前言：中文期刊網精心挑選了zigbee協議范文供你參考和學習，希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感，歡迎閱讀。
zigbee協議范文1
關鍵詞：無線傳感器網絡；zigbee技術；協議棧；物理層；數據鏈路層
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）18-4220-03
Zigbee為一種標準化的無線通信技術，以滿足無線傳感器網絡低成本、低功耗的需要[1]。它是一種介于無線標記技術和藍牙技術之間的技術方案，主要應用于短距離的無線連接。Zigbee作為新興的短距離無線通信技術，正有力地推動低速率個人區域網絡的發展。它以靈活、機動的組網方式，使用CSMA/CA信道接入機制，以及數據確認和加密機制，網狀多路徑數據傳輸，使得Zigbee技術自正式推出以后，就得到科學和商業的廣泛關注[6-7]。正如Zigbee聯盟主席所說，Zigbee技術是無線傳感器網絡最好的選擇[2-3]。
Zigbee協議棧與傳統的計算機體系結構一樣，通過層來量化它的各個簡化標準，每層負責執行該層特定的功能，同時為上層提供服務。其協議棧體系結構如圖1所示：物理層（PHY）和媒體訪問控制層（MAC）由IEEE802.15.4[4-5]協議標準提供。IEEE802.15.4標準致力于提供一種低復雜度、低成本、低功耗和低速率的無線通信技術，對信道選擇、能量檢測、鏈路質量、清除信道評估（CCA）、信標管理、信道接入、時隙管理、發送連接與斷開連接等進行了規范。IEEE802.15.4標準定義了兩種網絡設備：精簡功能設備（RFD）和全功能設備（FFD）。FFD具有路由能力，在點對點拓撲網絡中可與任意節點進行通信；RFD功能有限，不管在何種網絡拓撲結構中只能與其父節點FFD設備進行通信。網絡層與應用框架層由Zigbee聯盟制定，對網絡建立、設備的連接與斷開、幀安全機制，設備對象等進行了規范。Zigbee標準在IEEE802.15.4標準的基礎上定義了三種網絡設備：協調器設備（ZC）、路由器設備（ZR）和終端設備（ZED）。應用框架層為Zigbee技術的實際應用提供一些應用框架模型，用戶可根據自己的應用需求來開發應用。各層協議標準的特性將在后面章節詳細介紹。
1 物理層概述
IEEE802.15.4標準詳細說明了使用的無線頻段、物理層和MAC層。針對不同的國際和地區，Zigbee技術允許其使用不同的工作頻率。IEEE801.15.4工作在3個不同的ISM頻段：2.4GHz（全球通用頻段）和868/915MHz。3個頻段共規范了27個物理信道，其中2.4GHz頻段定義了16個信道，915MHz頻段定義了10個信道，868MHz頻段定義了1個頻段。對于各個國家和地區采用的工作頻率范圍的不同，為提供數據的傳輸速率，IEEE802.15.4標準針對不同的頻率范圍規定了不同的調制方式。因而在不同的頻率段中，其數據傳輸速率不同，具體調制方式和傳輸速率如表1所示。
Zigbee技術對發射功率也進行嚴格的規范，遵照不同國家和地區制定了不同的最大發射功率，發射功率范圍為0～10dBm，其通信距離為10～300m。在誤碼率小于1%的條件下，Zigbee的接收靈敏度為-85dBm。為適應低速率、低功耗的無線通信傳輸，IEEE802.15.4標準物理層定義了適用于3個頻段的通用規范，包括以下三類：
1）接收機能量檢測（ED，energy detection）：EQ用來評估信道帶寬內接收機的信號能量，其檢測結果以8個比特的整數來表示，通過物理層原語PLME-ED.confirm向媒體訪問控制層的管理實體報告所檢測的結果。
2）鏈路服務質量（LQI，Link quality indicator）。LQI用來評估接收機所接收的數據包強度和品質，其數值用一個8比特的整數來表示，其值的大小表示鏈路質量的高低，并通過物理層原語PD-DATAA.indication發送給媒體訪問控制層。
3）清除信道評估（CCA，Clear channel assessment）。IEEE802.15.4標準的物理層協議規范了3種清除信道評估模式。
① 清除信道評估模式1：若通過能量檢測，其信道能量大于閾值能量時，則返回忙的信息。
② 清除信道評估模式2：載波判斷，當清除信道評估檢測到一個擴展的調制信號時，給出一個忙的信息。其中這個信息可能高于或低于能量檢測門限值。
③ 清除信道評估模式3：當清除信道評估檢測到一個擴展信號時，且擴展信號攜帶的能量大于閾值能量，則返回忙的信息。
對于以上任意一種清除信道評估模式，如果物理層正在接收數據時，若收到PLME-CCA請求原語，清除信道評估也會返回忙的信息。當檢測到信道忙時，物理層用PLME-CCA.confirm原語向媒體訪問控制層發送一個具有BUSY狀態的信息，當檢測信道空閑時，發送一個具有IDLE狀態的信息到媒體訪問控制層。
2 媒體訪問控制層（MAC）
2.1 MAC層概述
在IEEE802.15.4標準中，給出了MAC協議的規范，以便于接入物理層無線信道。MAC層數據服務為物理層與網絡層之間的數據傳輸提供一個接口，以實現數據發送、接收和處理排列中清除一個MAC層服務數據單元。MAC層管理服務允許上層與MAC層管理實體之間傳輸管理指令，其主要功能為設備通信鏈路的連接和斷開管理、信標管理、個域網信息庫管理、孤點管理、復位管理、接收管理、信道掃描管理、通信狀態管理、設備的狀態管理、啟動、網絡同步、輪詢管理等。
2.2 信道掃描
所有設備都必須能夠對所規定的一系列信道進行被動和孤點掃描，同時FFD還具有能進行能量檢測和主動掃描。在FFD作為個域網協調器前，首先進行能量檢測或主動掃描，或者在選擇與一個個域網建立連接前，執行主動或被動掃描；設備通過孤點掃描來鎖定失去連接的父節點。對于RFD可選擇能量檢測掃描或主動掃描來選擇合適的信道連接網絡。
1）ED信道掃描
通過一次掃描各個信道，設備節點可以得到各個信道的峰值能量。通過這個信息，設備節點可以選擇合適出信道，以接入到網絡。對每一個邏輯信道，MAC層管理實體設置相應的信道序列號，且切換到相應的信道，在[aBaseSuperframeDuration×（2n+1）]個符號周期內重復地對該信道進行能量檢測（其中n為掃描參數值0-14之間），在此期間內所得到的最大能量檢測值。其中設備能夠存儲1到信道能量檢測最大值之間的數值。
2）被動信道掃描
設備在選擇與一個個域網建立連接之前，可以執行被動掃描。與主動掃描類似，它允許設備鎖定它所在的個域網中任何發送信標的協調器。在PAN描述器的最大值或已經掃描所有信道后，掃描結束。
3）孤立信道掃描
對每一個邏輯信道，設備首先設置當前信道值，且切換到相應的信道，然后發送一個孤立通告命令；這時接收機處于工作狀態，接收時間最多為aResponseWaitTime個符號周期，在等待時間內接收協調器重新連接命令，設備關閉接收機。當設備受到重新連接命令或者已經掃描過所有規范的邏輯信道后，孤立信達掃描結束。
2.3 MAC層幀結構
MAC層幀結構由三個部分組成：MAC層幀頭、可變長MAC載荷和幀尾。幀控制域包括幀類型的定義、地址子域與其他控制信息，定義幀的類型、格式等。在地址域中，存在著兩種地址：64位的IEEE MAC地址和16位的Zigbee網絡地址，在數據傳輸過程中，可以采用任意一種尋址方式。幀載荷域的長度可變，不同幀類型所包含的不同的信息。在IEEE802.15.4標準中，給出了4種幀的定義：信標幀、數據幀、確認幀和命令幀。信標幀和數據幀包含高層信息，而確認幀和命令幀由MAC層產生。
3 結論
Zigbee技術為一Zigbee為一種標準化的、能滿足無線傳感器網絡低成本、低功耗需要的無線通信技術。該文對Zigbee協議棧中的相關信息做了詳細的介紹。首先介紹了Zigbee協議棧的整體結構，從物理層到應用層，逐一分析了Zigbee標準各層的特點。重點介紹了Zigbee標準的頻段和通用規范、信道掃描的分類和幀結構。
參考文獻：
[1] Zigbee Standards Organization. Zigbee Specification V1.0：Zigbee Specification [S].2005.
[2] 李臘元，李春林.計算機網絡技術[M].北京：國防工業出版社，2004.
[3] 任豐原，黃海寧，林闖.無線傳感器網絡[J].軟件學報，2003，14（7）：1282-1291.
[4] IEEE. Wireless Medium Access Control （MAC） and Physical Layer（PHY） Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Netwrok[S]. IEEE Standards 802.15.4-2003， 2003.
[5] IEEE. Wireless Medium Access Control （MAC） and Physical Layer（PHY） Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Netwrok[S]. IEEE Standards 802.15.4-2003， 2006.
zigbee協議范文2
關鍵詞：無線傳感器網絡；ZigBee協議；多跳；協調器；路由器；終端設備
中圖分類號：TP79
無線傳感器網絡（WSN，WirelessSensorNetwork）是由多個節點組成的面向任務的無線自組織網絡，它綜合了無線通信技術，傳感器技術，微機電技術，計算機網絡技術等多學科的技術領域，借助各類傳感器對檢測目標進行數據采集，通過無線通信的方式把信息發送給觀測者。由于無線傳感器網絡具有不依賴有線基礎設施，可以自組網和允許網絡具有動態的拓撲結構等優點，特別適用于一些不適合人類直接參與的檢測環境進行數據采集，因此無線傳感器網絡在軍事、空間探索和災難拯救等特殊領域有其得天獨厚的技術優勢，在環境、健康、家庭和其他商業領域有廣闊的應用前景。
1 ZigBee協議
ZigBee協議是一種建立在IEEE802.15.4標準之上的短距離，低速率的無線通信協議，其中物理層和鏈路層由IEEE802.15.定義，網絡層和應用層由ZigBee聯盟規范。與其他短距離無線通信技術相比，ZigBee協議具有以下優點：（1）功耗低。低功耗待機模式下，兩節5號電池就可以是由6個月以上。（2）具有3個無線收發器頻段。868MHZ（歐盟）；902MHZ（美國）；2.4GHZ。（3）網絡容量大?？芍С?500個節點設備。（4）采用CSMA-CA機制，有效的避免了數據發送時因碰撞產生的沖突。（5）網絡安全性高。采用了密鑰長度為128位的加密算法，對所傳輸的數據進行了加密算法，有效的保證了數據傳輸的有效性和安全性。
2 系統硬件設計
無線傳感器網絡節點的組成一般都由傳感器模塊、處理模塊、無線通信模塊和能量供應模塊這四部分構成：（1）傳感器模塊。本設計中傳感器采用數字濕度溫度傳感器SHT10，SHT10是一款高度集成的溫濕度傳感器芯片，提供全量程標定的數字輸出。產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。該傳感器品質卓越、響應超快、抗干擾能力強、極高的性價比。每個傳感器芯片都在極為精確的恒溫室中進行標定。通過兩線制的串行接口與內部的電壓調整，使系統集成變得快速而簡單。（2）處理模塊。處理器單元采用ATMEL公司的ATmega128L芯片。ATmega128L為基于AVRRISC結構的8位低功耗CMOS微處理器。它具有非常豐富的資源，具有片內128K字節的程序存儲器（Flash），4K字節的數據存儲器（SRAM，可外擴到64K）和4K字節的EEPROM。由于其先進的指令集以及單周期指令執行時間，ATmega128L的數據吞吐率高達1MIPS/MHz，從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾。（3）無線通信模塊。無線通信單元采用Chipcon公司的CC2420射頻芯片。是ChipconAs公司推出的首款符合2.4GHzIEEE802.15.4標準的射頻收發器。該器件包括眾多額外功能，是第一款適用于ZigBee產品的RF器件。只需極少外部元器件，性能穩定，功耗極低。（4）能量供應模塊。能量供應模塊主要是電池來實現，目前常用的傳感器電池有兩種，一種是常用可充電電池，如可充電鋰鈕扣電池LIR2450，該類電池具有電壓高、平均電壓為3.6伏，充放電循環特性優秀，但是由于其額定容量小，而且許多傳感器都會放在一些特殊的環境中，再次充電的可能性很小，從而減少了網絡的生命周期；如果是在一些允許的環境中采集數據，常采用兩節普通的5號AA電池，則可以維持更長的網絡生命周期。
3 軟件設計
Zigbee協議定義了三種設備類型：（1）協調器程序設計。每個ZigBee網絡都必須包含一臺協調器。協調器的主要功能是為建立和啟動網絡這一過程設置參數。（2）路由器程序設計。本程序設計的路由器就有兩部分組成，一個是路由器入網程序流程圖，另一個是路由程序流程圖。（3）終端設備程序設計。終端設備不參與路由選擇，由于路由器和終端設備被整合到網絡之中，所以它們從協調器或從任何已經處于網絡中的路由器那里可以獲得有關網絡的信息。這些信息可以讓其他設備設置操作參數，并因此加入網絡之中。
圖1 協調器程序
圖2 路由器程序流程圖
4 實驗調試結果
按照上述設計組建網絡后，把對應的程序燒錄到協調器節點，路由器節點和終端設備節點。等待終端設備節點傳感器數據采集完成后，數據發送到路由器節點，并由路由器節點發送給協調器節點，最終傳送到計算機，在串口調試助手中可以看到如下的提示信息：
其中陰影部分為采集到的數據，表示收到長度為41的數據幀，發送數據的節點地址為0x1430，一共采集到了八組數據。說明所有節點通過自組織的方式，成功的組成了一個基于路由的多跳網絡，并能夠正確工作，達到了設計的目的。
5 結束語
無線傳感器網絡是資源受限網絡，節點因受能源限制，其發射功率較低，因此網絡中節點通信距離有限，節點只能與它的鄰居直接通信。如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節點進行通信，則需要通過路由器節點進行路由，從而形成多跳網絡，本文基于ZigBee協議，通過對無線傳感器網絡節點的硬件和軟件設計來成功實現數據在無線傳感器網絡節點間的多跳路由。
參考文獻：
[1]于海斌，曾鵬.智能無線傳感器網絡系統[M].北京：科學出版社，2006：40-50.
[2]顧瑞紅，張宏科.基才ZigBee的無線網絡技術及其應用[J].電子技術應用，2005，6：1-3.
zigbee協議范文3
Abstract:The paper introduced development and features of wireless sensor networks. Based on analysis and comparison of several popular wireless sensor networks routing protocols, it proposed a ZigBee wireless sensor networks routing algorithm combining with characteristics of heading face of coal mine underground, which was fit for mesh topology. And the routing's establishment, maintenance and recovery were described in details. The routing algorithms had some reference value to other systems with ZigBee mesh topology.
關鍵詞:滅火救援 無線傳感器網絡 路由協議 ZigBee
Key words:coal mine heading face wireless sensor networks routing protocol ZigBee
引言
ZigBee技術以其低功耗、低復雜度、低成本、大容量、短時延等優越特性在無線通信領域異軍突起,應用日趨廣泛。在消防領域的滅火救援過程中,及時準確地獲知消防人員的位置及狀態信息是至關重要的。利用配帶在救援人員的ZigBee無線模塊,可組成一個全無線的消防報警網絡,該網絡兼有無線追蹤定位功能,可通過建筑物內的無線傳感器網絡及消防人員隨身攜帶的移動裝置,動態掌握進入火災現場的人員位置和狀態。
滅火救援現場隨機性強,人員相對位置的改變非常頻繁,導致網絡拓撲結構頻繁改變,且結構復雜等特點。為此,本文針對基于ZigBee技術組建的現場無線網絡通信系統,設計了一種能夠適應滅火救援過程工作特點的無線傳感器網絡路由協議,可實現自動組網來覆蓋所有設備能到達的區域。該路由協議的特點:多跳路由、自動組網,以滿足不斷變化的網絡,解決上述問題。
一、無線傳感器網絡
以IEEE 802.15.4標準為基礎的ZigBee無線傳感器網絡為第四代傳感器網絡。無線傳感器網絡由普通節點、中繼節點、網關節點和監控中心組成,普通節點完成數據采集;中繼節點實現多跳中繼傳輸和數據匯聚接收;網關節點完成無線和有線信號轉換;監控中心完成區域數據的綜合處理。普通節點通過多跳中繼方式將監測數據傳給網關節點,最終通過有線方式將無線區域內的數據傳送到遠程監控中心進行集中處理。
二、無線傳感器網絡路由協議
路由協議負責將數據分組,從源節點通過網絡轉發到目的節點。它主要包括兩個方面的功能:尋找源節點和目的節點的優化路徑;將數據分組沿著優化路徑正確轉發。無線傳感器網絡節點能量有限,路由協議關心整個網絡能量的均衡消耗以及能量的高效利用。因此,路由協議直接影響無線傳感器網絡的性能和壽命;另外,無線傳感器網絡具有很強的應用相關性,不同應用中的路由協議可能差別很大,沒有一個通用的路由協議可以滿足所有的應用,因此,需要根據具體應用研究最優的路由協議,當前流行的幾個無線傳感器網絡的路由協議如下所述。
2.1洪泛協議
洪泛(Flooding)協議是一種傳統的無線通信路由協議。該協議規定,每個節點接收來自其它節點的信息,并以廣播的形式發送給其它鄰居節點,如此繼續下去,最后將信息數據發送給目的節點。但該協議容易引起信息的“內爆”(Implosion)和“重疊”(Overlap),造成資源的浪費。
2.2閑聊協議
閑聊(Gossiping)協議是在洪泛協議的基礎上進行改進而提出的。它傳播信息的途徑是隨機地選擇一個鄰居節點,獲得信息的鄰居節點以同樣的方式隨機地選擇下一個節點進行信息的傳遞。該協議避免了以廣播形式進行信息傳播的能量消耗,代價是延長了信息的傳遞時間,雖然在一定程度上解決了信息的“內爆”問題,但是仍然存在信息的“重疊”現象。
2.3SPIN協議
SPIN (Sensor Protocol for Information via Negotiation)協議是以數據為中心的自適應路由協議,通過協商機制來避免Flooding協議和Gossiping協議的“內爆”和“重疊”問題。無線傳感器網絡各節點只有在收到相應請求時才有目的地發送數據信息。SPIN協議有3種類型的消息,即ADV、REQ和DATA。在發送一個DATA數據包之前,一個傳感器節點首先對外廣播ADV數據包。如果某一個節點希望接收該數據信息,則向發送ADV數據包的節點回復REQ數據包,由此建立起發送節點和接收節點的聯系,之后發送節點便向接收節點發送DATA數據包。SPIN協議的工作流程如圖1所示。
圖1SPIN協議的工作流程圖
2.4定向擴散協議
定向擴散(Directed Diffusion)協議是一種基于查詢的路由機制。整個過程可以分為興趣擴散、梯度建立以及路徑加強3個階段。在興趣擴散階段,匯聚節點向傳感器節點發送其想要獲取的信息種類或內容。興趣消息中含有任務類型、目標區域、數據發送速率、時間戳等參數。每個傳感器節點在收到該信息后,將其保存在緩存(CACHE)中。當整個信息要求傳遍整個無線傳感器網絡后,便在傳感器節點和匯聚節點之間建立起一個梯度場,梯度場的建立以成本最小化和能量自適應為原則。一旦傳感點感興趣的數據,就會根據建立的梯度場尋求最快路徑進行數據傳遞。梯度場建立過程如圖2所示。
圖2定向擴散協議的梯度場建立過程示意圖
2.5LEACH協議
LEACH ( Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy)協議是一種以最小化傳感器網絡能量損耗為目標的自適應分簇拓撲協議。它的執行過程是周期性的,每輪循環分為簇的建立階段和穩定的數據通信階段。在簇的建立階段,相鄰節點動態地形成簇,隨機產生簇頭;在數據通信階段,簇內節點將數據發送給簇頭,簇頭進行數據融合并將結果發送給匯聚節點。由于簇頭需要完成數據融合以及與匯聚節點進行通信等工作,所以能量消耗大。LEACH協議隨機循環選擇簇頭,將能量負載平均分配到每個無線傳感器網絡節點中,進而可以延長網絡的生命周期。LEACH協議可將網絡生命周期延長15%。
對上面這些協議進行比較分析后得出,一個好的無線傳感器網絡路由協議應具備如下特征:具有動態的選擇匯聚節點的能力、快速的數據融合技術、隨機路徑選擇能力。
三、改進的無線傳感器網絡路由協議
在滅火救援過程實際應用中,從功能上將無線傳感器網絡節點分為無線主節點、無線路由節點、無線設備節點3種。救援人員的無線設備通過無線網絡實現與無線主節點通信。無線傳感器網絡是一種能量有限的網絡,如果網絡中的某些節點能量消耗過快,會使節點在短時間內失效,從而導致有效傳感區域變小,影響數據采集結果。如何有效減少并平衡網絡中各個節點的能量消耗,從而使網絡壽命最大化,是協議設計的關鍵問題之一。通過分析和實驗,筆者將定向擴散協議和以最小化傳感器網絡能量損耗為目標的LEACH分簇拓撲協議有機結合,設計了適用于滅火救援工作過程的無線傳感器網絡路由協議。
3.1路由建立
本文的路由建立過程類似于定向擴散協議中的興趣擴散、梯度建立過程,采用由頂至底的路由生成算法。首先由無線主節點對所有的無線路由器節點發“配置系統命令幀”,這是一種由頂至底的擴散尋呼請求。
(1)由無線主節點向下進行一次一跳地擴散尋呼請求,尋呼請求消息中包含有源節點和目標節點的ID號、消息編號、鏈路時鐘值等。
(2)在尋呼請求消息擴散方向上,下游節點收到上游節點的請求后,修改鏈路時鐘值,對自身ID號和目標節點ID號進行比較判斷,如果相等則進入休眠狀態直至回應周期時間到,然后發回答幀;如果不等則記錄上游節點的位置信息,修改路由跳數等字段,繼續向其鄰近下游節點擴散路由請求,然后進入休眠狀態直至回應周期時間到,然后自動喚醒進入準備接收狀態。對于鄰近下游節點,如果收到相同編號的消息,則簡單地將后來的消息丟棄。
(3)當無線主節點收到所有無線路由節點的回答后,構造路由表。
(4)路由表建立之后,系統轉入工作狀態。在正常工作狀態時,無線路由節點的生命周期直接影響到整個網絡的生命周期。信息在傳遞的過程中,無線路由節點的使用頻率最高,能量消耗最大,因此,必須平衡整個網絡的無線路由節點的能量消耗,以延長無線網絡的生命周期。本文將整個工作周期分為收集數據進程、上行傳輸進程、下行傳輸進程3個部分。收集數據進程結束后,網絡進入上行傳輸進程,由節點坐標最低的無線路由節點開始發送數據幀,工作時間結束即進入休眠狀態。
3.2路由維護
由于網絡的無線設備節點是經常移動的,因此,網絡的拓撲結構會隨時發生變化,這就要求系統的路由維護是動態的。本文采用的算法是主機點名-重建路由算法,即在上行傳輸進程結束時,主機點名;當3次有未出現的無線設備節點時,定義為無線設備節點丟失,這時需檢查修復無線設備節點。路由建立之后,為了在維持每條路由信息的同時減少對節點存儲空間的需求,每個傳感器節點僅對經過本節點的當前路由信息進行緩存。路由信息僅在節點上保存較短的時間,如果現存的路由信息得不到及時刷新,則該路由信息將被置為無效,并最終被清除。為了維護現存的路由,在一條路徑上如果當前路由信息仍然有效,則每當有新的數據發送后,當前的路由信息就被及時刷新,這樣可保證對突發通信實現連續的數據傳輸。
3.3路由恢復
路由恢復與路由維護所不同的是:無線路由節點會因為電源耗盡或受到物理損毀后失效,從而導致路由中斷。為了盡快恢復節點間的通信能力,需要對路由進行修復。為了能夠及時發現損壞的路由,路由協議需要具備有效的路由中斷發現機制。傳統的方法是使鄰近節點之間定期發送Hello消息以探測鄰近節點的狀態,確定路由斷點,從而修復路由。但是周期性的Hello消息會在網絡中產生大量的流量,導致帶寬和能量有限、通信不可靠的無線傳感器網絡在消耗大量能量的同時,性能急劇惡化。為了減少網絡中的流量、節省節點能量,必須以盡可能少的消息恢復無線主節點和無線路由節點之間的路由。對此仍然采用主機點名-重建路由算法,重建路由時可以檢測到損壞的無線路由節點,對其進行更換并重建路由。
zigbee協議范文4
【關鍵詞】 無線傳輸 zigbee 飛思卡爾 集成電路
1 無線傳輸協議
提起無線傳輸技術，或許很多人會想到紅外（irda）、想到調頻（fm），甚至會想到gsm，cdma，bluetooth，這些都是無線技術發展的里程碑，是無線技術發展到成熟，結合實際應運而生的科技產物，并在各自的領域發揮著舉足輕重的作用。
隨著通信技術和計算機技術的飛速發展，對于短距離無線通信的需求越來越多，各大著名半導體廠商組成各種協議聯盟，研發出多種應用于不同領域的短距離傳輸協議，比如用于超短距離傳輸大批量數據的uwb（（ultra wideband）），應用于非標準無線射頻協議的ant，以及本文要介紹的，應用于低功耗、短距離傳輸的zigbee協議。
2 協議的發展
zigbee協議是由包括飛思卡爾半導體在內的zigbee聯盟制定的無線通信標準，zigbee聯盟成員包括飛思卡爾、摩托羅拉、三星等著名半導體廠商。 zigbee聯盟的目的是為了在全球統一標準上實現簡單可靠、價格低廉、功耗低、無線連接的監測和控制。
zigbee是基于ieee802.15.4標準的低功耗協議。這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡。zigbee技術也是依靠各個節點去傳遞信息，zigbee可以組建成大規模的網絡，網絡節點容量可多達65535個。表1總結了各種常見的協議的特點以及應用領域。從表中可以看到，zigbee的特點是傳輸距離短、復雜度低、低功耗、低數據速率、低成本、可以組成網絡。主要適合用于自動控制和遠程控制領域。（表1）
任何協議，任何產品都要有應用才有存在的價值，那么zigbee可以應用到那些領域呢？圖1所示，如下場合適合zigbee技術：1）設備成本低、傳輸數據量小。2）設備體積小，不便放置較大的充電電池或者充電模塊。3）沒有充足的電源支持，只能使用一次性電池供電。4）需要較大范圍的通信覆蓋，網絡中的設備非常多，但僅僅用于監控或控制。結合到具體的領域，如工業、農業的自動監測、控制；tv、dvd、cd等個人消費電子的無線遙控；家居自動化、安防、門禁；以及一些pc的外圍設備，如鼠標、鍵盤；甚至于個人健康的監控、診斷等等。
3 飛思卡爾系列芯片
飛思卡爾半導體一直是業界的領軍者。飛思卡爾的zigbee系列產品占全球銷售排名第一。mc1319x代表的是第一代zigbee基本協議產品，兼容802.15.4協議。結合實際應用，飛思卡爾又研發了高集成度且低功耗的第二代系統級封裝（sip）mc1321x系列產品，在同一個封裝內集成了微控制器（mcu）和射頻（rf）芯片，這樣既減少了產品的尺寸，節省了成本，又也增加了系統的穩定性，增強了抗干擾能力。又相繼研發了基于arm7的高度集中的mc1322x系列高端產品。
為滿足不斷增長的技術需求，飛思卡爾又為zigbee rf4ce消費電子產品推出了mc1323x片上系統（sop）系列產品。由于mc1323x系列具有獨特的監測和監控功能組合，它非常適合一般市場應用，如遠程控制、電視、機頂盒、便攜式血壓計、體重計和家用電器等。此外，飛思卡爾還為多個不同的硬件平臺提供軟件、參考設計以及開發工具箱，用于評估mc1323x片上系統，并允許開發人員選擇最能滿足他們需求的硬件和軟件平臺，更好更快的把飛思卡爾的zigbee產品應用到其研發產品中去。
4 zigbee的發展
未來zigbee將緊密結合物聯網大概念方向趨勢的發展，并在傳輸層界面上發揮著重要的的角色。在zigbee聯盟的推動下，zigbee技術將朝著開發soc，更多規范，結合ipv6，更廉價，更省電，更快速等方向發展。從應用領域和方向方面來看，zigbee也可以擴展到目前的智能手機領域，取代藍牙、wifi用于短距離數據傳輸，具有低功耗、低成本的優勢。相信隨著技術的成熟，協議的改進，zigbee技術會有很好的應用前景。
參考文獻：
[1]庸龍.無線技術后起之秀zigbee[n].計算機世界，2003年.
[2]燕蕙.英特爾等力推zigbee協議[n].電
資訊時報，2004年.
[3]馬新濤.基于zigbee技術的無線網關設計[d].中國海洋大學，2010年.
zigbee協議范文5
關鍵詞：ZigBee 電子產品 智能家居建筑 智能控制
中圖分類號：TN925 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（b）-0197-02
由于信息和網絡技術日益進入人們的生活，人們正在追求生活細節的簡單化，向往生活智能化，盼望在家居建筑中都能置入智能化程序，享受“一鍵”式的簡單生活操作。因此，智能家居等概念被很快推廣，特別是各種新研究成果在智能家居控制中不斷得到應用，ZigBee通信技術便是其中非常重要的一種。家庭中那些獨立的家用電器利用ZigBee通信協議組成了一個統一完善的系統，在此基礎上利用現代互聯網技術對家用電器等設備進行遠程開關調節控制，從而便捷地對各種家用電器電子設備實現了最終操作。
1 ZigBee技術概述
ZigBee屬于一種局域網通信協議，它基IEEE 802.15.4的標準。ZigBee又叫做紫蜂協議，它源自蜜蜂特有的八字舞，蜜蜂（即bee）之間傳遞花粉所在位置地址信息是靠飛翔和“嗡嗡”（即zig）地擺動翅膀的“舞蹈”動作實現的，這樣便構成了蜜蜂群體中的通信網絡。ZigBee是一種價格低距離短功耗少的無線網絡技術。ZigBee協議由下至上分別為物理層、媒體訪問控制層、傳輸層、網絡層和應用層。智能家居中的各種照明、抄表系統、安防系統、傳感器、門禁系統和其他信號傳輸的數據量還是比較小的，沒有必要采用具備過大傳輸速率的通信協議，只要求可靠性強、容量大、低功耗、實時性和自組織性強。綜合上述要求及相關特點，ZigBee技術是滿足智能家居控制最合適的選擇。
2 ZigBee通信協議的特點與性能
2.1 ZigBee通信協議的特點
功耗較低；容量大；距離短；成本較低；時延短；速率低；免執照頻段；安全性強。
2.2 ZigBee技術在智能家居建筑中的性能
第一，可靠穩定。ZigBee在物理層采用了通信中的擴頻技術，抵抗其他信號的干擾。MAC應用層具備應答重傳的特殊功能和CSMA機制，它在節點發送之前先進行掃描，并且監聽信道，達到了避開不良干擾的效果，當ZigBee網絡因受到其他信號的干擾而使相關受干擾信道無法正常工作時，網絡會自動動態的切換到其他工作信道上，是可靠穩定的建筑智能化中不可或缺的通信技術。第二，ZigBee節能性高。能耗特性是ZigBee協議的一個顯著技術優勢，一般來講基于ZigBee技術的應用數據傳輸速率較低，當不需進行智能控制通信時，ZigBee節點也不工作，其處在休眠狀態，它的節能性展現出來，此時耗能僅有正常完全工作狀態下的千分之一。在大多數情況下，節點的休眠狀態時間占了總時間的大部分，因此，達到很強的節能效果。
3 基于ZigBee協議的組網技術
有三種功能設備的應用是基于ZigBee技術：一是網絡協調器。二是網絡路由器。三是網絡終端設備。前兩種屬于全功能設備（即FFD），后面一種則屬于簡化功能設備（即RFD）。ZigBee網絡有三種網絡拓撲結構，即星型網、網狀網和樹型網。它們都需要至少一個全功能設備作為網絡協調器實現通信。ZigBee運用了動態和自主的路由協議，它基于AODV路由技術，其終端節點從不執行任何路由協議。終端節點若要向任意一個設備傳輸數據，設備向其父設備發送加入請求，經過父節點的同意后以自己的名義完成執行路由。不論哪個設備給終端節點傳送數據，終端節點的上層父節點都以其自己名義回應。
4 ZigBee系列智能化家居產品類型
一是ZigBee遙控器。它的作用是控制對過碼的設備，且實時顯示設備狀態。采用基于IEEE 802.15.42.4GHzRFMCU及ZigBee 2007/Pro協議棧，它利用ZigBee技術紅外轉發器，對智能窗簾、智能開關和網絡插座等予以控制，并有效控制家用電器設備和實時查詢聯網設備當前狀態，其利用觸摸按鍵控制音量、調光和震動喚醒；遙控器基本功能包括：支持燈光照明單開單關；支持窗簾單開單關；控制過程狀態顯示；觸摸對碼和家用其他設備控制；機械滑動鍵調光及音量調節。二是ZigBee紅外轉發器。它接收網關命令或者遙控器信號，把ZigBee無線信號與其紅外信號連接起來，完成無線信號到紅外信號的順利轉發，所以可利用無線網絡對家電等設備實現無線控制；應該注意的是：在使用之前需要和網關等設備實現對碼。三是ZigBee智能開關。它的優點是安裝簡易、無線自動組網、性價比高、實現雙向通訊和維護方便；操作前需要注意的是智能開關應先與網關遙控器等進行單控且執行情景對碼操作，并存儲情景對碼信息。四是無線窗簾智能控制器。它是一款基于ZigBee技術的家居智能產品，通過無線窗簾控制器達到控制窗簾閉合的目的，窗簾狀態反饋信號也通過控制器傳輸，實現雙向智能化。五是智能插座。其內部硬件一般由功率繼電器、ZigBee控制模塊、微型開關電源等組成，若要進行遠程異地控制，它還需要一個專門的ZigBee網關來聯通外網，實現真正意義上的智能控制。
5 結語
綜上所述，ZigBee技術所具備的基本優點和性能滿足了現代智能家居對通信方面的要求，它更具備自組織和自愈能力，它是智能家居系統理想的最通信方式。由最新的ARM9嵌入式系統、手機模塊及ZigBee模塊組成了智能家居控制器硬件；家庭網絡采用ZigBee無線網絡，組成的整個系統功能完善，能夠適應以后智能家居發展的需要。ZigBee技術已成為智能家居建筑中一種非常重要的技術，它在該領域必將得到大規模應用和推廣。
參考文獻
[1]盧建偉，崔璨.基于ZigBee技術的智能家居系統概要設計[J].電子技術與軟件工程，2014（18）：25-26.
[2]白國亮.ZigBee無線通信技術及其應用前景[J].林區教學，2009（6）：79-80.
zigbee協議范文6
關鍵詞:ZigBee CAN 工業控制 現場總線
中圖分類號:TP273 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)05(a)-0026-01
隨著工業控制的發展,工業自動化已經滲透到工業控制的各個角落,同時在控制過程中,對實時獲取節點數據,以及節點數據接口的開放性、標準性,數據傳輸過程的安全性等要求進一步提高,控制節點的有線控制網絡的局限性也就越來越突出了。隨著無線技術進一步為公眾所接收,其應用的范圍也在日益擴大,尤其在工業過程控制領域,由于無線技術的應用,解決了有線技術由于投資成本及環境限制未能實現的功能,提升了過程控制精度,為工廠管理帶來極大的方便。ZigBee是在2004年12月,由ZigBee聯盟在IEEE802.15.4低速無線網協議基礎上提出的。該標準下的短程無線網技術以其數據傳輸安全可靠、組網靈活、電池壽命長等優點,在工業控制領域中有著深厚的發展潛力。CAN(Controller Area Network)總線是ISO國際標準化的串行通信協議,其高性能和可靠性已被認同,并在工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等方面廣泛應用。
1 ZigBee的技術特點及優勢
1.1 ZigBee技術的特點
ZigBee標準包括IEEE 802.15.4協議制定的物理層(PHY)和介質訪問層(MAC)標準,以及在這之上由ZigBee聯盟制定的網絡層和部分應用層標準,它的技術特點主要包括:低功耗:在低耗電待機模式下,兩節5號干電池可支持1個節點工作6～24個月,甚至更長。這是ZigBee的突出優勢。而藍牙可以工作數周、WIFI可以工作數小時;低成本:通過大幅簡化協議(不到藍牙的1/10),降低了對通信控制器的要求,按預測分析,以8051的8位微控制器測算,全功能的主節點需要32KB代碼,子功能節點少至4KB代碼,而且ZigBee免協議專利費。每塊芯片的價格大約為2美元;低速率:ZigBee工作在20kbps～250kbps的較低速率,分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數據吞吐率,滿足低速率傳輸數據的應用需求;近距離:傳輸范圍即相鄰節點間的距離,一般介于10m～100m之間。如果通過路由和節點間通信的接力,傳輸距離將可以更遠。
1.2 ZigBee技術的應用優勢
在工業控制中,設備之間的數據傳輸要求高可靠性,以及工業運用的實時性也要求數據傳輸的實時性,同時,在運用中也盡量要求設備組網能更加智能,更加靈活,以降低工業運用成本。
傳輸可靠性:ZigBee協議符合七層網絡結構,在IEEE802.15.4定義的物理層和子層協議規范基礎上,繼續定義了網絡層和應用層,在應用層中規范了應用支持子層和設備對象。此外還有類似空閑信道評估(CCA)、鏈路質量指示(LQI)等技術保證了數據傳輸的可靠性。
實時性和組網靈活性:ZigBee的響應速度較快,一般從睡眠轉入工作狀態只需15ms,節點連接進入網絡只需30ms,進一步節省了電能。ZigBee可采用星狀、片狀和網狀網絡結構,由一個主節點管理若干子節點,最多一個主節點可管理254個子節點;同時主節點還可由上一層網絡節點管理,最多可組成65000個節點的大網。
2 CAN總線的特點及優勢
2.1 CAN總線的特點
CAN總線協議是以國際標準組織的OSI開放系統的7層模型為參考的,并在該標準基礎上改為模型結構僅為3層,即只保留了OSI的物理層、數據鏈路層和應用層,這保證了節點之間數據傳輸的低差錯。
CAN總線是兩線結構,即為差分形式的物理結構。也就是說,CAN總線上使用“顯性”(邏輯0)和“隱性”(邏輯1)兩個互補值來表達邏輯。高速CAN總線最快數據傳輸速率能達1Mbps,此時有效通訊距離為40m,當速率降為5kbps時,有效通訊距離能達10km。
2.2 CAN總線的應用優勢
CAN總線協議支持多主機的工作方式,即任意節點可以在任何情況下主動向網絡上的其他節點發送信息,這種方式將在工業控制中發揮巨大的靈活性,在協議層面上支持了控制現場的實時響應能力。此外,CAN總線協議也有著良好的仲裁機制,該機制保證了既不損失報文又不損失時間。
3 ZigBee和CAN總線技術的應用
在現代工業控制領域,對現場無線化的需求也進一步加大,所以使用CAN總線技術和ZigBee技術的結合,運用到一定范圍內的工業控制現場,是一個很好的方式。
網關主要由CAN收發器、CAN控制器、ZigBee模塊以及負責協議轉換的控制器組成。CAN收發器和CAN控制器分別采用TJA1050T和MCP2515等芯片,可以滿足大部分現場要求。ZigBee控制芯片采用德州儀器(TI)的CC2430,該芯片結合了一個高性能的2.4GHz直接序列擴頻(DSSS)射頻收發器核心和一個高效的8051控制器,在保證有效運用的基礎上可以很好的實現低成本和低功耗。由于CAN總線與ZigBee通訊的傳輸速率和傳輸方式不盡相同,所以為保證兩者之間的數據傳輸的同步性,也為保障系統的穩定性,一般使用譬如高速SPI等高速協議作為轉換控制器。
4 結語
在實際工業現場對ZigBee和CAN總線技術的搭配運用中,體現了很好的靈活性,也大大降低了工業控制現場的管理成本,同時也提升了控制的效能。同時也可以看到,在該方法的基礎上,為了能適應更多的控制場合,可以在總線技術上作靈活替換,以得到實現成本與控制效能的最佳結合點。
參考文獻
[1] 王秀梅,劉乃安.利用2.4GHz射頻芯片CC2420實現ZigBee無線通信設計[J].國外電子元器件,2005,12(3):59～62.