物聯(lián)網(wǎng)師資班zigbee

Zigbee概述2無線組網(wǎng)技術(shù)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(luò)通信的特點，因此，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，采用無線組網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為勢不可擋的趨勢。無線組網(wǎng)技術(shù)主要包括802.11藍(lán)牙(BlueTooth)ZigBee等。3ZIGBEE技術(shù)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(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。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(luò)。ZigBee聯(lián)盟成立于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(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”的下一代無線通信標(biāo)準(zhǔn)，這一事件成為該項技術(shù)發(fā)展過程中的里程碑。4ZigBee技術(shù)介紹Zigbee自身的技術(shù)優(yōu)勢①低功耗。在低耗電待機(jī)模式下,2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作6～24個月,甚至更長。這是Zigbee的突出優(yōu)勢。相比較,藍(lán)牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時。②低成本。通過大幅簡化協(xié)議(不到藍(lán)牙的1/10),降低了對通信控制器的要求,按預(yù)測分析,以8051的8位微控制器測算,全功能的主節(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。③低速率。Zigbee工作在20～250kbps的較低速率,分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)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。④近距離。傳輸范圍一般介于10～100m之間,在增加RF發(fā)射功率后,亦可增加到1～3km。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(yuǎn)。⑤短時延。Zigbee的響應(yīng)速度較快,一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms,節(jié)點連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms,進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較,藍(lán)牙需要3～10s、WiFi需要3s。⑥高容量。Zigbee可采片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)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(luò)節(jié)點管理,最多可組成65000節(jié)點的大網(wǎng)個。⑦高安全。Zigbee提供了三級安全模式,包括無安全設(shè)定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES128)的對稱密碼,以靈活確定其安全屬性。⑧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,2.4GHz(全球)、915MHz(美國)和868MHz(歐洲)。5短程無線網(wǎng)絡(luò)的比較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，與其他無線技術(shù)比較，適合傳輸距離相對較近。ZigBee無線技術(shù)適合組建WPAN網(wǎng)絡(luò)，就是無線個人設(shè)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(yīng)用

Zigbee的市場，它有著廣闊的應(yīng)用前景。Zigbee聯(lián)盟預(yù)言在未來的并不是用來與藍(lán)牙或者其他已經(jīng)存在的標(biāo)準(zhǔn)競爭，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，每個家庭將擁有50個Zigbee器件，最后將達(dá)到每個家庭150個。其應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：◆家庭和樓宇網(wǎng)絡(luò)：空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制、照明的自動控制、

窗簾的自動控制、煤氣計量控制、家用電器的遠(yuǎn)程控制等；

◆工業(yè)控制：各種監(jiān)控器、傳感器的自動化控制；◆商業(yè)：智慧型標(biāo)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(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)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)語協(xié)調(diào)器（coordinator）路由器（router）終端節(jié)點（end）設(shè)備（device）端點（endpoint）屬性（attribute）簇（cluster）協(xié)調(diào)器（coordinator）每個zigbee網(wǎng)絡(luò)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(luò)標(biāo)識(PANID)，然后開始這個網(wǎng)絡(luò).因為協(xié)調(diào)器是整個網(wǎng)絡(luò)的開始，他具有網(wǎng)絡(luò)的最高權(quán)限，是整個網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)者，還可以保持間接尋址用的表格綁定，同時還可以設(shè)計安全中心和執(zhí)行其他動作，保持網(wǎng)絡(luò)其他設(shè)備的通信。

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)點的消息轉(zhuǎn)發(fā)功能。Zigbee的樹形網(wǎng)絡(luò)可以有多個zigbee路由器設(shè)備，星型網(wǎng)絡(luò)不支持zigbee的路由器設(shè)備。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(shè)備/節(jié)點（device）一般來說一個節(jié)點（FFD/RFD）就是一個設(shè)備，對應(yīng)于一個無線單片機(jī)，如CC2530；一個設(shè)備有一個無線射頻端，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(luò)中，所有的節(jié)點中的應(yīng)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（Endpoint）端點是節(jié)點真正的收發(fā)數(shù)據(jù)的目標(biāo)。0號端點是保留給ZDO（zigbeedeviceobject）使用的端點號，255號端點用于廣播，1～240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（profile）它是面向某個應(yīng)用類別的公約、準(zhǔn)則是對邏輯設(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=0x104），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(guān)、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(yīng)用程序的處理行為上達(dá)成了共識。ProfileIDProfileName0x0101Industrialplatmonitoring0x0104Homeautomation0x0105Commercialbuildingautomation0x0107Telecomapplications0x0108Personalhome&hospitalcare0x0109Advancedmeteringinitative16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(yīng)該包括哪些cluster。每個簇都有不同的命令。整個網(wǎng)絡(luò)燈光控制簇窗簾控制簇協(xié)調(diào)器燈光窗簾打開命令關(guān)閉命令打開窗簾命令關(guān)閉窗簾命令燈光配置簇窗簾配置簇漸變方式立即方式百葉方式拉幕方式17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(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PANIDPANID其全稱是PersonalAreaNetworkID，一個網(wǎng)絡(luò)只有一個PANID，它是由協(xié)調(diào)器生成的，文件f8wConfg.cfg中的

ZDAPP_CONFIG_PAN_ID參數(shù)來配置PANID，用來控制ZigBee路由器和終端節(jié)點要加入那個網(wǎng)絡(luò)。ZDAPP_CONFIG_PAN_ID被定義為0xFFFF，那么協(xié)調(diào)器將根據(jù)自身的IEEE地址建立一個隨機(jī)的PANID（0～0x3FFF）。短地址或網(wǎng)絡(luò)地址（16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地址（64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設(shè)置。這些地址由IEEE來維護(hù)和分配。我們也可以通過SmartRFFlashProgrammer修改，Zigbee2007框架在IAR打開TIzigbee協(xié)議棧i24ZigBee2007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）ZigBee2007協(xié)議棧中的各個層次25(1)應(yīng)用層(2)網(wǎng)絡(luò)層(3)IEEEMAC層(4)IEEEPHY層基于標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)開放互聯(lián)模型（OSI）,在IEEE802.15.42003標(biāo)準(zhǔn)定義了MAC

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（ApplicationSupport

Sublayer）、zigbee設(shè)備對象ZDO（ZigbeeDeviceObjects）、制造商定義的應(yīng)用對象。ZigBee2007協(xié)議棧中的各個層次ZigBee2007協(xié)議棧中的各個層次28應(yīng)用層ZigBee應(yīng)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(yīng)用對象。應(yīng)用層－設(shè)備對象層（ZDO）提供了管理一個ZigBee節(jié)點所要使用的功能函數(shù)。ZDOAPI為協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備提供了應(yīng)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(luò),綁定應(yīng)用端點和安全管理ZDP（ZigBeeDeviceProfile）層描述了ZDO內(nèi)部ZigBee設(shè)備功能是如何實現(xiàn)的。它定義了使用命令和響應(yīng)對的設(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

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)用支持子層(APS)應(yīng)用支持子層給網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層通過ZigBee設(shè)備對象和制造商定義的應(yīng)用對象使用的一組服務(wù)提供了接口。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)實體DE(Data

Entity)通過與之連接的APSDE-SAP（ServiceAccessPoint）來提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。APS管理實體ME（ManageEntity）通過與之連接的APSME-SAP提供管理服務(wù)端點管理在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中每個設(shè)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(luò)地址(16位)。網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時必須指定目標(biāo)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1~240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(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)