Zigbee组网的研究.doc

目录 Zigbee组网研究摘要 第一章 Zigbee组网研究 1.1 无线组网技术的简述 1.2 zigbee的特点 1.4 ZigBee结构原理 指导教师 骆晨岚 摘要 随着社会生活和生产领域对无线通讯和数据传输需求的日益增长，ZigBee协议标准作为一种全新的无线传感网络技术应运而生，并展示了迅猛发展的良好势头，引起了国内外广大科技工作者的极大兴趣和关注。ZigBee 技术是一种短距离无线双向通信技术，该技术拥有协议简单、功耗低、组网能力强、网络容量大、时延短、安全可靠及成本低等优点。具有路径选择、自动连结网络及自我恢复等功能。ZigBee无线传感器网络将传感技术、通讯技术和计算技术结合在一起，具有信息采集、传输和处理的能力。在军事国防、民用、城市管理、生物医疗、环境检测、防恐反恐、危险区域远程控制等诸多领域都有广泛前景。 关键词 Zigbee;传感器;无线组网;无线通信 引言ZigBee（IEEE802.15.4）技术是最近发展起来的一种短距离无线通信技术，功耗低，被业界认为是最有可能应用在工控场合的无线方式。它同样使用2.4GHz波段，采用跳频技术和扩频技术。另外，它可与254个节点联网。节点可以包括仪器和家庭自动化应用设备。它本身的特点使得其在工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统等领域有很大的发展空间。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四大巨头共同宣布，它们将加盟“Zigbee 联盟”，以研发名为“Zigbee”的下一代无线通信标准，这一事件成为该项技术发展过程中的里程碑。 Invensys、三菱电子、摩托罗拉和飞利浦等国际知名的大公司外，该联盟大约已有150家成员企业，并在迅速发展壮大（最近华为和IBM也加入其中）。其中涵盖了半导体生产商、IP服务提供商、消费类电子厂商及OEM商等，例如Honeywell、Eaton和Invensys Metering Systems等工业控制和家用自动化公司，甚至还有像Mattel之类的玩具公司。所有这些公司都参加了负责开发Zigbee物理和媒体控制层技术标准的IEEE 802.15.4工作组。 工作频段灵活： 使用的频段分别为2.4GHz、868MHz(欧洲)及915MHz(美国)，均为免执照频段。 ZigBee主要应用在距离矫、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。 它的应用目标主要是:消费场所(茶楼 .咖啡馆 .网吧 .KTV 娱乐场所呼叫，系统理中心部署的ZigBee 节点设备构成了完整的无线通讯网络，实现了信息处理的自动化ZIGBEE网络实现信息设备、通讯设备、娱乐设备、家用电器、自动化设备、保安（监控）装置等设备互联，使智能化、人性化的家居生活变成了现实； 一般而言，ZgBee技术应用在以下几方面具有显著的优势: 1．需要无线通信交换信息的低成本装置; 2．数据的交换量较小、传输的速率要求不高: 3．功耗要求极低，采用电池供电且需要维持较长时间; 4．需要多个(尤其是大量)设备组成无线通信网络，主要进行监测和控制的场合。 四．ZigBee结构原理物理层的上面是MAC层(Medium Access Layer 中间通道层），它的核心是信道接入技术，包括时分复用GTS技术和随机接入信道技术CSMA/CA。不过ZigBee实际上并没有对时分复用GTS技术进行相关的支持，因此我们可以暂不考虑它，而专注于CSMA/CA。ZigBee/IEEE 802.15.4的网络所有节点都工作在同一个信道上，因此如果邻近的节点同时发送数据就有可能发生冲突。为此MAC层采用了CSMA/CA的技术，简单来说，就是节点在发送数据之前先监听信道，如果信道空闲则可以发送数据，否则就要进行随机的退避，即延迟一段随机时间，然后再进行监听，这个退避的时间是指数增长的，但有一个最大值，即如果上一次退避之后再次监听信道忙，则退避时间要增倍，这样做的原因是如果多次监听信道都忙，有可能表明信道上的数据量大，因此让节点等待更多的时间，避免繁忙的监听。通过这种信道接入技术，所有节点竞争共享同一个信道。在MAC层当中还规定了两种信道接入模式，一种是信标(beacon)模式，另一种是非信标模式。信标模式当中规定了一种“超帧”的格式，在超帧的开始发送信标帧，里面含有一些时序以及网络的信息，紧接着是竞争接入时期，在这段时间内各节点以竞争方式接入信道，再后面是非竞争接入时期，节点采用时分复用的方式接入信道，然后是非活跃时期，节点进入休眠状态，等待下一个超帧周期的开始又发送信标帧。而非信标模式则比较灵活