Zigbee调研研讨.doc

Zigbee调研报告 一、Zigbee简介 Zigbee名字的由来： Zigbee名字起源于蜜蜂之间传递信息的方式。蜜蜂通过一种特殊的肢体语言告知同伴新发现的事物源的位置信息，这种肢体语言是Zigzag舞蹈，借此意义以Zigbee作为新一代通信技术的命名。在此之前Zigbee也被称为HomeRF Lite、RF-Easylink或Firely无线电技术，现在统一称为Zigbee技术。 无线传感器网络与Zigbee的关系： 无线传感器网络是指大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。其目的是协作地感知、采集和处理传输网络覆盖地理区域内感知对的监控信息，并报告给用户。 无线传感器网络起源于20世纪70年代，是一种特殊的无线网络，最早用于美国军方，例如空中预警控制系统。这种原始的传感器网络只能捕获单一信号，传感器节点只能进行简单的点对点通信。 无线传感器网络与Zigbee的关系，无线传感器网络的应用，一般不需要很高的带宽，但对于功耗要求却很严格，大部分时间必须保持低功耗。传感器节点通常使用储存容量不大的嵌入式处理器，对协议栈的大小也有严格的限制。另外，无线传感器网络对网络安全性、节点自动配置和网络动态重组等方面也有一定的要求。无线传感器网络的特殊性对应用于该技术的协议提出了较高的要求，目前使用最广泛的无线传感器网络的物理层和MAC层协议为IEEE802.15.4。 无线传感器网络与Zigbee技术之间的关系可以从两方面进行分析： 协议标准： 目前大多数无线传感器网络的物理层和MAC层都采用IEEE802.15.4协议标准。IEEE802.15.4描述了低功率无线个人局域网的物理层和媒体接入控制层协议，属于IEEE802.15.4工作组，而Zigbee技术是基于IEEE802.15.4标准的无线技术。 应用： Zigbee适用于通信数量不大，数据传输速率传输相对较低、成本较低的便携或移动设备。这此设备只需要很少的能量，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，并能实现传感器之间组网，实现无线传感器网络分布式，自组织和低功耗的特点。Zigbee是实现无线传感器网络应用的一种重要的技术。 Zigbee技术的特点： Zigbee可在2.4GHZ(全球流行)、868MHZ(欧洲流行)和915MHZ(美国流行)三个频段上，分别具有250kb/s、20kb/s、40kb/s的传输速率，它的传输距离在10m~75m的范围内。 1.低功耗。一般的Zigbee芯片有多种电源管理模式，这些管理模式可以有效的对节点工作和休眠进行配置，从而使得系统在不工作时可以关闭射频部分，极大地降低了系统功耗，节约了电池能量。 2.低成本。Zigbee网络协议简单，可以在计算能力和储存能力都很有限的MCU上运行，非常适用于对成本要求苛刻的场合。现有的Zigbee芯片一般都是基于8051单片机内核，成本较低，这对于一些需要布置大量无线传感器网络节点的应用是很重要的。 3.大容量。Zigbee设备即可以使用64位IEEE网络地址，又可以使用指配的16位网络短地址。在一个单独的Zigbee网络内，理论上可以容纳最多65536个设备。 4.可靠。无线通信是共享信道的，因而面临着众多有线网络所没有的问题。Zigbee在物理层和MAC层采用IEEE802.15.4协议，使用带时隙或不带时隙的“载波检测多址访问/冲突避免”的数据传输方法，并与“确认和数据检测”等措施相结合，可保证数据的可靠传输。同时，为了提高灵活性和支持在资源匮乏的MCU上运行，Zigbee支持三种安全模式。最高级安全模式采用属于高级加密标准（AES）的对称密码和公开密钥，可以提高数据传输的安全性。 5.时延性。针对时延性敏感做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。 6.灵活的网络拓扑结构。Zigbee支持星型、树型和网状拓扑结构，既可以单挑、又可以通过路由实现多跳的数据传输。 Zigbee芯片： Zigbee芯片为cc243x系列、mc1322x系列和cc253x系列。 常见的Zigbee协议栈： 1.非开源协议栈； 2.半开源协议栈——适合工业级应用的Zigbee协议栈； 3.开源协议栈——对于初学者来说比较容易上手。Freakz适合用于学习，对于工业应用来说讲Zstack比较实用。 Zigbee技术原理 Zigbee网络结构 Zigbee技术是一种低数据传输速率的无线个域网，网络的基本成员称为设备。网络中的设备按照各自作用的不同可以分为协调器节点、路由器节点和终端节点。 1.Zigbee网络协调器是整个网络的中心，它的功能包括建立、维持和管理网络，分配网络地址等