物聯(lián)網(wǎng)師資班zigbee

1、Zigbee概述2無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)無(wú)線組網(wǎng)提供靈活性、流動(dòng)性，省去花在布線上的費(fèi)用和精力，并且它也符合家庭網(wǎng)絡(luò)通信的特點(diǎn)，因此，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，采用無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為勢(shì)不可擋的趨勢(shì)。無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)主要包括802.11藍(lán)牙(BlueTooth)ZigBee等。3ZIGBEE技術(shù)技術(shù)ZigBee是IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。這一名稱來(lái)源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說(shuō)蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。ZigBee聯(lián)盟成立于

2、2001年8月。2002年下半年，英國(guó)Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國(guó)摩托羅拉公司以及荷蘭飛利浦半導(dǎo)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(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，這一事件成為該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的里程碑。4ZigBee技術(shù)介紹技術(shù)介紹Zigbee自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)低功耗。在低耗電待機(jī)模式下,2 節(jié)5 號(hào)干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作624個(gè)月,甚至更長(zhǎng)。這是Zigbee的突出優(yōu)勢(shì)。相比較, 藍(lán)牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時(shí)。低成本。通過(guò)大幅簡(jiǎn)化協(xié)議(不到藍(lán)牙的1/10) ,降低了對(duì)通信控制器的要求,按預(yù)測(cè)分析,以8051的8位微控制器測(cè)算,全功能的

3、主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼,子功能節(jié)點(diǎn)少至4KB代碼,而且Zigbee免協(xié)議專利費(fèi)。 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(yīng)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(diǎn)間的距離。如果通過(guò)路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力,傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。短時(shí)延。Zigbee 的響應(yīng)速度較快,一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15 ms ,節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30 ms ,進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比

4、較,藍(lán)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(luò)結(jié)構(gòu),由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn),最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254 個(gè)子節(jié)點(diǎn);同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層用星狀、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理,最多可組成65000節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)個(gè)。高安全。Zigbee 提供了三級(jí)安全模式,包括無(wú)安全設(shè)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(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES 128) 的對(duì)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(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療( ISM) 頻段,2. 4 GHz (全球) 、915 MHz(美國(guó)) 和868 MHz(歐洲) 。 5短程無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的比較短程無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的比較

5、ZigBee 技術(shù)的應(yīng)用定位是低速率、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、低功耗和低成本應(yīng)用。 ZigBee 和802.15.4標(biāo)準(zhǔn)都適合于低速率數(shù)據(jù)傳輸，最大速率為250K，與其他無(wú)線技術(shù)比較，適合傳輸距離相對(duì)較近。 ZigBee 無(wú)線技術(shù)適合組建WPAN網(wǎng)絡(luò)，就是無(wú)線個(gè)人設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，對(duì)于數(shù)據(jù)采集和控制信號(hào)的傳輸是非常合適的。6ZigBee的應(yīng)用的應(yīng)用 Zigbee 的市場(chǎng)，它有著廣闊的應(yīng)用前景。Zigbee 聯(lián)盟預(yù)言在未來(lái)的并不是用來(lái)與藍(lán)牙或者其他已經(jīng)存在的標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)，它的目標(biāo)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(gè)家庭將擁有50 個(gè)Zigbee 器件，最后將達(dá)到每個(gè)家庭150 個(gè)。其應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：

6、家庭和樓宇網(wǎng)絡(luò)：空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制、照明的自動(dòng)控制、 窗簾的自動(dòng)控制、煤氣計(jì)量控制、家用電器的遠(yuǎn)程控制等；工業(yè)控制：各種監(jiān)控器、傳感器的自動(dòng)化控制；商業(yè)：智慧型標(biāo)簽等；公共場(chǎng)所：煙霧探測(cè)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(dòng)不便者的緊急呼叫器和醫(yī)療傳感器等。7ZigBee的網(wǎng)絡(luò)組件的網(wǎng)絡(luò)組件RFDFFD一般設(shè)備PAN協(xié)調(diào)器協(xié)調(diào)器一般設(shè)備RFD:半功能設(shè)備FFD:全功能設(shè)備8ZigBee的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚W(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者網(wǎng)絡(luò)路由器網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備簇狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?ZigBee協(xié)議術(shù)語(yǔ)協(xié)議術(shù)語(yǔ)協(xié)調(diào)器（coordinator）路由器（router）終端節(jié)點(diǎn)

7、（end）設(shè)備（device）端點(diǎn)（endpoint）屬性（attribute）簇 （cluster）協(xié)調(diào)器（協(xié)調(diào)器（coordinator）每個(gè)zigbee網(wǎng)絡(luò)只允許有一個(gè)zigbee的協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器首先選擇一個(gè)信道和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)(PAN ID)，然后開(kāi)始這個(gè)網(wǎng)絡(luò).因?yàn)閰f(xié)調(diào)器是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)始，他具有網(wǎng)絡(luò)的最高權(quán)限，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)者，還可以保持間接尋址用的表格綁定，同時(shí)還可以設(shè)計(jì)安全中心和執(zhí)行其他動(dòng)作，保持網(wǎng)絡(luò)其他設(shè)備的通信。 路由器（路由器（router）路由器是一種支持關(guān)聯(lián)的設(shè)備，既可以做為普通設(shè)備使用，也能夠?qū)崿F(xiàn)其他節(jié)點(diǎn)的消息轉(zhuǎn)發(fā)功能。Zigbee的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)可以有多個(gè)zigbee路由器設(shè)備

8、，星型網(wǎng)絡(luò)不支持zigbee的路由器設(shè)備。終端節(jié)點(diǎn)（終端節(jié)點(diǎn)（end）終端節(jié)點(diǎn)是一個(gè)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(diǎn)的消息 13設(shè)備設(shè)備/節(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)（device）一般來(lái)說(shuō)一個(gè)節(jié)點(diǎn)（FFD/RFD）就是一個(gè)設(shè)備，對(duì)應(yīng)于一個(gè)無(wú)線單片機(jī)，如CC2530；一個(gè)設(shè)備有一個(gè)無(wú)線射頻端，具有唯一的IEEE地址（Mac 地址）和網(wǎng)絡(luò)地址（短地址）。因?yàn)槊恳粋€(gè)節(jié)點(diǎn)可能存在著多種功能，所以在一個(gè)成熟的分布式控制網(wǎng)絡(luò)中，所有的節(jié)點(diǎn)中的應(yīng)用程序必須保存多個(gè)數(shù)據(jù)鏈路，也就是說(shuō)可以將我們的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能。14端點(diǎn)（端點(diǎn)（Endpoint）端點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)真正的收發(fā)數(shù)據(jù)

9、的目標(biāo)。0號(hào)端點(diǎn)是保留給ZDO（zigbee device object）使用的端點(diǎn)號(hào)，255號(hào)端點(diǎn)用于廣播，1240為用戶可以使用的端點(diǎn)號(hào)（在一個(gè)ZDO可以有多個(gè)EP，其余號(hào)保留。15配置文件（配置文件（profile）它是面向某個(gè)應(yīng)用類別的公約、準(zhǔn)則是對(duì)邏輯設(shè)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(kāi)關(guān)、燈光控制等；作用：它使得節(jié)點(diǎn)在消息、消息格式、請(qǐng)求數(shù)據(jù)或請(qǐng)求創(chuàng)建一個(gè)共同的分布式應(yīng)用程序的處理行為上達(dá)成了共識(shí)。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(gè)Profile大方向下的一個(gè)特定對(duì)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(yīng)該包括哪些cluster。每個(gè)簇都有不同的命令。燈光燈光窗簾窗簾

11、打開(kāi)命令關(guān)閉命令打開(kāi)窗簾命令關(guān)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(duì)于我們節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)的描述比如對(duì)于一個(gè)控制燈光的節(jié)點(diǎn)，我們需要描述這個(gè)燈的各種屬性：比如網(wǎng)絡(luò)地址，自身短地址，位置，命令接口，等等。在我們的程序當(dāng)中我們通常是用一個(gè)或者幾個(gè)嵌套的結(jié)構(gòu)體去描述節(jié)點(diǎn)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(guò)使用ClusterID為不同節(jié)點(diǎn)上的獨(dú)立端點(diǎn)建立一個(gè)邏輯上的連接。綁定綁定PAN IDPAN IDPAN ID其全稱是Personal Area Network ID，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)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(lái)配置PAN ID ，用來(lái)控制ZigBee路由器和終端節(jié)點(diǎn)要加入那個(gè)網(wǎng)絡(luò)。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(gè)隨機(jī)的PANID（00 x3FFF）。短地址或網(wǎng)絡(luò)地址（短地址或網(wǎng)絡(luò)地址（1616位）位）網(wǎng)絡(luò)地址是當(dāng)設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)后由協(xié)調(diào)器分配的，它在網(wǎng)絡(luò)中是唯一的，用來(lái)在網(wǎng)絡(luò)中鑒別設(shè)備和發(fā)送數(shù)據(jù)，不同的網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(shí)設(shè)置

13、。這些地址由IEEE來(lái)維護(hù)和分配。我們也可以通過(guò)SmartRF Flash Programmer修改，Zigbee2007框架在在IAR IAR 打開(kāi)打開(kāi)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(gè)公開(kāi)的半開(kāi)源的無(wú)線通信協(xié)議它源于一個(gè)最簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)思想（輪詢）ZigBee 2007 ZigBee 2007 協(xié)議棧中的各個(gè)層次協(xié)議棧中的各個(gè)層次 25(1)應(yīng)用層(2)網(wǎng)絡(luò)層(3)IEEE MAC層(4)IEEE PHY層基于標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)開(kāi)放互聯(lián)模型（OSI）,在IEEE 802.15.4 2003 標(biāo)準(zhǔn)定義了MAC

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

15、Bee 節(jié)點(diǎn)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(shè)備提供了應(yīng)用端點(diǎn)的管理函數(shù),其中包括:建立、發(fā)現(xiàn)和加入一個(gè)ZigBee 網(wǎng)絡(luò),綁定應(yīng)用端點(diǎn)和安全管理 ZDP（ZigBee Device Profile）層描述了 ZDO 內(nèi)部ZigBee 設(shè)備功能是如何實(shí)現(xiàn)的。它定義了使用命令和響應(yīng)對(duì)的設(shè) 備描述和簇。ZDP 為 ZDO 和應(yīng)用程序提供如下功能: 設(shè)備網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng) 設(shè)備和服務(wù)發(fā)現(xiàn) 終端設(shè)備綁定和取消綁定服務(wù) 網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù) 應(yīng)用層應(yīng)用層應(yīng)用支持子層應(yīng)用支持子層 (APS)(APS)應(yīng)用支持子層給網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層通過(guò)ZigBee設(shè)備對(duì)象和制造商定義的應(yīng)用對(duì)象使用的一組服務(wù)提供了接口

16、。應(yīng)用支持子層提供這些服務(wù)：數(shù)據(jù)服務(wù)管理服務(wù)APS數(shù)據(jù)實(shí)體DE(Data Entity)通過(guò)與之連接的APSDE-SAP（Service Access Point）來(lái)提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。APS管理實(shí)體ME（Manage Entity）通過(guò)與之連接的APSME-SAP提供管理服務(wù)端點(diǎn)管理端點(diǎn)管理在 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)設(shè)備都是一個(gè)節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有唯一的一個(gè) IEEE 地址(64 位)和一個(gè)網(wǎng) 絡(luò)地址(16 位)。網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)必須指定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的短地址,數(shù)據(jù)才能被接收。每個(gè)節(jié)點(diǎn)有241個(gè)端點(diǎn),其中端點(diǎn) 0 由 ZDO 層使用,它是不可缺少的。端點(diǎn) 1240 由應(yīng)用程序分配使用, 在 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用程序必須登記注冊(cè)一個(gè)或多個(gè)端點(diǎn),這樣才能發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 32網(wǎng)絡(luò)層功能網(wǎng)絡(luò)層功能ZigBee網(wǎng)絡(luò)層主要功能是發(fā)現(xiàn)設(shè)備并建立設(shè)備間無(wú)線鏈路，其網(wǎng)絡(luò)層支持三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，星型結(jié)構(gòu)（star