zigbee協(xié)議范文第1篇

【關(guān)鍵詞】ZigBee網(wǎng)絡(luò) 路由協(xié)議 性能

隨著信息技術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，讓無線通信技術(shù)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。組網(wǎng)靈活、使用方便是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出來的主要特點(diǎn)。ZigBee協(xié)議的出現(xiàn)，可以讓傳統(tǒng)無線協(xié)議對(duì)無線傳感器的適應(yīng)問題得到有效解決。

1 ZigBee協(xié)議的概述

ZigBee技術(shù)不僅功耗、成本和速率均比較低，而且便于操作使用。而IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)具有數(shù)據(jù)傳輸率低、成本少、功耗低等特性，其最終目標(biāo)就是為家庭或個(gè)人范圍內(nèi)各種設(shè)備之間的低速互連提供一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。為了保證所制定出的應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)層的規(guī)范能夠匹配IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee規(guī)范成為ZigBee聯(lián)盟中不可缺少的因素。在與之有關(guān)的LR-WPAN網(wǎng)絡(luò)中，IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)編制了以下兩種要素：

（1）系統(tǒng)的媒體接入控制子層；

（2）系統(tǒng)的物理層協(xié)議規(guī)范。

ZigBee聯(lián)盟在這一前提下，所構(gòu)建的應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議相關(guān)的規(guī)范構(gòu)成了ZigBee協(xié)議。簡言之，ZigBee協(xié)議是為適應(yīng)IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)而構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層協(xié)議規(guī)范。其中，協(xié)議規(guī)范可以由以下幾方面因素組成：

（1）應(yīng)用支持子層；

（2）應(yīng)用架構(gòu)；

（3）ZigBee設(shè)備對(duì)象和廠商所定義的應(yīng)用對(duì)象。

分層結(jié)構(gòu)是這一協(xié)議所采用的主要結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)實(shí)體和管理實(shí)體這兩種服務(wù)實(shí)體在這種結(jié)構(gòu)的每一層都有所涉及。數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)是數(shù)據(jù)實(shí)體所承擔(dān)的主要形式。管理實(shí)體提供的服務(wù)中并沒有涉及到數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。服務(wù)接入點(diǎn)是為上層提供接口的重要工具。服務(wù)原語命令是服務(wù)接入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自身功能的保障性因素。圖1中的內(nèi)容就是協(xié)議層之間的服務(wù)接口。

2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要由以下幾種結(jié)構(gòu)組成：

（1）星型結(jié)構(gòu)；

（2）樹形結(jié)構(gòu)，

（3）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

如圖2所示。

從圖中所示的內(nèi)容來看，中心協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)是星型網(wǎng)絡(luò)中的主要器件。這種中心協(xié)調(diào)器采用的是FFD節(jié)點(diǎn)，可以在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和建立過程中發(fā)揮出自身的功能。RFD和FFD是終端節(jié)點(diǎn)主要組成部分，一般的情況下，在中心協(xié)調(diào)器覆蓋范圍以內(nèi)的區(qū)域是這兩大節(jié)點(diǎn)的主要分布區(qū)域，@種便利性可以讓這些節(jié)點(diǎn)與中心協(xié)調(diào)器進(jìn)行有效通信的能力得到有效提升。兩個(gè)不同設(shè)備之間進(jìn)行通信的過程，也是兩設(shè)備將各自所要傳送的數(shù)據(jù)包向中心協(xié)調(diào)器進(jìn)行傳送的過程�？梢哉f，中心協(xié)調(diào)器發(fā)揮的是一種中轉(zhuǎn)作用。對(duì)中心協(xié)調(diào)器的中轉(zhuǎn)功能進(jìn)行發(fā)揮的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)又被稱為主從網(wǎng)絡(luò)。同步與控制的簡單性特點(diǎn)是星型網(wǎng)的主要特點(diǎn)，這種網(wǎng)絡(luò)體系目前僅能在一些擁有較少節(jié)點(diǎn)數(shù)量的場(chǎng)合中得到應(yīng)用。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是一種由多個(gè)FFD組合而成的骨干網(wǎng)絡(luò)，各節(jié)點(diǎn)之間的通信完全對(duì)等，在整個(gè)通信范圍內(nèi)，各節(jié)點(diǎn)都可以與其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。如果其中一條路徑發(fā)生故障，那么還可以選擇其他一條或若干條路徑。然而，正是因?yàn)閮蓚�(gè)節(jié)點(diǎn)之間的路徑較多，所以顯得冗余非常高。一般情況下，路由功能的實(shí)現(xiàn)，是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過程中所遵循的一個(gè)重要原則，此種有助于網(wǎng)絡(luò)層找到最佳的信息傳遞路徑，事實(shí)上屬于一種多信道通信。樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要由以下三個(gè)部分組成：

（1）中心協(xié)調(diào)器；

（2）路由節(jié)點(diǎn)；

（3）終端節(jié)點(diǎn)。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，連接路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的功能是該結(jié)構(gòu)的主要功能。在路由節(jié)點(diǎn)成為中心協(xié)調(diào)器子節(jié)點(diǎn)的情況下，這一結(jié)構(gòu)會(huì)借助一系列的終端節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)相連。終端節(jié)點(diǎn)不能涵蓋自身的子節(jié)點(diǎn)，但路由節(jié)點(diǎn)與中心協(xié)調(diào)器可以涵蓋自身的子節(jié)點(diǎn)。在樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)只具備一種功能，就是實(shí)現(xiàn)子節(jié)點(diǎn)與父節(jié)點(diǎn)之間的通訊。在這樣的情況下，如果要將一個(gè)節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪粋�(gè)節(jié)點(diǎn)，這種樹狀結(jié)構(gòu)會(huì)讓信息順著樹的路徑進(jìn)行輸送。網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大是這一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)。由于信息路由通道在該系統(tǒng)中存在單一性，隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍增加，信息的傳輸時(shí)延也會(huì)有所增加，并且時(shí)間同步也會(huì)越來越繁瑣。

3 ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的性能

3.1 路由協(xié)議的基本思想

低成本、低功效和高可靠性是ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)。樹路由和按需距離矢量路由相結(jié)合的路由算法的構(gòu)建，為上述目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了幫助。在對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中使用的AODVjr與自組網(wǎng)中所應(yīng)用的AODV協(xié)議進(jìn)行對(duì)比分析以后，我們可以發(fā)現(xiàn)，AODVjr可以被看作是AODV的一種簡化版本。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)之間存在一種類似于父子關(guān)系的從屬關(guān)系。在依托路由算法進(jìn)行路徑選擇的過程中，節(jié)點(diǎn)會(huì)在接收到分組信息以后對(duì)信息進(jìn)行判斷，如果發(fā)現(xiàn)其中的內(nèi)容與自己無關(guān)，會(huì)把該信息傳送給其父節(jié)點(diǎn)或其他子節(jié)點(diǎn)。為了對(duì)路由效率進(jìn)行進(jìn)一步的提升，AODVjr也會(huì)為一些具備路由功能的節(jié)點(diǎn)搜尋路由，也就是說，在傳輸信息的過程中，在不遵從父子從屬關(guān)系的情況下，通過直接傳遞的方式將信息傳送到其通信范圍內(nèi)的其他具備同樣功能的節(jié)點(diǎn)的措施，是一些具備路由功能的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息傳輸?shù)闹饕�措施，而針�?duì)那些不具備路由功能的節(jié)點(diǎn)，則只能借助樹路由來對(duì)控制分組與數(shù)據(jù)分組進(jìn)行傳輸。

3.2 ZigBee的路由過程

在zigBee網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)既具備路由表能力，又具有路由發(fā)現(xiàn)表能力，表1所示的內(nèi)容為路由發(fā)現(xiàn)表的格式

從階段網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)幀獲取情況來看，在網(wǎng)絡(luò)層從更高層接受數(shù)據(jù)幀的情況下，廣播發(fā)送是節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的主要方式。在接收節(jié)點(diǎn)為路由器或協(xié)調(diào)器的情況下，如果數(shù)據(jù)幀的目的節(jié)點(diǎn)是該節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，這一數(shù)據(jù)幀會(huì)被直接傳送到目的地址之中。如果網(wǎng)絡(luò)層接收的是來自低層的數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀的目的節(jié)點(diǎn)成為了系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)幀的發(fā)送方式進(jìn)行確定的主要方式。在對(duì)一些具備路由功能的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行確定的過程中，系統(tǒng)會(huì)對(duì)目的地址在路由表中的地址加以核查，在節(jié)點(diǎn)目的地址的路由條目不確定的情況下，首先針對(duì)數(shù)據(jù)幀頭系統(tǒng)需要對(duì)幀控制域中的路由發(fā)現(xiàn)標(biāo)志進(jìn)行核查，如果路由發(fā)現(xiàn)標(biāo)志值為0，或者此節(jié)點(diǎn)缺少路由功能，則可采取樹路由的方式傳輸數(shù)據(jù)幀；倘若該發(fā)現(xiàn)路由標(biāo)志值為1，則該節(jié)點(diǎn)可根據(jù)路由發(fā)現(xiàn)的發(fā)起方式及條件來發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)。針對(duì)目的地址的路由條目明確的節(jié)點(diǎn)，必須借助已有路由表?xiàng)l目進(jìn)行路由傳輸。

如果網(wǎng)絡(luò)層接收到來源于低層的數(shù)據(jù)幀，則是否需要轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)幀主要取決于該數(shù)據(jù)幀的目的節(jié)點(diǎn)是否是本地節(jié)點(diǎn)。在終端設(shè)備成為目的節(jié)點(diǎn)以后，設(shè)備在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的休眠問題會(huì)給信息的傳輸效率帶來不利的影響。間接傳遞方式的應(yīng)用，就成為了對(duì)休眠效應(yīng)的不利影響進(jìn)行規(guī)避的有效方式。數(shù)據(jù)幀頭中的Discover Route字段決定著如何選取ZigBee網(wǎng)絡(luò)層的具體路由方法。

3.3 路由選擇

在節(jié)點(diǎn)的職能定義和工作狀態(tài)存在一定差異性的情況下，路由策略選擇就成為了zigBee網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議性能的一種表現(xiàn)。路由選擇策略主要由以下幾種策略組成。

（1）抑制路由發(fā)現(xiàn)，這一性能是建立在已經(jīng)存在的路由表基礎(chǔ)之上的；

（2）使能路由的發(fā)現(xiàn)，即路由表中存在該路由地址，則按路由表執(zhí)行，否則路由器進(jìn)行初始化路由發(fā)現(xiàn)處理。如果路由表中的節(jié)點(diǎn)不具備初始路由的發(fā)現(xiàn)能力，系統(tǒng)會(huì)對(duì)樹形路由進(jìn)行運(yùn)用；

（3）強(qiáng)制路由發(fā)現(xiàn)功能，在這一功能的作用下，不論相應(yīng)的路由表是否存在，節(jié)點(diǎn)都會(huì)在對(duì)AODVjr路由算法進(jìn)行強(qiáng)制應(yīng)用的情況下進(jìn)行初始化路由發(fā)現(xiàn)�？梢哉f，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)思想是與數(shù)據(jù)的傳輸種類和傳輸需要之間存在著一定的聯(lián)系；

（4）樹路由發(fā)現(xiàn)功能，即只應(yīng)用樹狀路由方式發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)，且不遵從現(xiàn)有的路由表。所謂的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)思想就是指針對(duì)不同類型及需求的數(shù)據(jù)傳遞，可以采取多種路由方式。如果需要傳遞大量的數(shù)據(jù)，那么可以對(duì)使能路由發(fā)現(xiàn)功能加以選取，發(fā)現(xiàn)并構(gòu)建最佳路徑。如果需要傳遞控制數(shù)據(jù)或突發(fā)型數(shù)據(jù)，則可以對(duì)樹路由發(fā)現(xiàn)功能與抑制路由發(fā)現(xiàn)功能加以選取，這兩種路由發(fā)現(xiàn)功能能夠?qū)崿F(xiàn)快速響應(yīng)，而且不需要構(gòu)建路由表。如果需要更新路由表內(nèi)的信息，那么可以對(duì)強(qiáng)制路由發(fā)現(xiàn)功能加以選取，以此來對(duì)路由表進(jìn)行更新，對(duì)路由表加以重新構(gòu)建。

4 結(jié)論

ZigBee結(jié)束對(duì)進(jìn)場(chǎng)通信市場(chǎng)所表現(xiàn)出的低成本、低速率和低功耗的問題進(jìn)行了有效解決。這一技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)低端無線傳感器和控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的優(yōu)化有著一定的促進(jìn)作用。ZigBee通過結(jié)合ZigBee規(guī)范與IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，可以有效的實(shí)現(xiàn)數(shù)以萬計(jì)的微波傳感器之間進(jìn)行協(xié)同通信。在當(dāng)下ZigBee快速發(fā)展、不斷優(yōu)化的新時(shí)代下，ZigBee技術(shù)勢(shì)必會(huì)為無線接入技術(shù)領(lǐng)域注入全新的活力，必將使人們的生活模式及工作模式發(fā)生翻天覆地的改變，促進(jìn)社會(huì)以及經(jīng)濟(jì)建設(shè)更快、更好地發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]張習(xí)勝.ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的路由算法分析與實(shí)現(xiàn)[J].電子元器件應(yīng)用，2023（07）：53-56.

[2]關(guān)學(xué)忠，張新城，孟伸伸.基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法的性能分析[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2023（03）：36-39.

作者簡介

李玉林（1981-），男，湖南省永興縣人。碩士學(xué)位�，F(xiàn)為湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理。

zigbee協(xié)議范文第2篇

關(guān)鍵詞 IPV6;ZigBee;無線傳感網(wǎng);虛擬IPv6網(wǎng)

中圖分類號(hào)TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1674-6708(2023)20-0115-03

The Study of Protocol Conversion Gateway Based on IPv6 Network and ZigBee Wireless Sensor Network

CHENG Jizhong 1 ,PENG Zhen 2

1.Hunan University of Humanities, Science andTechnolog,Loudi417000

2.Quality-detection center of LianYuan steel group company,Loudi 417000

Abstrcat Via the research and analyse for wireless sensor network,ZigBee protocol, the IPV6 technique in this article,In allusion to slow process speed ,low memory feature of wireless sensor network,we chang and simplify IPv6,ZigBee stack. Realize the interconnect of IPv6 network and wireless sensor network. In this article we mainly designed for three points: firstvitual wireless sensor network to IPv6 network, realize the logical interconnect of IPv6 network and wireless sensor network; second model desingn of protocol-change,realize change and sendbetween ZigBee segment and IPv6 segment; therd security design,reslove usually security problem in wireless sensor network; Tests indicated that this channe protocol stack was suit for embeded devices,It is also the feasible scheme for interconnect of IPv6 network and wireless sensor network.

KeywordsIPv6;ZigBee;WSN;vitual IPv6 network

0 引言

無線傳感器網(wǎng)(wireless sensor network WSN)是微電子機(jī)械系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制和人工智能的交叉發(fā)展的結(jié)果,它由:傳感器節(jié)點(diǎn)(Sensornode)、匯聚節(jié)點(diǎn)(sinknode)和管理器節(jié)點(diǎn)3部分組成,用于對(duì)無人值守的監(jiān)控區(qū)域的測(cè)控。傳感節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并以多跳的方式通過路由節(jié)點(diǎn)把這些數(shù)據(jù)傳送給匯聚節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)通過Internet或通信衛(wèi)星與任務(wù)管理器節(jié)點(diǎn)(如手機(jī)、計(jì)算機(jī)等)進(jìn)行通信[1]。

ZigBee協(xié)議是由ZigBee聯(lián)盟制定的近幾年發(fā)展起來的一種近距離無線通信技術(shù),它功率低、成本低,以2.4GHz為主要頻段,廣泛應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)[2]。

IPv6是IPv4的升級(jí)版本,是下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的核心,它把IP地址長度由32位增加到128位,徹底解決了IPv4的地址短缺問題,同時(shí)它還具有地址自動(dòng)配置,服務(wù)質(zhì)量控制等多方面的優(yōu)點(diǎn)[3]。

本文旨在設(shè)計(jì)一個(gè)基于ZigBee技術(shù)的無線傳感網(wǎng)與IPv6網(wǎng)的嵌入式協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān),進(jìn)行ZigBee與IPv6的協(xié)議轉(zhuǎn)換,使傳感器將傳感數(shù)據(jù)能在這兩種不同的網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸。具體模型為:當(dāng)有傳感數(shù)據(jù)時(shí),傳感節(jié)點(diǎn)通過ZigBee協(xié)議把傳感數(shù)據(jù)封裝成的ZigBee分組格式,通過傳感路由算法到達(dá)該傳感網(wǎng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān),協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)在接到ZigBee分組后,把傳感數(shù)據(jù)提取出來,交給IPv6協(xié)議棧,IPv6協(xié)議棧再通過以太網(wǎng)發(fā)給IPv6網(wǎng)絡(luò)。反之,IPv6網(wǎng)絡(luò)通過相反的方向?qū)⒖刂坪团渲脭?shù)據(jù)發(fā)送給傳感節(jié)點(diǎn)。在這個(gè)過程中主要解決的問題有:1)把無線傳感網(wǎng)虛擬成IPv6網(wǎng),使外部網(wǎng)絡(luò)能通過IPv6協(xié)議對(duì)傳感接點(diǎn)進(jìn)行配置和數(shù)據(jù)傳送;2)協(xié)議轉(zhuǎn)換模型的設(shè)計(jì),傳感數(shù)據(jù)的在ZigBee協(xié)議和IPv6協(xié)議中如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換;3)安全思想設(shè)計(jì),無線傳感網(wǎng)部署在無人監(jiān)守區(qū)域,而且有廣播特性,容易遭受攻擊,需要可靠的安全設(shè)計(jì)。

1 無線傳感網(wǎng)虛擬IPv6網(wǎng)

無線傳感網(wǎng)的傳感節(jié)點(diǎn)不具有IP地址,只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)ID,要將無線傳感網(wǎng)與IPv6網(wǎng)通信,我們必須將無線傳感網(wǎng)中的傳感節(jié)點(diǎn)與一個(gè)IPv6地址對(duì)應(yīng),外部網(wǎng)絡(luò)使用這個(gè)IPv6地址與該傳感節(jié)點(diǎn)通信,因此在外部來看,我們把傳感節(jié)點(diǎn)虛擬成一個(gè)IPv6節(jié)點(diǎn),如果我們把一個(gè)無線傳感網(wǎng)的中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行虛擬,就可以把傳感網(wǎng)虛擬成一個(gè)虛擬的IPv6網(wǎng),在這個(gè)虛擬的IPv6網(wǎng)中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)IPv6地址與外部IPv6網(wǎng)通信,但是在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中還是使用節(jié)點(diǎn)ID進(jìn)行分組傳送。因此,在無線傳感網(wǎng)與IPv6網(wǎng)之間的網(wǎng)關(guān)要進(jìn)行一個(gè)虛擬,在轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)內(nèi)部,維持一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)IPv6地址與傳感節(jié)點(diǎn)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)ID的轉(zhuǎn)換表,當(dāng)收到IPv6網(wǎng)發(fā)給內(nèi)部節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的虛擬IPv6節(jié)點(diǎn)時(shí),在轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)內(nèi)部需要找到和虛擬IPv6地址對(duì)應(yīng)的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)ID,并用這個(gè)ID進(jìn)行傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送[4]。

如圖1所示A是IPv6通信節(jié)點(diǎn),對(duì)傳感網(wǎng)發(fā)送配置和控制數(shù)據(jù)分組,實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感網(wǎng)的控制,B為IPv6網(wǎng)與傳感網(wǎng)的轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān),主要進(jìn)行IPv6地址與傳感節(jié)點(diǎn)內(nèi)部ID轉(zhuǎn)換,分組格式轉(zhuǎn)換等,C為與A進(jìn)行通信的傳感節(jié)點(diǎn),它用節(jié)點(diǎn)ID和其他傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信,在網(wǎng)關(guān)里,它被虛擬分配一個(gè)IPv6地址,D為與C對(duì)應(yīng)的虛擬節(jié)點(diǎn),在網(wǎng)關(guān)里,C節(jié)點(diǎn)被虛擬成D這個(gè)IPv6節(jié)點(diǎn),D的IPv6地址和C的傳感節(jié)點(diǎn)ID是唯一對(duì)應(yīng)的。當(dāng)A發(fā)送配置或控制數(shù)據(jù)到傳感節(jié)點(diǎn)C,轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)B提取出目標(biāo)IPv6地址,發(fā)現(xiàn)是D,然后在地址轉(zhuǎn)換表里找到D的IPv6地址對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)ID,利用這個(gè)節(jié)點(diǎn)ID重新組合成新的傳感網(wǎng)報(bào)文分組,并發(fā)給C,C在收到報(bào)文分組后進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。

不足之處主要包括:WSN的大規(guī)模組網(wǎng)需要多個(gè)網(wǎng)關(guān)的參與,網(wǎng)關(guān)的存在使得WSN對(duì)移動(dòng)性的支持不足等。

2 協(xié)議轉(zhuǎn)換模型

網(wǎng)關(guān)要進(jìn)行ZigBee協(xié)議和IPv6協(xié)議的轉(zhuǎn)換,必須分成兩部分,一個(gè)是用于與IPv6網(wǎng)進(jìn)行通信的IPv6協(xié)議棧,另一個(gè)是用于與傳感網(wǎng)進(jìn)行通信的ZigBee傳感網(wǎng)協(xié)議棧,如圖2所示,與傳感網(wǎng)通信的協(xié)議棧由物理層(PHY),安全層(SL),數(shù)據(jù)處理層(DPL),數(shù)據(jù)封裝層(DEL)組成。各層功能如下:數(shù)據(jù)封裝層的交互對(duì)象是IPv6協(xié)議棧的應(yīng)用進(jìn)程,完成的功能是IPv6協(xié)議棧與ZigBee無線傳感協(xié)議棧的應(yīng)用層的數(shù)據(jù)接受、應(yīng)答,以及由下層協(xié)議和上層應(yīng)用程序發(fā)送過來的查詢數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的封裝;數(shù)據(jù)處理層(DPL)是最復(fù)雜的層,它要完成傳感網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的融合,根據(jù)傳感信息數(shù)據(jù)進(jìn)行信息的更新、轉(zhuǎn)換,然后再根據(jù)自己的轉(zhuǎn)發(fā)策略進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),在這一層主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是節(jié)點(diǎn)信息列表和地址轉(zhuǎn)換信息表,節(jié)點(diǎn)信息列表記錄了當(dāng)前傳感網(wǎng)絡(luò)個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息狀態(tài)和路由信息,給傳感數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)提供基本參考數(shù)據(jù),地址列表記錄了每個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)ID和虛擬IPv6地址的對(duì)應(yīng)信息,發(fā)往虛擬IPv6地址的報(bào)文都要在地址列表中找到對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)ID才能在無線傳感網(wǎng)中傳輸;安全層(SL)主要是解決網(wǎng)絡(luò)層的匯聚節(jié)點(diǎn)攻擊、鏈路層的碰撞攻擊、物理層的擁塞攻擊、以及傳輸層的洪泛攻擊等常用網(wǎng)絡(luò)攻擊手段,在安全層,對(duì)接入的用戶要進(jìn)行認(rèn)證,認(rèn)證通過后才能收發(fā)數(shù)據(jù),如果重復(fù)大量發(fā)數(shù)據(jù)則會(huì)被限制。當(dāng)數(shù)據(jù)通過安全層的合法認(rèn)證后才能交給上層協(xié)議進(jìn)行處理。在圖2中傳感節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生傳感數(shù)據(jù),形成WSN分組,發(fā)給轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān),在協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān),WSN數(shù)據(jù)經(jīng)過安全層的人證,然后在數(shù)據(jù)處理層經(jīng)過信息分析后交給數(shù)據(jù)封裝層,封裝層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝處理后交給IPv6協(xié)議棧的應(yīng)用層,應(yīng)用層把數(shù)據(jù)封裝成TCP數(shù)據(jù)段后交給網(wǎng)絡(luò)層,網(wǎng)絡(luò)層把數(shù)據(jù)段封裝上IPv6頭,形成IPv6報(bào)文并叫給鏈路層封裝,鏈路層再交給物理層進(jìn)行具體發(fā)送,發(fā)送給外部IPv6網(wǎng)絡(luò)[5]。在另外一個(gè)方向上,協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)收到外部IPv6網(wǎng)絡(luò)的IP數(shù)據(jù)包后,交給傳輸層,傳輸層交給應(yīng)用層,應(yīng)用層交ZigBee協(xié)議棧,在ZigBee協(xié)議棧里,首先提取出數(shù)據(jù),然后交數(shù)據(jù)處理層,在數(shù)據(jù)處理層里找到虛擬IPv6地址對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)ID,選擇好轉(zhuǎn)發(fā)策略,最后交給安全層,安全層通過安全認(rèn)證后交物理層發(fā)送。最終將數(shù)據(jù)傳給傳感節(jié)點(diǎn)。

3 面向安全的設(shè)計(jì)思想

無線傳感網(wǎng)部署的時(shí)候都是部署在一些人不能到達(dá)的特殊地方,容易被人破壞,而且傳感節(jié)點(diǎn)是使用無線傳輸容易被別人截獲,容易被別人截獲信號(hào),并進(jìn)行數(shù)據(jù)篡改和惡意攻擊,使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓或者能量耗盡。因此,無線傳感協(xié)議的安全設(shè)計(jì)非常重要,本課題中對(duì)幾種常見的攻擊手法給出了應(yīng)對(duì)措施,WSN拒絕服務(wù)攻擊,有些攻擊者只要掌握了查詢分組的格式就可向傳感網(wǎng)發(fā)送大量匿名查詢分組,使節(jié)點(diǎn)忙于應(yīng)付查詢,從而達(dá)到耗盡網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳感器能量的目的,對(duì)這樣的攻擊,在協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的安全層加入認(rèn)證機(jī)制,只允許認(rèn)證用戶建立對(duì)等連接,不允許外部的匿名連接。如果采用匿名連接可以考慮查詢分組流量控制策略,對(duì)于頻繁請(qǐng)求的匿名連接不進(jìn)行處理,對(duì)同一個(gè)地址發(fā)送的多次查詢請(qǐng)求也不進(jìn)行處理。

4 結(jié)論

IPv6技術(shù)和ZigBee技術(shù)是這幾年發(fā)展起來的,給互聯(lián)網(wǎng)和傳感網(wǎng)帶來革命性的變化,將兩者結(jié)合進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換是本課題的創(chuàng)新點(diǎn)。在測(cè)試中我們使用10個(gè)壓力傳感節(jié)點(diǎn)來構(gòu)建一個(gè)無線傳感網(wǎng),網(wǎng)關(guān)無線通信模塊采用射頻芯片CC2430。處理器模塊采用8051單片機(jī),進(jìn)行系統(tǒng)的整體控制與協(xié)議轉(zhuǎn)換。與計(jì)算機(jī)的接口采用以太網(wǎng)(802.3) 。軟件方面移植一個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)uC/OS-II,用于系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度和進(jìn)程通信等操作系統(tǒng)功能。在測(cè)試中,我們通過PC機(jī)通過IPv6網(wǎng)向網(wǎng)關(guān)發(fā)送組網(wǎng)命令后,10個(gè)節(jié)點(diǎn)都能加入傳感網(wǎng),并能進(jìn)行相互通信。系統(tǒng)運(yùn)行后能準(zhǔn)確獲取來自10節(jié)點(diǎn)的壓力傳感數(shù)據(jù)。由此證明本文所提設(shè)計(jì)思想可以在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行應(yīng)用,并具有良好的市場(chǎng)前景。

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zigbee協(xié)議范文第3篇

關(guān)鍵詞：ZigBee協(xié)議; 光伏發(fā)電; 智能防盜; GSM網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TN911-34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-373X(2023)21-0183-03

Application of Photovoltaic Power Generation and ZigBee Wireless

Network in Intelligent Anti-theft System

CHAI Wei-lu, NIU Yi-bo, SONG Yun-tao

(School of Information Engineering， Zhengzhou University， Zhengzhou 450001, China)

Abstract：

The application of photovoltaic power generation and ZigBee protocol in intelligent anti-theft system is introduced. To achieve the purpose of alarm, the infrared sensor was used to detect body temperature, the signal was transmitted to host computer via wireless sensor network by using low power 2.4G chip JF24C, the alarm signal was sent after the computation and was transmitted to people by GSM network and video monitoring. It is mainly for houses, shops and banks to ensure property security. The system with photovoltaic power and household power source, is more environmental and stable for low carbon and energy saving, and has high security.

Keywords： ZigBee communication protocol; photovoltaic power generation; intelligent anti-theft; GSM network

基金項(xiàng)目：教育部資助的鄭州大學(xué)“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”立項(xiàng)項(xiàng)目:光伏紅外遠(yuǎn)程家庭智能防盜系統(tǒng)

隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)于生活環(huán)境的安全性要求日益提高。安全可靠的報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)開始進(jìn)入商場(chǎng)、店鋪、銀行等重要單位或公共場(chǎng)合，甚至有些家庭也安裝了報(bào)警系統(tǒng)。報(bào)警系統(tǒng)在保障公共、個(gè)人財(cái)產(chǎn)安全的同時(shí)，其性能之好壞也愈發(fā)顯得重要。目前市場(chǎng)上的熱釋電紅外報(bào)警系統(tǒng)功能較為單一，不能更好地起到安全防護(hù)的作用，不能更好地應(yīng)付諸如斷電等突況。本文介紹的光伏紅外遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)把光伏電源與家用電源相結(jié)合、報(bào)警與錄像監(jiān)控相結(jié)合，再加上ZigBee 無線熱點(diǎn)傳輸技術(shù)，不僅擁有了比普通報(bào)警器更強(qiáng)的反破壞能力，還有環(huán)保低碳的特點(diǎn)。

1 總體設(shè)計(jì)方案

光伏紅外遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

1.1 電源提供模塊

(1) 光伏電源為各個(gè)無線設(shè)備提供電力，為有線設(shè)備提供輔助電力。

(2) 家用電源連接變壓裝置以及蓄電池構(gòu)成供電電源。

1.2 紅外傳感模塊

無線熱釋電紅外傳感器利用菲涅爾透鏡以提高傳感器的靈敏度，并使傳感器的檢測(cè)范圍具有指向性，并連接到紅外傳感信號(hào)處理電路，再接到報(bào)警控制主機(jī)的數(shù)字接口。無線傳感器固定在隱蔽位置，和光伏電源蓄電池相連，通過無線通信芯片將信號(hào)傳到主控機(jī)上。多個(gè)紅外線應(yīng)裝置組成一個(gè)紅外線感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)程序綜合處理外界信號(hào)。

1.3 GSM模塊

模塊采用無線撥號(hào)傳輸模塊，由報(bào)警控制主機(jī)通過RS 232串口連接手機(jī)撥號(hào)器，按預(yù)定程序撥出用戶手機(jī)號(hào)碼。

1.4 錄像與報(bào)警存儲(chǔ)模塊

攝像機(jī)大容量硬盤存儲(chǔ)的嵌入式監(jiān)控DVR模塊，里面可以配置大容量硬盤作為前端存儲(chǔ)介質(zhì),實(shí)現(xiàn)超長時(shí)長監(jiān)控。多個(gè)攝像頭存儲(chǔ)圖像真實(shí)性好，保留全部錄像信息。為實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電，當(dāng)報(bào)警控制主機(jī)發(fā)出信號(hào)時(shí)，通過繼電器開關(guān)控制DVR模塊,攝像頭自動(dòng)開啟或關(guān)閉錄像。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，報(bào)警控制主機(jī)會(huì)發(fā)出指令使警鈴報(bào)警，LED指示燈同時(shí)亮紅燈；當(dāng)系統(tǒng)休眠時(shí)，警鈴不報(bào)警，LED指示燈亮綠燈。

2 電路設(shè)計(jì)

2.1 主控電路

單片機(jī)采用ATMEL公司的AT89S52，它內(nèi)部集成256 B程序運(yùn)行空間,8 KB FLASH存儲(chǔ)空間，支持最大64 KB外部存儲(chǔ)擴(kuò)展，時(shí)鐘頻率可以設(shè)置在0～33 MHz之間，片內(nèi)資源有4組32個(gè)I/O控制端口、3個(gè)16位定時(shí)器、8個(gè)向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)置在低能耗模式、還有看門狗和斷電保護(hù)等。主控電路如┩2所示。

它在4~5.5 V寬電壓范圍內(nèi)正常工作，功耗低，同時(shí)還支持計(jì)算機(jī)并口下載。AT89S52有多種封裝，本設(shè)計(jì)中采用的是DIP-40的封裝。

2.2 光伏發(fā)電與家庭供電接口電路

主機(jī)采用太陽能電池和家用220 V電源的雙供電方式。當(dāng)有家用電時(shí)，通過直流低壓繼電器巧妙斷開太陽能電池；當(dāng)家用電斷開時(shí)，太陽能電池充當(dāng)電源。

太陽能電池通過太陽能智能充電器連接太陽能板，充電器在陽光充足時(shí)為電池充電，充滿電池時(shí)自動(dòng)斷開充電。在充足太陽是充電電流能達(dá)到1 A以上,完全滿足電路需要。

2.3 GSM網(wǎng)絡(luò)接入電路

本系統(tǒng)使用的是西門子公司的TC35系列GSM芯片TC35i與GSM2/2兼容、雙頻(GSM900/GSM1800)、RS 232數(shù)據(jù)接口，TC35i由供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口等六部分組成。該模塊及射頻電路和基帶與一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸。

2.4 ZigBee協(xié)議無線通信電路(從片)

從片電路主要基于2.4 GHz雙向無線傳輸模塊JF24C。該模塊以較小的體積實(shí)現(xiàn)了告訴數(shù)據(jù)傳輸功能，速率最高可達(dá)1 Mb/s，并具有快速跳頻，向前糾錯(cuò)，CRC等功能。通過控器的信號(hào)，將信息通過電磁波的形式發(fā)射出去，臨近的芯片控制相應(yīng)的JF24CJ進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，從而實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。ZigBee電路設(shè)計(jì)模塊如圖3所示。

2.5 電源電路及報(bào)警、錄像監(jiān)控電路

光伏電源和錄像監(jiān)控控制電路如圖4所示。

報(bào)警電路采用一個(gè)簡單高效的三極管放大電路，連接蜂鳴器或者可以選用大功率100 dB以上的報(bào)警鈴。錄像監(jiān)控電路采用弱電控制強(qiáng)電的直流繼電器，線圈端接單片機(jī)，直流電流端接DVR。

3 軟件設(shè)計(jì)

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在室內(nèi)模擬了該裝置的工作環(huán)境，太陽能電池板暴露在室外(溫度24 ℃)14時(shí)陽光直射下，采用三個(gè)從片相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)傳輸功能。

將蓄電池接到室內(nèi)電源插座上，打開主控制器開關(guān)，LED界面顯示“welcome to zzu”英文字符，報(bào)警電話號(hào)碼(1503819****)設(shè)定完畢后，直接轉(zhuǎn)入工作模式。當(dāng)靠近從片1約3.5 m時(shí)，從片1發(fā)出報(bào)警信號(hào)并發(fā)送到最近的從片2，從片2檢測(cè)到報(bào)警信號(hào)后又轉(zhuǎn)發(fā)到主機(jī)上。當(dāng)主機(jī)接收到報(bào)警信號(hào)后，顯示器顯示出“TERMINAL 1”字樣，并控制GSM模塊向1503819****撥打電話。與此同時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警，攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)錄像的功能，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來。將蓄電池接到太陽能板上，斷開室內(nèi)電源,重復(fù)以上動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了同樣功能。經(jīng)過30次實(shí)驗(yàn)，報(bào)警成功率為28次，無誤報(bào)。

5 結(jié) 論

經(jīng)過實(shí)地測(cè)試，該系統(tǒng)的報(bào)警成功率為93%，能夠較為準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。

該系統(tǒng)是ZigBee協(xié)議與光伏發(fā)電在家庭防盜系統(tǒng)中的一次嘗試性的成功應(yīng)用，預(yù)期上述兩種技術(shù)將在智能家庭領(lǐng)域有更廣闊的前景。

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作者簡介：

柴維路 男,1989年出生，河南�？h人。主要研究方向?yàn)闄C(jī)器人智能小車。

zigbee協(xié)議范文第4篇

關(guān)鍵詞：無線傳感網(wǎng)絡(luò)（wsn）；傳感器；ZigBee；設(shè)計(jì)

一、概述

（一）WSN簡介。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著十分廣泛的應(yīng)用前景，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)境、醫(yī)療，數(shù)字家庭，綠色節(jié)能，智慧交通等傳統(tǒng)和新興領(lǐng)域有具有巨大的運(yùn)用價(jià)值，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將無處不在，將完全融入我們的生活。

（二）Zigbee WSN。 ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。作為無線傳感網(wǎng)的一種最常見的類型，ZigBee wsn是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。ZigBee數(shù)傳模塊類似于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴(kuò)展。

二、Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

（1） 低功耗： 由于ZigBee的傳輸速率低，發(fā)射功率僅為1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee設(shè)備非常省電。（2） 成本低： ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，估計(jì)很快就能降到1.5―2.5美元， 并且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。低成本對(duì)于ZigBee也是一個(gè)關(guān)鍵的因素。（3） 時(shí)延短：通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，典型的搜索設(shè)備時(shí)延30ms，休眠激活的時(shí)延是15ms， 活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為15ms。因此ZigBee技術(shù)適用于對(duì)時(shí)延要求苛刻的無線控制應(yīng)用。（4） 網(wǎng)絡(luò)容量大： 一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)， 而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。（5） 可靠：采取了碰撞避免策略，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。（6） 安全： ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權(quán)和認(rèn)證， 采用了AES-128的加密算法，各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。

三、Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)難點(diǎn)。 （1）通訊距離問題，由于一般的ZigBee前端RF部分輸出大部分只有0DBM，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)開闊地帶實(shí)際通訊距離只有幾十米，如果加上環(huán)境和阻擋因數(shù)，通訊距離還會(huì)縮水。（2）ZigBee芯片工作在2.4GHZ和900MHZ的高頻率，硬件設(shè)計(jì)不可能繞開高頻設(shè)計(jì)和調(diào)試，需要的高頻設(shè)備如頻譜分析儀等，價(jià)格較高，也構(gòu)成了一定技術(shù)門檻。（3）為了實(shí)時(shí)處理復(fù)雜的無線網(wǎng)絡(luò)管理和路由，ZigBee軟件協(xié)議棧代碼比較復(fù)雜，同時(shí)涉及比較多的無線技術(shù)知識(shí)背景，掌握這些無線軟件需要比較多的時(shí)間，加上協(xié)議棧在不斷升級(jí)，使用的微控制器也在不斷變化中，也加長了開發(fā)和調(diào)試周期。

這些設(shè)計(jì)難點(diǎn)，很多廠家已經(jīng)推出了各種比較完整的解決方案：對(duì)于ZIGBEE通訊距離的擴(kuò)展，目前采用外部擴(kuò)展和內(nèi)部增加放大器兩套辦法，TI最近推出的CC2591放大器芯片， CC2591能夠和CC2430等ZigBee單芯片完整結(jié)合，實(shí)現(xiàn)ZIGBEE通訊距離的擴(kuò)展，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊距離可以輕易達(dá)到600米以上，通過ZigBee自動(dòng)中繼路由，可以實(shí)現(xiàn)微功耗下數(shù)十公里的無線通信。

隨著大量模塊化產(chǎn)品的出現(xiàn)，解決了第二個(gè)應(yīng)用難點(diǎn)，這些模塊只有大約1平方英寸大小，用電池供電，易于集成到用戶系統(tǒng)中。用戶從模塊入手，完全避免的高頻設(shè)計(jì)和調(diào)試的問題，可以將主要精力集中到應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。另外，目前的模塊在出廠時(shí)也配備了一套ZigBee串口通訊協(xié)議，這套協(xié)議將復(fù)雜的ZigBee應(yīng)用，轉(zhuǎn)換為簡單的，具有ZigBee網(wǎng)絡(luò)功能的AT命令集，用戶只要會(huì)串口編程，無需要深入研究ZigBee協(xié)議棧，就可以輕松使用ZigBee技術(shù)。這樣就解決了第三個(gè)主要的技術(shù)難點(diǎn)。

（二） ZigBee應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的層次。 （1）系統(tǒng)集成，在這個(gè)層次，主要是要掌握ZigBee技術(shù)的應(yīng)用特征，例如系統(tǒng)可靠性和網(wǎng)絡(luò)可靠性，通訊距離，抗干擾性能，低功耗性能等，使用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品和評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行是比較好的進(jìn)入點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：入門需要的時(shí)間短，幾個(gè)小時(shí)或幾天。缺點(diǎn)：系統(tǒng)靈活性可能不夠，成本稍微高一些。 （2）采用模塊和自己的單片機(jī)系統(tǒng)組合設(shè)計(jì)，這要求對(duì)單片機(jī)技術(shù)比較熟悉，當(dāng)然最好是采用自己熟悉的單片機(jī)，主要工作是熟悉ZigBee AT命令集，如何通過AT命令集來操作復(fù)雜ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，由于不需要分析無線協(xié)議棧代碼和進(jìn)行高頻設(shè)計(jì)，用戶可以將主要精力集中在自己的應(yīng)用代碼開發(fā)。優(yōu)點(diǎn)：入門時(shí)間是一星期或更短。缺點(diǎn)：需要在模塊后面，加上自己的微控制器，成本稍有增加。（3）采用模塊或者直接使用ZigBee芯片進(jìn)行自己的ZigBee應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。如果不希望進(jìn)行高頻設(shè)計(jì)，可以從模塊開始，直接使用TI等公司提供的

zigbee協(xié)議范文第5篇

關(guān)鍵詞 ZigBee 傳輸頻率 功耗 傳輸距離

近些年來無線通信技術(shù)得到了飛速發(fā)展，目前主要的無線通信技術(shù)包括ZigBee、紅外、藍(lán)牙和Wi-Fi等。其中紅外技術(shù)是發(fā)展時(shí)間比較長的傳統(tǒng)無線通信技術(shù)之一，具有成本低廉、方便操作和易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，但紅外容易在傳播過程中被障礙物遮擋，并且紅外技術(shù)只能進(jìn)行單點(diǎn)連接，不能多點(diǎn)組網(wǎng)；藍(lán)牙技術(shù)目前的應(yīng)用比較廣泛，市面上常見藍(lán)牙耳機(jī)、鼠標(biāo)等產(chǎn)品，但是由于藍(lán)牙技術(shù)的協(xié)議比較復(fù)雜，能耗又相對(duì)較高，使得藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展受到了極大的限制；Wi-Fi技術(shù)憑借其傳輸速度快，穩(wěn)定性高的特點(diǎn)近些年備受關(guān)注，但該技術(shù)也具有能耗大，成本高，保密性能不好等缺點(diǎn)；ZigBee技術(shù)是基于IEEE802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研發(fā)的一種短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸速率、低復(fù)雜度、低成本的p向無線通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)的經(jīng)濟(jì)、高效、可靠等特點(diǎn)使得該技術(shù)在無線通信技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景極為廣闊。ZigBee、紅外、藍(lán)牙、Wi-Fi、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特性比較如表1所示。

1 ZigBee技術(shù)簡介

ZigBee技術(shù)是一種近年來興起的的短距離、低速率、低功耗的雙向無線通信技術(shù)。ZigBee的名字來源于蜜蜂，當(dāng)蜜蜂發(fā)現(xiàn)食物后，會(huì)通過跳“Z”字形的舞蹈來向同伴傳遞食物位置和方向等信息。由于蜜蜂體積小，所需能量小，能傳輸信息等特點(diǎn)與該技術(shù)特點(diǎn)相吻合，所以人們將該技術(shù)命名為ZigBee。

ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備，是為了滿足小型廉價(jià)設(shè)備的無線聯(lián)網(wǎng)和控制而制定的。

2 ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)

2.1低功耗

ZigBee技術(shù)的傳輸速率低，傳輸數(shù)據(jù)量小，信號(hào)收發(fā)時(shí)間短，并且在非工作狀態(tài)下處于自動(dòng)休眠模式，所以ZigBee節(jié)點(diǎn)的功耗非常低。由于電池種類、網(wǎng)絡(luò)容量和應(yīng)用場(chǎng)合等條件的不同，電池的使用時(shí)間也不相同，通常情況下ZigBee節(jié)點(diǎn)在兩節(jié)5號(hào)干電池供電的情況下可工作6個(gè)月到2年，而使用堿性電池則可以工作數(shù)年，對(duì)于某些長時(shí)間處于休眠模式的工作，電池壽命甚至可以超過10年。

2.2高可靠度

ZigBee技術(shù)在媒體接入控制層（MAC層）采用了talk-when-ready碰撞避免機(jī)制，這是一種完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息，如果沒有收到確認(rèn)信息則再傳一次。同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留專用時(shí)隙，避免了數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突，有效地提高了系統(tǒng)信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

2.3大網(wǎng)絡(luò)容量

單個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中最多可同時(shí)搭載255個(gè)設(shè)備，包括一個(gè)主設(shè)備（Master）和254個(gè)從設(shè)備（Slave），并且在同一地點(diǎn)最多可以有100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)同時(shí)工作。如果使用Network Coordinator可使整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)同時(shí)搭載65000個(gè)節(jié)點(diǎn)，而且Network Coordinator相互之間可以進(jìn)行連接，這樣將使網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)存在數(shù)量極多的傳感器節(jié)點(diǎn)。比如ZigBee2006版的協(xié)議棧就能夠容納3萬多個(gè)節(jié)點(diǎn)。

2.4低成本

ZigBee技術(shù)的協(xié)議棧設(shè)計(jì)簡練，所以研發(fā)和生產(chǎn)成本相對(duì)較低，并且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的，ZigBee模塊的初始成本大約在6美元左右，而且一直在降低，很快可以降到0.25至1.5美元左右。

2.5高安全性

ZigBee技術(shù)提供了基于循環(huán)冗余碼校驗(yàn)（CRC）的數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，并采用AES-128加密算法，各應(yīng)用可以靈活的確定其安全屬性，使得網(wǎng)絡(luò)安全性得到了較高的保證。

2.6短時(shí)延

ZigBee技術(shù)對(duì)通信時(shí)延以及系統(tǒng)喚醒時(shí)延等問題也做出了處理。系統(tǒng)喚醒時(shí)延一般為15ms，網(wǎng)絡(luò)搭建時(shí)延一般為30ms，移動(dòng)設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)延為15ms。

3 ZigBee協(xié)議架構(gòu)

為了使不同種類的ZigBee設(shè)備能夠在同一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)中協(xié)同工作，我們必須首先對(duì)節(jié)點(diǎn)間的通信規(guī)則進(jìn)行定義，也就是規(guī)定ZigBee協(xié)議棧。ZigBee技術(shù)最為重要的核心就是ZigBee/802.15.4C51源代碼，這些源代碼長達(dá)幾萬行，它們與ZigBee無線單片機(jī)的內(nèi)核相互配合來進(jìn)行收發(fā)及校驗(yàn)數(shù)據(jù)包、路由計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂频热蝿?wù)。目前已經(jīng)有TI、Freescale、Microchip等多家公司著手于研發(fā)基于本公司的ZigBee芯片的協(xié)議棧。ZigBee協(xié)議架構(gòu)主要由物理層（PHY）、媒體接入控制層（MAC）、網(wǎng)絡(luò)/安全層以及應(yīng)用框架層組成，其體系結(jié)構(gòu)通常是由層來量化各個(gè)簡化標(biāo)準(zhǔn)的，每一層除完成規(guī)定任務(wù)外還要向上層提供服務(wù)。

參考文獻(xiàn)