物聯(lián)網(wǎng)師資班zigbee

1、Zigbee概述2無線組網(wǎng)技術無線組網(wǎng)技術無線組網(wǎng)提供靈活性、流動性，省去花在布線上的費用和精力，并且它也符合家庭網(wǎng)絡通信的特點，因此，在無線傳感器網(wǎng)絡中，采用無線組網(wǎng)技術已經(jīng)成為勢不可擋的趨勢。無線組網(wǎng)技術主要包括802.11藍牙(BlueTooth)ZigBee等。3ZIGBEE技術技術ZigBee是IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。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(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡。ZigBee聯(lián)盟成立于

2、2001年8月。2002年下半年，英國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導體公司四大巨頭共同宣布，它們將加盟“ZigBee聯(lián)盟”,以研發(fā)名為“ZigBee”的下一代無線通信標準，這一事件成為該項技術發(fā)展過程中的里程碑。4ZigBee技術介紹技術介紹Zigbee自身的技術優(yōu)勢低功耗。在低耗電待機模式下,2 節(jié)5 號干電池可支持1個節(jié)點工作624個月,甚至更長。這是Zigbee的突出優(yōu)勢。相比較, 藍牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時。低成本。通過大幅簡化協(xié)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

3、主節(jié)點需要32KB代碼,子功能節(jié)點少至4KB代碼,而且Zigbee免協(xié)議專利費。 低速率。Zigbee工作在20250 kbps的較低速率,分別提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps (915 MHz)和20kbps(868 MHz) 的原始數(shù)據(jù)吞吐率,滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應用需求。近距離。傳輸范圍一般介于10100 m 之間,在增加RF 發(fā)射功率后,亦可增加到13 km。這指的是相鄰節(jié)點間的距離。如果通過路由和節(jié)點間通信的接力,傳輸距離將可以更遠。短時延。Zigbee 的響應速度較快,一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15 ms ,節(jié)點連接進入網(wǎng)絡只需30 ms ,進一步節(jié)省了電能。相比

4、較,藍牙需要310 s、WiFi 需要3 s。高容量。Zigbee 可采片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點,最多一個主節(jié)點可管理254 個子節(jié)點;同時主節(jié)點還可由上一層用星狀、網(wǎng)絡節(jié)點管理,最多可組成65000節(jié)點的大網(wǎng)個。高安全。Zigbee 提供了三級安全模式,包括無安全設定、使用接入控制清單(ACL) 防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標準(AES 128) 的對稱密碼,以靈活確定其安全屬性。 免執(zhí)照頻段。采用直接序列擴頻在工業(yè)科學醫(yī)療( ISM) 頻段,2. 4 GHz (全球) 、915 MHz(美國) 和868 MHz(歐洲) 。 5短程無線網(wǎng)絡的比較短程無線網(wǎng)絡的比較

5、ZigBee 技術的應用定位是低速率、復雜網(wǎng)絡、低功耗和低成本應用。 ZigBee 和802.15.4標準都適合于低速率數(shù)據(jù)傳輸，最大速率為250K，與其他無線技術比較，適合傳輸距離相對較近。 ZigBee 無線技術適合組建WPAN網(wǎng)絡，就是無線個人設備的聯(lián)網(wǎng)，對于數(shù)據(jù)采集和控制信號的傳輸是非常合適的。6ZigBee的應用的應用 Zigbee 的市場，它有著廣闊的應用前景。Zigbee 聯(lián)盟預言在未來的并不是用來與藍牙或者其他已經(jīng)存在的標準競爭，它的目標定位于現(xiàn)存的系統(tǒng)還不能滿足其需求的特定四到五年，每個家庭將擁有50 個Zigbee 器件，最后將達到每個家庭150 個。其應用領域主要包括：

6、家庭和樓宇網(wǎng)絡：空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制、照明的自動控制、 窗簾的自動控制、煤氣計量控制、家用電器的遠程控制等；工業(yè)控制：各種監(jiān)控器、傳感器的自動化控制；商業(yè)：智慧型標簽等；公共場所：煙霧探測器等；農(nóng)業(yè)控制：收集各種土壤信息和氣候信息； 醫(yī)療：老人與行動不便者的緊急呼叫器和醫(yī)療傳感器等。7ZigBee的網(wǎng)絡組件的網(wǎng)絡組件RFDFFD一般設備PAN協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器一般設備RFD:半功能設備FFD:全功能設備8ZigBee的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)星形網(wǎng)絡拓撲網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲網(wǎng)絡協(xié)調(diào)者網(wǎng)絡路由器網(wǎng)絡終端設備簇狀網(wǎng)絡拓撲9ZigBee協(xié)議術語協(xié)議術語協(xié)調(diào)器（coordinator）路由器（router）終端節(jié)點

7、（end）設備（device）端點（endpoint）屬性（attribute）簇 （cluster）協(xié)調(diào)器（協(xié)調(diào)器（coordinator）每個zigbee網(wǎng)絡只允許有一個zigbee的協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器首先選擇一個信道和網(wǎng)絡標識(PAN ID)，然后開始這個網(wǎng)絡.因為協(xié)調(diào)器是整個網(wǎng)絡的開始，他具有網(wǎng)絡的最高權限，是整個網(wǎng)絡的維護者，還可以保持間接尋址用的表格綁定，同時還可以設計安全中心和執(zhí)行其他動作，保持網(wǎng)絡其他設備的通信。 路由器（路由器（router）路由器是一種支持關聯(lián)的設備，既可以做為普通設備使用，也能夠?qū)崿F(xiàn)其他節(jié)點的消息轉(zhuǎn)發(fā)功能。Zigbee的樹形網(wǎng)絡可以有多個zigbee路由器設備

8、，星型網(wǎng)絡不支持zigbee的路由器設備。終端節(jié)點（終端節(jié)點（end）終端節(jié)點是一個ZigBee網(wǎng)路的最終端，完成用戶功能，比如信息的收集，他不能轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點的消息 13設備設備/節(jié)點（節(jié)點（device）一般來說一個節(jié)點（FFD/RFD）就是一個設備，對應于一個無線單片機，如CC2530；一個設備有一個無線射頻端，具有唯一的IEEE地址（Mac 地址）和網(wǎng)絡地址（短地址）。因為每一個節(jié)點可能存在著多種功能，所以在一個成熟的分布式控制網(wǎng)絡中，所有的節(jié)點中的應用程序必須保存多個數(shù)據(jù)鏈路，也就是說可以將我們的每一個節(jié)點能夠同時實現(xiàn)多個功能。14端點（端點（Endpoint）端點是節(jié)點真正的收發(fā)數(shù)據(jù)

9、的目標。0號端點是保留給ZDO（zigbee device object）使用的端點號，255號端點用于廣播，1240為用戶可以使用的端點號（在一個ZDO可以有多個EP，其余號保留。15配置文件（配置文件（profile）它是面向某個應用類別的公約、準則是對邏輯設備及其接口描述的集合，也可以理解為規(guī)則，比如：智能家居（profileID=0 x104），他規(guī)定了智能家居產(chǎn)品要滿足那些要求，比如空調(diào)開關、燈光控制等；作用：它使得節(jié)點在消息、消息格式、請求數(shù)據(jù)或請求創(chuàng)建一個共同的分布式應用程序的處理行為上達成了共識。Profile IDProfile Name0 x0101Industrial p

10、lat monitoring0 x0104Home automation0 x0105Commercial building automation0 x0107Telecom applications0 x0108Personal home&hospital care0 x0109Advanced metering initative16簇（簇（Cluster）簇是一個Profile大方向下的一個特定對象，比如智能家居（profile）里面的燈光控制（燈光簇）、溫濕度控制（溫度簇）、窗簾控制（窗簾簇）Profile規(guī)范了應該包括哪些cluster。每個簇都有不同的命令。燈光燈光窗簾窗簾

11、打開命令關閉命令打開窗簾命令關閉窗簾命令漸變方式立即方式百葉方式拉幕方式17屬性（屬性（Attribute）屬性是對于我們節(jié)點的狀態(tài)的描述比如對于一個控制燈光的節(jié)點，我們需要描述這個燈的各種屬性：比如網(wǎng)絡地址，自身短地址，位置，命令接口，等等。在我們的程序當中我們通常是用一個或者幾個嵌套的結(jié)構(gòu)體去描述節(jié)點的各種屬性。18綁定是ZigBee協(xié)議中定義的一種特殊的操作，它能夠通過使用ClusterID為不同節(jié)點上的獨立端點建立一個邏輯上的連接。綁定綁定PAN IDPAN IDPAN ID其全稱是Personal Area Network ID，一個網(wǎng)絡只有一個PAN ID，它是由協(xié)調(diào)器生成的，文件

12、f8wConfg.cfg中的 ZDAPP_CONFIG_PAN_ID 參數(shù)來配置PAN ID ，用來控制ZigBee路由器和終端節(jié)點要加入那個網(wǎng)絡。ZDAPP_CONFIG_PAN_ID被定義為0 xFFFF，那么協(xié)調(diào)器將根據(jù)自身的IEEE地址建立一個隨機的PANID（00 x3FFF）。短地址或網(wǎng)絡地址（短地址或網(wǎng)絡地址（1616位）位）網(wǎng)絡地址是當設備加入網(wǎng)絡后由協(xié)調(diào)器分配的，它在網(wǎng)絡中是唯一的，用來在網(wǎng)絡中鑒別設備和發(fā)送數(shù)據(jù)，不同的網(wǎng)絡短地址可能相同的。MAC MAC 地址地址 （6464位）位）64位地址使全球唯一的地址，設備將在它的生命周期中一直擁有它。它通常由制造商或者被安裝時設置

13、。這些地址由IEEE來維護和分配。我們也可以通過SmartRF Flash Programmer修改，Zigbee2007框架在在IAR IAR 打開打開TI zigbeeTI zigbee協(xié)議棧協(xié)議棧i24ZigBee2007ZigBee2007協(xié)議棧的介紹協(xié)議棧的介紹它是一個公開的半開源的無線通信協(xié)議它源于一個最簡單的操作系統(tǒng)思想（輪詢）ZigBee 2007 ZigBee 2007 協(xié)議棧中的各個層次協(xié)議棧中的各個層次 25(1)應用層(2)網(wǎng)絡層(3)IEEE MAC層(4)IEEE PHY層基于標準的系統(tǒng)開放互聯(lián)模型（OSI）,在IEEE 802.15.4 2003 標準定義了MAC

14、 層、PHY層，zigbee聯(lián)盟定義了應用層、網(wǎng)絡層，其中應用層包括應用支持子APS（Application Support Sublayer）、zigbee設備對象ZDO（Zigbee Device Objects）、制造商定義的應用對象。ZigBee 2007 ZigBee 2007 協(xié)議棧中的各個層次協(xié)議棧中的各個層次 ZigBee 2007 ZigBee 2007 協(xié)議棧中的各個層次協(xié)議棧中的各個層次 28應用層應用層ZigBee應用層由三個部分組成：ZDO（包含ZDO管理平臺）APS子層制造商定義的應用對象。 應用層應用層設備對象層（設備對象層（ZDOZDO） 提供了管理一個 Zig

15、Bee 節(jié)點所要使用的功能函數(shù)。ZDO API 為協(xié)調(diào)器、路由器和終端設備提供了應用端點的管理函數(shù),其中包括:建立、發(fā)現(xiàn)和加入一個ZigBee 網(wǎng)絡,綁定應用端點和安全管理 ZDP（ZigBee Device Profile）層描述了 ZDO 內(nèi)部ZigBee 設備功能是如何實現(xiàn)的。它定義了使用命令和響應對的設 備描述和簇。ZDP 為 ZDO 和應用程序提供如下功能: 設備網(wǎng)絡啟動 設備和服務發(fā)現(xiàn) 終端設備綁定和取消綁定服務 網(wǎng)絡管理服務 應用層應用層應用支持子層應用支持子層 (APS)(APS)應用支持子層給網(wǎng)絡層和應用層通過ZigBee設備對象和制造商定義的應用對象使用的一組服務提供了接口

16、。應用支持子層提供這些服務：數(shù)據(jù)服務管理服務APS數(shù)據(jù)實體DE(Data Entity)通過與之連接的APSDE-SAP（Service Access Point）來提供數(shù)據(jù)傳輸服務。APS管理實體ME（Manage Entity）通過與之連接的APSME-SAP提供管理服務端點管理端點管理在 ZigBee 網(wǎng)絡中每個設備都是一個節(jié)點,每個節(jié)點具有唯一的一個 IEEE 地址(64 位)和一個網(wǎng) 絡地址(16 位)。網(wǎng)絡中的其他節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時必須指定目標節(jié)點的短地址,數(shù)據(jù)才能被接收。每個節(jié)點有241個端點,其中端點 0 由 ZDO 層使用,它是不可缺少的。端點 1240 由應用程序分配使用, 在 ZigBee 網(wǎng)絡中應用程序必須登記注冊一個或多個端點,這樣才能發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 32網(wǎng)絡層功能網(wǎng)絡層功能ZigBee網(wǎng)絡層主要功能是發(fā)現(xiàn)設備并建立設備間無線鏈路，其網(wǎng)絡層支持三種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，星型結(jié)構(gòu)（star