AD-HOC直连和基础网络模式两种通信模式。本文将WiFi节点配置成基础网络模式，通过无线路由与上位机进行数据交换。WiFi模块上电后，初始化硬件和网络协议栈，设置模块参数，扫描信道加入无线局域网络。图4为WiFi模块工作流程图：

图4 WiFi模块工作流程图

ZigBee向WiFi发送数据：网关内的ZigBee协调器接收到节点传来的数据后将其与发送节点地址通过UART发送给AX22001主MCU，运行在主MCU中的程序将数据及节点地址打包通过WiFi发送出去。WiFi向ZigBee发送数据：AX22001主MCU将接收到的IP数据包解包提取目的节点地址和数据，通过UART将其发送给网关内的ZigBee协调器，协调器根据目的节点地址将数据发送到指定节点上。

3.系统测试与结果分析

为测试ZigBee-WiFi无线网关的运行情况，本文采用多线程技术开发了上位机监控测试程序，其中主线程用来接收数据，发送线程用来发送数据。ZigBee-WiFi网关与测试程序之间通信通过Socket套接字来完成，网关运行在服务器模式下，测试程序运行在客户端模式下，通信流程如图5所示。

图5 socket通信流程图

测试时将ZigBee采集节点设置为全功能路由节点，外接温湿度、光强、二氧化碳浓度传感器。在一112M×49M食品生产车间中布置15个数据采集结点，测试程序运行在PC上，配置PC使得ZigBee-WiFi网关和PC工作在同一无线网络中。ZigBee-WiFi网关首先加电启动，然后运行位于WiFi网络中PC上的测试程序，输入指定的IP地址和端口后，点击连接。接收数据结果如图6所示。

图6 上位机接收数据

接收到的数据包括ZigBee节点64位全球唯一的物理地址地址，如图中“0080E102001BC0A8”，接收到的信号的强度RSSI，该参数可被用来判定链接质量，其余分别为传感器测得的环境参数值。同时上位机通过WiFi向ZigBee中所有节点循环依次发送数据，ZigBee节点均可正确接收。经多天连续运行测试，数据传输多在单跳内完成且时延小于10ms，丢包与信号强度及频率有关，据测试结果可知网关丢包率小于1%。上述结果表明设计的网关节点功能符合要求且系统运行稳定、可靠。

4.结论

本文以STM32W108及AX22001为核心芯片设计并实现了一个用于环境监测中的ZigBee-WiFi无线网关。该网关能够满足ZigBee与WiFi两种不同网络间数据互联要求，实现了ZigBee网络与WiFi网络的无缝连接，拓展了ZigBee网络的覆盖范围，方便与远程环境监测系统实现无缝连接。同时，该网关较其他方案具有功耗低，结构简单，组网方便等特点。

参考文献：

[1]张荣标，谷国栋，冯友兵 等.基于IEEE802.15.4的温室无线监控系统的通信实现[J].农业机械学报，2008，39（8）：119~122，127.

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[4]王晓喃，殷旭东.基于6LoWPAN无线传感器网络的农业环境实时监控系统[J].农业工程学报，2010，26（10）：224~228.

[5]陈琦，韩冰，秦伟俊 等. 基于Zigbee/GPRS物联网网关系统的设计与实现[J].计算机研究与发展，2011， 48（z2）：367~372.

[6]沈建华，郝立平. STM32W无线射频Zigbee单片机原理与应用[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2010．

zigbee协议篇6

关键词：传感器 无线传感器网络 ZigBee 无线传感节点

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）05-0058-02

无线传感网络的概念是基于一个简单的等式：传感技术+中央处理器+无线通信=数以千计的潜在应用可能。在智能家居、交通管理、健康监测、灾害监测等应用领域，可以通过无线传感网络不间断地进行诸如温湿度、光量、烟雾以及噪声等环境参数进行传感、测试及传输，实现对相关待测参数的传感数据分析、检测、控制及管理目的。本设计是一种基于ZigBee的无线传感网络的节点，利用不同传感器进行采集数据，然后通过ZigBee无线网络传输。

1 ZigBee协议简介

Zigbee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术，主要用于近距离无线连接。它拥有自己的协议标准，实现N个传感器之间相互协调通信。ZigBee协议可适应无线传感器免专利费的低成本、休眠模式收发信息的低功耗、无缝集成现有控制网络标准的高容错性、碰撞避免机制的数据传输高可靠性以及容纳多从设备的网络大容量的要求。ZigBee在IEEE的基础上进行了扩展，不局限于处理低级MAC层和物理层协议，还对其网络层协议和API进行了标准化。

（1）物理层。其主要负责完成以下任务：激活和停止无线传输；当前信道的能量探测；接收数据包的连接质量指示；CSMA/CA空闲信道评估；信道频率选择；数据的传输和发送。

（2）中间访问控制层。为了提高系统的兼容性，MAC沿用了WLAN中802.11系列标准的CSMA/CA方式。该方式在传输之前，先检查通道有无资料传输，若无资料传输，则开始进行资料传输动作，若产生碰撞，则稍后重新再传。

（3）网络层。ZigBee联盟制订ZigBee可支持Star、Cluster Tree与Mesh三种网络架构，在各个节点之角色方面，可分为全功能设备（FFD）与精简功能设备（RFD）。

（4）应用层。其主要负责把不同的应用映射到ZigBee网络上，包括：安全与鉴权；多个业务数据流的汇聚；设备发现；业务发现。

2 基于ZigBee协议的无线网络节点设计

CC2530Zigbee节点包括有CPU和内存相关的模块、外设、时钟和电源管理相关的模块、以及无线电相关的模块，如图1所示。CC2530具有不同的运行模式，且运行模式可快速切换，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。此外，CC2530结合了ZigBee协议栈（Z-StackTM），可以提供一个完整的ZigBee远程控制解决方案。

无线传感网络节点主要是由无线网络和传感器节点两部分组成，无线网络模块采用了ZigBee无线网络传输，而传感模块则采用了由光敏电阻传感器、动传感器、温度传感器和温湿度传感器组成。这四种传感器采集的数据包括了光照，温湿度，震动四种数据的采集，可以应用与农业，工业，防盗等多个领域，因此可以按照实际需要，结合对应的操作系统，可以用作于多领域的监控系统。其中，传感器节点模块的通用底板设计实现原理如图2所示，包括有ft232RL芯片，可实现USB转串口。

本项目中，温度采集采用DSl8820温度检测模块，其外部电路简单，功耗低，适合应用于低功耗和分布式的数据检测场合；温湿度传感模块则采用了DHT11温湿度传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有较高的可靠性和稳定性。其具体电路原理图设计如图3所示，DS18B20的数据输出IO（引脚2）接上拉电阻后与CC2530的引脚P15连接，DHT11的DATA（J7的引脚2）接上拉电阻后与CC2530的引脚P07相连。

3 程序设计

（图2）所示电路已经实现ZigBee协议的物理层和中间访问控制层，ZigBee的网络层和应用层需要由软件来实现。用户需要完成的是应用程序的设计，因为IC的供应商已经以库文件的形式向用户提供完整ZigBee协议栈。而应用程序包括各部分功能模块的初始化，中断处理和读写各个传感器模块的数据采集，发送，接收等程序。由于篇幅有限，这里给出主程序运行的流程图，如（图4）所示。

4 结语

无线传感网络节点需根据实际应用需求而设计，因此涉及多种传感器采集节点的应用。本设计满足了大部分监控系统对传感节点的需求，假如需要增加其他的传感器，可以分析图1中CC2530模块的引脚功能，结合新增的传感器特性，在图2或图3中加以修改，就可以实现。当然，在设计中应注意产品规格限制，突出低功耗优势，选取低功耗元件，确保节点的便携性和续航能力。此外，在构建完整的监控监测系统时，除了考虑节点模块的设计，还需进一步研究无线传感的网络系统和拓扑结构。

参考文献

[1]IEEE Std 802.15.4-2006[EOL].http：//

[2]ZigBee Specilfication 2005[EOL]. http：//

[3]王小强.ZigBee无线传感器网络设计与实现[M].化学工业出版社，2012.

zigbee协议篇7

关键词：无线传感器网络 ZigBee技术 IEEE802.15.4协议

中图分类号：TN929.5；TP212.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）11-0000-00

Abstract： ZigBee technology is a new and emerging low power technology which is the most closely integrated with the wireless sensor network. This paper analyzes the characteristics of ZigBee technology and the network topology of ZigBee， and studies the architecture of ZigBee protocol stack， the hardware platform of wireless sensor based on CC2530 chip， and the process and application of wireless sensor network based on ZigBee technology.

Key words： Wireless sensor network；ZigBee；IEEE802.15.4 treaty

1 引言

无线传感器网络（WSN）是一种融合了微电子、嵌入式计算、现代网络及无线通信、分布式信息处理等先进技术的网络，由大量廉价无线传感器组成。并且这种网络不采用基站或交换机作为中转，又常常被人称为Ad-Hoc网络[1]，是一种特殊的多跳移动无线网络。目前用于无线传感器网络的主要网络技术有Bluetooth、ZigBee、Wi-Fi、以及IrDA等。其中，ZigBee技术以其组成的无线传感器网络体积小、成本低、功耗低、结构简单、放置灵活、扩展方便、安全可靠[1]等特点成为无线通信应用的首选技术。因此，探讨基于ZigBee技术的无线传感器网络实现方案具有重要的实用价值。

2 ZigBee技术

ZigBee在中国被译为“紫蜂”，其突出特点是支持低成本、低功耗、可靠的数据传输、网络容量大、各层次的安全性、易于实现等。

在ZigBee无线网络中，网络拓扑结构大概有3种类型：星状网络结构、串状网络结构、网状网络结构[2]如图2所示。在这之中，每个节点的功能都不一样，有的充当协调器节点，有的充当路由节点，有的则充当终端节点。

ZigBee协议框架[3]是建立在IEEE802.15.4标准之上的。IEEE802.15.4标准满足国际标准组织开放系统互连参考模式，定义了ZigBee的物理层（PHY）和媒体访问控制层（MAC）；ZigBee联盟则定义了协议的网络层（NWK）、应用层（APL）和安全服务规范如图2。这其中ZigBee技术标准包括两个物理层：一个是全球通用的通信信道为16个的2.4GHz频段，其传输速率为250kbps另一个是美国的915MHz和欧洲的868MHz频段频段，信道分别为10个和1个，传输速率分别为40kbps和20kbps。

3 无线传感器网络的构建

本文采用CC2530芯片构建无线传感器网络，CC2530芯片是一款完全兼容8051内核，同时支持IEEE802.15.4协议的2.4GHz无线射频芯片[4]。最大拥有256K可编程FLASH容量，12个10位精度的A/D转换通道，21个双向的I/O端口，由它构成一个微型化的嵌入式系统的无线传感器网络节点，节点硬件组成如图3，可以看出硬件由CC2530芯片上系统收发模块、电源模块、接口模块及传感器模块等。节点的软件包括终端数据采集、实现ZigBee协议栈以及无线通信软件等。

4 ZigBee无线传感器网络的组网过程

在一个ZigBee网络中，只有协调器节点可以建立网络。协调器具有允许设备加入网络和离开网络的功能，并给设备分配内部网络地址，维护邻居表等。建立一个新网络首先是协调器节点的应用层调用NLME-NETWORK-FORMATION.request原语来实现，然后向网络层发出建立网络的请求，网络层收到这个请求之后，便向下层的MAC层发出信道能量扫描的要求，MAC层便调用MLME-SCAN.request原语找到信道能量低于设定能量值的可用信道，然后在可用信道中搜寻ZigBee设备。找到了合适的信道后，便将随机选择一个PAN，它是可以识别一个特定ZigBee网络的标识号，不与原来的冲突，如果没有找到，也通过原语告诉上层结果；如果找到了，就通过原语在MAC层注册这个ID号，作为新建立的无线网络的网络号，并发送MLME-START.request原语，获取PAN ID和信道扫描结果，并通过confirm原语发送给上层。收到PAN开始的状态，NLME将告知应用层它要求的建立网络的状态，这通过NLME-NETWORK-FORMATION.confirm原语来实现[5]。如图4就是协调器建立网络过程图。

ZigBee协调器节点建立网络后，路由节点或终端节点可以加入该网络。加入方式有两种：第一种关联方式，当某设备希望加入网络成为一个子设备时，应用层向网络层发送一个NLME-NETWORK-DISCOVERY.request原语。然后网络层再向MAC层发送服务请求开始信道扫描。根据扫描网络的结果，选择一个网络加入。向网络层发NLME-JOIN.request原语。MAC层发送MLME-ASSCIATE.confirm原语向网络层报告连接情况。另外一种连接方式是子设备以直接方式加入网络。这种情况，网络协调器事先已保存了子设备的64位扩展地址。开始加入网络时，网络层的上层向网络层发送一个叫NLME-DIRECT-JOIN.request原语，这个原语中包含了一个64位的扩展地址，网络层接收到这个原语，就会检查自己的邻居表，是否在邻居表中发现与这个64位地址相匹配的值。如果发现，网络层管理实体就会禁止这个原语。如果没有找到与这个64位地址相匹配的值，网络层将本网络内的唯一的16位短地址分配给这个子设备。

5 结语

基于ZigBee技术的无线传感器网络成本低、功耗低、性能高。本文所采用的基于CC2530无线传感网络系统设计方案不失为一种较为高效、节能、抗干扰能力强的廉价组网方案。像例如环境的监测和保护、医疗护理、目标跟踪、工农业的数据采集等等，基于ZigBee技术的无线传感器网络将得到越来越多的关注与应用。

参考文献

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[4]Anon.What is ZigBee？[J]PACE-Prooess and Control Engineering.2006，59（2）：28.

zigbee协议篇8

一、zigbee技术的发展背景

zigbee技术的命名源于人们对蜜蜂采蜜过程的研究，蜜蜂具体进行采蜜时，跳着八字舞，作为传递食物源的方向、距离和位置等信息的方法。因http://此，人们用zigbee技术来代表具有能量消耗小、体积小、传输速率低和成本低的无线通信技术，也就是“紫蜂”技术。

zigbee联盟是一个高速成长的非盈利业界组织，成立于2001年8月，2002年，荷兰飞利浦半导体公司、美国摩托罗拉公司、英国invensys公司以及日本三菱电气公司四大公司加盟zigbee联盟，共同合作研发名为“zigbee”的无线通信标准，被誉为zigbee技术的里程碑。迄今为止，zigbee联盟更加庞大，囊括了国际上著名的半导体生产商、技术提供者、技术集成商和许多行业的200多家企业，国内的华为、海尔、中兴等著名企业就在其中。网络层以上协议由zigbee联盟负责制定。标准制订工作与新世纪初期基本完成。与蓝牙、高速率个人区域网相比，zigbee协议更加简单实用。

二、zigbee技术的优势及其局限性

zigbee是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案，是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。zigbee以ieee802.15.4为基础。ieee802.15.4被称作ieee802.15.4技术标准，是ieee无线个人区域网pan(personal area network)工作组的一项标准。WwW.133229.CoM但ieee只能够处理物理层协议和低级mac层，所以，zigbee联盟继续开发了ieee,标准化了它的网络层协议和api。重新创造了一个安全、灵活的网络层。不仅如此，安全层也相应产生，这能够保证便携设备不会泄漏其标识，提高了信息的安全性，值得一提的是，其他节点也不容易获得利用网络的远距离传输的数据。

三、zigbee协议的体系结构

zigbee工作在2.4ghz或868/915mhz无线频带，zigbee协议的整体框架包括物理层(physical layer，phy)、介质访问控制层(medium access control layer,mac)、数据链接层、网络层（network layer,nwk)、和应用汇聚层(application layer, apl)。其中物理层、mac层和链路层采用了ieee802.15.4（无线个人区域网）协议标准，并在此基础上进行了完善和扩展，而网络层及应用设备层是由zigbee联盟制定的，用户只需编写自己需求的最高层应用协议。

四、zigbee设备及其网络拓扑结构

zigbee设备按照不同的功能，能够分为三种类型，它们分别为网络协调器(pan coordinator)、简单功能器件(reduced function device) 和全功能器件(full function device)。

启动、配置网络的设备由网络协调器负责。网络协调器能够支持各节点关联，保持间接寻址用的绑定表格，并负责各成员的链路状态信息管理、身份管理以及分组转发等任务。他同时还能设计信任中心和执行其它活动。一个zigbee网络只允许有一个zigbee协调器。

其网络拓扑结构如下图所示

五、无线通信技术zigbee技术在无线安全监测系统的应用

zigbee技术作为无线传感器网络的通信平台，实现对各种环境及生产参数全方位、实时监测和智能预警，以大大降低生产安全隐患。

每个节点都有接收信号强度指示功能(rssi)，所安装的无线传感器节点通过自组织就可以非常容易的形成一个无线传感器通信网络，在进行无线传感器节点的安装的时候，为了使无线传感器网络通信的性能能够得到有效的保证，必须引起我们的重视的就是，要求所有的节点都必须能够和三个以及三个以上的节点实现相互之间的通信，尽量避免单一线路的通信。如图2所示是整个无线传感器网络。

节点随着人员位置的移动，也就成为了移动节点。这些移动的节点能够与固定的无线传感器进行信息的交换，我们就能够借助固定位置的节点对工作人员的信息来核对，同时，能够把工作人员的信息向地面的监控中心进行传送，而且，工作人员的信息的显示可以通过地面的控制中心得到实现。

通过zigbee协议的使用，以及ieee 802.15.4标准的采用，从而实现的一个无线数据传输网络，这个无线数据传输网络是一个速率比较低、距离比较短的无线传感器网络，并且，这个无线数据传输网络具备比较低的射频传输成本。

转贴于 http://

主要性能指标如下：

1.组网与通信：完成无线传感器众多的不同的节点之间点到点、点到多点的无线通信，并且能够实现这些节点之间的自组网络，同时，也能够提供服务支持给基础和管理服务层。2.通信协议标准：zigbee协议和ieee802.15.4标准。3.网络拓扑结构：拓扑结构是网状的。4.应用系统：可以实现通用网络服务的提供，同时，也可以实现面向各个不同领域的网络服务的提供。5.管理与基础服务：通过组网与通信部分提供的服务，可以提供服务支持给应用系统。6.数据传输速率：250kbps。7.调制方式：dsss(o-qpsk)。8.使用频段：2.4-2.483ghz.9.节点功耗：5omw-300mw。10.接收灵敏度：-94dbm的接收灵敏度。11.时延：进行激活或信道接入的时延是15ms，进行设备搜索的时延是30ms。12.节点间通信范围：75m-100m。

设计系统硬件时，选用的传感器与通信器件，要符合耗电小、成本低、体积小等条件，并且电路板布建要容易，具备可动态配置、可自编程等特点。本文研究的系统硬件平台主要是分布式传感器节点。

本文设计的分布式无线传感器节点的硬件，包括msp430f149模块、传感器模块、cc2420无线通信模块、存储模块和电源http://管理模块等。msp430f149模块主要负责的工作是链路管理与控制，并执行基本频带通信协议和相关的处理过程，它包括建立链接、链路类型的支持、频率的选择、功率的模式、媒体的接入控制和安全算法等，然后对传感器模拟信号进行调理，并通过a/d转换，最后暂存于缓存中，并由无线通信模块cc2420通过无线通信信道传送到主控节点，再进行信息特征的提取、信息融合等高层决策处理。整个节点可由外部直流电源供电或采用电池组，视具体情况而定。节点支持瓦斯、co、顶板压力等各种传感器，能够根据监测的实际需要选择配置。

六、结束语