zigbee协议范文第1篇

【关键词】ZigBee网络 路由协议 性能

随着信息技术和移动通信技术的快速发展，让无线通信技术在各行各业得到了广泛的应用。组网灵活、使用方便是无线传感器网络在实际应用中表现出来的主要特点。ZigBee协议的出现，可以让传统无线协议对无线传感器的适应问题得到有效解决。

1 ZigBee协议的概述

ZigBee技术不仅功耗、成本和速率均比较低，而且便于操作使用。而IEEE 802.15.4标准具有数据传输率低、成本少、功耗低等特性，其最终目标就是为家庭或个人范围内各种设备之间的低速互连提供一个统一的标准。为了保证所制定出的应用层与网络层的规范能够匹配IEEE802.15.4标准，ZigBee规范成为ZigBee联盟中不可缺少的因素。在与之有关的LR-WPAN网络中，IEEE802.15.4标准编制了以下两种要素：

（1）系统的媒体接入控制子层；

（2）系统的物理层协议规范。

ZigBee联盟在这一前提下，所构建的应用层与网络层协议相关的规范构成了ZigBee协议。简言之，ZigBee协议是为适应IEEE802.15.4标准而构建的网络层与应用层协议规范。其中，协议规范可以由以下几方面因素组成：

（1）应用支持子层；

（2）应用架构；

（3）ZigBee设备对象和厂商所定义的应用对象。

分层结构是这一协议所采用的主要结构。数据实体和管理实体这两种服务实体在这种结构的每一层都有所涉及。数据传输服务是数据实体所承担的主要形式。管理实体提供的服务中并没有涉及到数据传输服务。服务接入点是为上层提供接口的重要工具。服务原语命令是服务接入点实现自身功能的保障性因素。图1中的内容就是协议层之间的服务接口。

2 ZigBee网络拓扑

ZigBee网络拓扑结构主要由以下几种结构组成：

（1）星型结构；

（2）树形结构，

（3）网状结构。

如图2所示。

从图中所示的内容来看，中心协调器和终端节点是星型网络中的主要器件。这种中心协调器采用的是FFD节点，可以在整个网络的维护和建立过程中发挥出自身的功能。RFD和FFD是终端节点主要组成部分，一般的情况下，在中心协调器覆盖范围以内的区域是这两大节点的主要分布区域，@种便利性可以让这些节点与中心协调器进行有效通信的能力得到有效提升。两个不同设备之间进行通信的过程，也是两设备将各自所要传送的数据包向中心协调器进行传送的过程。可以说，中心协调器发挥的是一种中转作用。对中心协调器的中转功能进行发挥的网络系统又被称为主从网络。同步与控制的简单性特点是星型网的主要特点，这种网络体系目前仅能在一些拥有较少节点数量的场合中得到应用。网状网络是一种由多个FFD组合而成的骨干网络，各节点之间的通信完全对等，在整个通信范围内，各节点都可以与其它节点进行通信。如果其中一条路径发生故障，那么还可以选择其他一条或若干条路径。然而，正是因为两个节点之间的路径较多，所以显得冗余非常高。一般情况下，路由功能的实现，是网状网络构建过程中所遵循的一个重要原则，此种有助于网络层找到最佳的信息传递路径，事实上属于一种多信道通信。树状拓扑结构主要由以下三个部分组成：

（1）中心协调器；

（2）路由节点；

（3）终端节点。

在实际应用过程中，连接路由节点和终端节点的功能是该结构的主要功能。在路由节点成为中心协调器子节点的情况下，这一结构会借助一系列的终端节点与路由节点相连。终端节点不能涵盖自身的子节点，但路由节点与中心协调器可以涵盖自身的子节点。在树状拓扑结构中，各个节点只具备一种功能，就是实现子节点与父节点之间的通讯。在这样的情况下，如果要将一个节点中的数据传输到另一个节点，这种树状结构会让信息顺着树的路径进行输送。网络覆盖范围大是这一网络结构的主要特点。由于信息路由通道在该系统中存在单一性，随着网络覆盖范围增加，信息的传输时延也会有所增加，并且时间同步也会越来越繁琐。

3 ZigBee网络路由协议的性能

3.1 路由协议的基本思想

低成本、低功效和高可靠性是ZigBee网络路由协议的主要设计目标。树路由和按需距离矢量路由相结合的路由算法的构建，为上述目标的实现提供了帮助。在对ZigBee网络中使用的AODVjr与自组网中所应用的AODV协议进行对比分析以后，我们可以发现，AODVjr可以被看作是AODV的一种简化版本。在ZigBee网络中，节点之间存在一种类似于父子关系的从属关系。在依托路由算法进行路径选择的过程中，节点会在接收到分组信息以后对信息进行判断，如果发现其中的内容与自己无关，会把该信息传送给其父节点或其他子节点。为了对路由效率进行进一步的提升，AODVjr也会为一些具备路由功能的节点搜寻路由，也就是说，在传输信息的过程中，在不遵从父子从属关系的情况下，通过直接传递的方式将信息传送到其通信范围内的其他具备同样功能的节点的措施，是一些具备路由功能的节点进行信息传输的主要措施，而针对那些不具备路由功能的节点，则只能借助树路由来对控制分组与数据分组进行传输。

3.2 ZigBee的路由过程

在zigBee网络路由协议中，节点既具备路由表能力，又具有路由发现表能力，表1所示的内容为路由发现表的格式

从阶段网络层的数据帧获取情况来看，在网络层从更高层接受数据帧的情况下，广播发送是节点进行数据传送的主要方式。在接收节点为路由器或协调器的情况下，如果数据帧的目的节点是该节点的子节点，这一数据帧会被直接传送到目的地址之中。如果网络层接收的是来自低层的数据帧，数据帧的目的节点成为了系统对数据帧的发送方式进行确定的主要方式。在对一些具备路由功能的节点进行确定的过程中，系统会对目的地址在路由表中的地址加以核查，在节点目的地址的路由条目不确定的情况下，首先针对数据帧头系统需要对帧控制域中的路由发现标志进行核查，如果路由发现标志值为0，或者此节点缺少路由功能，则可采取树路由的方式传输数据帧；倘若该发现路由标志值为1，则该节点可根据路由发现的发起方式及条件来发起路由发现。针对目的地址的路由条目明确的节点，必须借助已有路由表条目进行路由传输。

如果网络层接收到来源于低层的数据帧，则是否需要转发该数据帧主要取决于该数据帧的目的节点是否是本地节点。在终端设备成为目的节点以后，设备在应用过程中出现的休眠问题会给信息的传输效率带来不利的影响。间接传递方式的应用，就成为了对休眠效应的不利影响进行规避的有效方式。数据帧头中的Discover Route字段决定着如何选取ZigBee网络层的具体路由方法。

3.3 路由选择

在节点的职能定义和工作状态存在一定差异性的情况下，路由策略选择就成为了zigBee网络路由协议性能的一种表现。路由选择策略主要由以下几种策略组成。

（1）抑制路由发现，这一性能是建立在已经存在的路由表基础之上的；

（2）使能路由的发现，即路由表中存在该路由地址，则按路由表执行，否则路由器进行初始化路由发现处理。如果路由表中的节点不具备初始路由的发现能力，系统会对树形路由进行运用；

（3）强制路由发现功能，在这一功能的作用下，不论相应的路由表是否存在，节点都会在对AODVjr路由算法进行强制应用的情况下进行初始化路由发现。可以说，数据驱动思想是与数据的传输种类和传输需要之间存在着一定的联系；

（4）树路由发现功能，即只应用树状路由方式发起路由发现，且不遵从现有的路由表。所谓的数据驱动思想就是指针对不同类型及需求的数据传递，可以采取多种路由方式。如果需要传递大量的数据，那么可以对使能路由发现功能加以选取，发现并构建最佳路径。如果需要传递控制数据或突发型数据，则可以对树路由发现功能与抑制路由发现功能加以选取，这两种路由发现功能能够实现快速响应，而且不需要构建路由表。如果需要更新路由表内的信息，那么可以对强制路由发现功能加以选取，以此来对路由表进行更新，对路由表加以重新构建。

4 结论

ZigBee结束对进场通信市场所表现出的低成本、低速率和低功耗的问题进行了有效解决。这一技术的应用，对低端无线传感器和控制网络设计的优化有着一定的促进作用。ZigBee通过结合ZigBee规范与IEEE802.15.4标准，可以有效的实现数以万计的微波传感器之间进行协同通信。在当下ZigBee快速发展、不断优化的新时代下，ZigBee技术势必会为无线接入技术领域注入全新的活力，必将使人们的生活模式及工作模式发生翻天覆地的改变，促进社会以及经济建设更快、更好地发展。

参考文献

[1]张习胜.ZigBee无线网络协议的路由算法分析与实现[J].电子元器件应用，2023（07）：53-56.

[2]关学忠，张新城，孟伸伸.基于ZigBee技术的无线传感器网络路由算法的性能分析[J].自动化技术与应用，2023（03）：36-39.

作者简介

李玉林（1981-），男，湖南省永兴县人。硕士学位。现为湖南机电职业技术学院讲师。主要研究方向为计算机网络管理。

zigbee协议范文第2篇

关键词 IPV6;ZigBee;无线传感网;虚拟IPv6网

中图分类号TP311文献标识码 A文章编号 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

无线传感器网(wireless sensor network WSN)是微电子机械系统、计算机、通信、自动控制和人工智能的交叉发展的结果,它由:传感器节点(Sensornode)、汇聚节点(sinknode)和管理器节点3部分组成,用于对无人值守的监控区域的测控。传感节点监测数据并以多跳的方式通过路由节点把这些数据传送给汇聚节点。汇聚节点通过Internet或通信卫星与任务管理器节点(如手机、计算机等)进行通信[1]。

ZigBee协议是由ZigBee联盟制定的近几年发展起来的一种近距离无线通信技术,它功率低、成本低,以2.4GHz为主要频段,广泛应用于无线传感网[2]。

IPv6是IPv4的升级版本,是下一代互联网络的核心,它把IP地址长度由32位增加到128位,彻底解决了IPv4的地址短缺问题,同时它还具有地址自动配置,服务质量控制等多方面的优点[3]。

本文旨在设计一个基于ZigBee技术的无线传感网与IPv6网的嵌入式协议转换网关,进行ZigBee与IPv6的协议转换,使传感器将传感数据能在这两种不同的网络中进行传输。具体模型为:当有传感数据时,传感节点通过ZigBee协议把传感数据封装成的ZigBee分组格式,通过传感路由算法到达该传感网的协议转换网关,协议转换网关在接到ZigBee分组后,把传感数据提取出来,交给IPv6协议栈,IPv6协议栈再通过以太网发给IPv6网络。反之,IPv6网络通过相反的方向将控制和配置数据发送给传感节点。在这个过程中主要解决的问题有:1)把无线传感网虚拟成IPv6网,使外部网络能通过IPv6协议对传感接点进行配置和数据传送;2)协议转换模型的设计,传感数据的在ZigBee协议和IPv6协议中如何实现转换;3)安全思想设计,无线传感网部署在无人监守区域,而且有广播特性,容易遭受攻击,需要可靠的安全设计。

1 无线传感网虚拟IPv6网

无线传感网的传感节点不具有IP地址,只有一个节点ID,要将无线传感网与IPv6网通信,我们必须将无线传感网中的传感节点与一个IPv6地址对应,外部网络使用这个IPv6地址与该传感节点通信,因此在外部来看,我们把传感节点虚拟成一个IPv6节点,如果我们把一个无线传感网的中的每个节点都进行虚拟,就可以把传感网虚拟成一个虚拟的IPv6网,在这个虚拟的IPv6网中,每个节点都有一个IPv6地址与外部IPv6网通信,但是在实际网络中还是使用节点ID进行分组传送。因此,在无线传感网与IPv6网之间的网关要进行一个虚拟,在转换网关内部,维持一个传感节点IPv6地址与传感节点内部节点ID的转换表,当收到IPv6网发给内部节点对应的虚拟IPv6节点时,在转换网关内部需要找到和虚拟IPv6地址对应的内部节点ID,并用这个ID进行传感网数据传送[4]。

如图1所示A是IPv6通信节点,对传感网发送配置和控制数据分组,实现对传感网的控制,B为IPv6网与传感网的转换网关,主要进行IPv6地址与传感节点内部ID转换,分组格式转换等,C为与A进行通信的传感节点,它用节点ID和其他传感节点进行通信,在网关里,它被虚拟分配一个IPv6地址,D为与C对应的虚拟节点,在网关里,C节点被虚拟成D这个IPv6节点,D的IPv6地址和C的传感节点ID是唯一对应的。当A发送配置或控制数据到传感节点C,转换网关B提取出目标IPv6地址,发现是D,然后在地址转换表里找到D的IPv6地址对应的节点ID,利用这个节点ID重新组合成新的传感网报文分组,并发给C,C在收到报文分组后进行相应的动作。

不足之处主要包括:WSN的大规模组网需要多个网关的参与,网关的存在使得WSN对移动性的支持不足等。

2 协议转换模型

网关要进行ZigBee协议和IPv6协议的转换,必须分成两部分,一个是用于与IPv6网进行通信的IPv6协议栈,另一个是用于与传感网进行通信的ZigBee传感网协议栈,如图2所示,与传感网通信的协议栈由物理层(PHY),安全层(SL),数据处理层(DPL),数据封装层(DEL)组成。各层功能如下:数据封装层的交互对象是IPv6协议栈的应用进程,完成的功能是IPv6协议栈与ZigBee无线传感协议栈的应用层的数据接受、应答,以及由下层协议和上层应用程序发送过来的查询数据和应用数据的封装;数据处理层(DPL)是最复杂的层,它要完成传感网内部数据的融合,根据传感信息数据进行信息的更新、转换,然后再根据自己的转发策略进行转发,在这一层主要的数据结构是节点信息列表和地址转换信息表,节点信息列表记录了当前传感网络个节点的信息状态和路由信息,给传感数据的转发提供基本参考数据,地址列表记录了每个传感节点的节点ID和虚拟IPv6地址的对应信息,发往虚拟IPv6地址的报文都要在地址列表中找到对应节点ID才能在无线传感网中传输;安全层(SL)主要是解决网络层的汇聚节点攻击、链路层的碰撞攻击、物理层的拥塞攻击、以及传输层的洪泛攻击等常用网络攻击手段,在安全层,对接入的用户要进行认证,认证通过后才能收发数据,如果重复大量发数据则会被限制。当数据通过安全层的合法认证后才能交给上层协议进行处理。在图2中传感节点产生传感数据,形成WSN分组,发给转换网关,在协议转换网关,WSN数据经过安全层的人证,然后在数据处理层经过信息分析后交给数据封装层,封装层对数据进行封装处理后交给IPv6协议栈的应用层,应用层把数据封装成TCP数据段后交给网络层,网络层把数据段封装上IPv6头,形成IPv6报文并叫给链路层封装,链路层再交给物理层进行具体发送,发送给外部IPv6网络[5]。在另外一个方向上,协议转换网关收到外部IPv6网络的IP数据包后,交给传输层,传输层交给应用层,应用层交ZigBee协议栈,在ZigBee协议栈里,首先提取出数据,然后交数据处理层,在数据处理层里找到虚拟IPv6地址对应的节点ID,选择好转发策略,最后交给安全层,安全层通过安全认证后交物理层发送。最终将数据传给传感节点。

3 面向安全的设计思想

无线传感网部署的时候都是部署在一些人不能到达的特殊地方,容易被人破坏,而且传感节点是使用无线传输容易被别人截获,容易被别人截获信号,并进行数据篡改和恶意攻击,使整个网络瘫痪或者能量耗尽。因此,无线传感协议的安全设计非常重要,本课题中对几种常见的攻击手法给出了应对措施,WSN拒绝服务攻击,有些攻击者只要掌握了查询分组的格式就可向传感网发送大量匿名查询分组,使节点忙于应付查询,从而达到耗尽网络带宽和传感器能量的目的,对这样的攻击,在协议转换网关的安全层加入认证机制,只允许认证用户建立对等连接,不允许外部的匿名连接。如果采用匿名连接可以考虑查询分组流量控制策略,对于频繁请求的匿名连接不进行处理,对同一个地址发送的多次查询请求也不进行处理。

4 结论

IPv6技术和ZigBee技术是这几年发展起来的,给互联网和传感网带来革命性的变化,将两者结合进行协议转换是本课题的创新点。在测试中我们使用10个压力传感节点来构建一个无线传感网,网关无线通信模块采用射频芯片CC2430。处理器模块采用8051单片机,进行系统的整体控制与协议转换。与计算机的接口采用以太网(802.3) 。软件方面移植一个嵌入式操作系统uC/OS-II,用于系统任务调度和进程通信等操作系统功能。在测试中,我们通过PC机通过IPv6网向网关发送组网命令后,10个节点都能加入传感网,并能进行相互通信。系统运行后能准确获取来自10节点的压力传感数据。由此证明本文所提设计思想可以在实际生产中进行应用,并具有良好的市场前景。

参考文献

[1]K.Akkaya and M.Younis.A Survey of Routing Protocolsin Wireless Sensor Networks[J].Elsevier Ad Hoc Network Joumal,2005,3(3):325-349.

[2]W.Heinzelman,j.Kulik,and H,Balakrishnan.Adaptive Protocols for Information Dissemination in Wireless Sensor Networks.Proceedings of ACM International Conference of Mobile Computing and Networking.1999::174- 185.

[3]C.Intanagonwiwat,R.Govindan,and D.Estrin.Directed difusion:A Scalable and Robust Communication Paradgm for Sensor Networks.Proceedings of ACM International Conference of Mobile Computing and Networking,2000:56-67.

zigbee协议范文第3篇

关键词：ZigBee协议; 光伏发电; 智能防盗; GSM网络

中图分类号：TN911-34 文献标识码：A 文章编号：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

基金项目：教育部资助的郑州大学“大学生创新性实验计划”立项项目:光伏红外远程家庭智能防盗系统

随着社会的发展和人民生活水平的提高，人们对于生活环境的安全性要求日益提高。安全可靠的报警系统已经开始进入商场、店铺、银行等重要单位或公共场合，甚至有些家庭也安装了报警系统。报警系统在保障公共、个人财产安全的同时，其性能之好坏也愈发显得重要。目前市场上的热释电红外报警系统功能较为单一，不能更好地起到安全防护的作用，不能更好地应付诸如断电等突况。本文介绍的光伏红外远程报警系统把光伏电源与家用电源相结合、报警与录像监控相结合，再加上ZigBee 无线热点传输技术，不仅拥有了比普通报警器更强的反破坏能力，还有环保低碳的特点。

1 总体设计方案

光伏红外远程报警系统总体设计图如图1所示。

1.1 电源提供模块

(1) 光伏电源为各个无线设备提供电力，为有线设备提供辅助电力。

(2) 家用电源连接变压装置以及蓄电池构成供电电源。

1.2 红外传感模块

无线热释电红外传感器利用菲涅尔透镜以提高传感器的灵敏度，并使传感器的检测范围具有指向性，并连接到红外传感信号处理电路，再接到报警控制主机的数字接口。无线传感器固定在隐蔽位置，和光伏电源蓄电池相连，通过无线通信芯片将信号传到主控机上。多个红外线应装置组成一个红外线感应网络，通过无线传感网络程序综合处理外界信号。

1.3 GSM模块

模块采用无线拨号传输模块，由报警控制主机通过RS 232串口连接手机拨号器，按预定程序拨出用户手机号码。

1.4 录像与报警存储模块

摄像机大容量硬盘存储的嵌入式监控DVR模块，里面可以配置大容量硬盘作为前端存储介质,实现超长时长监控。多个摄像头存储图像真实性好，保留全部录像信息。为实现弱电控制强电，当报警控制主机发出信号时，通过继电器开关控制DVR模块,摄像头自动开启或关闭录像。当系统工作时，报警控制主机会发出指令使警铃报警，LED指示灯同时亮红灯；当系统休眠时，警铃不报警，LED指示灯亮绿灯。

2 电路设计

2.1 主控电路

单片机采用ATMEL公司的AT89S52，它内部集成256 B程序运行空间,8 KB FLASH存储空间，支持最大64 KB外部存储扩展，时钟频率可以设置在0～33 MHz之间，片内资源有4组32个I/O控制端口、3个16位定时器、8个向量两级中断结构、软件设置在低能耗模式、还有看门狗和断电保护等。主控电路如┩2所示。

它在4~5.5 V宽电压范围内正常工作，功耗低，同时还支持计算机并口下载。AT89S52有多种封装，本设计中采用的是DIP-40的封装。

2.2 光伏发电与家庭供电接口电路

主机采用太阳能电池和家用220 V电源的双供电方式。当有家用电时，通过直流低压继电器巧妙断开太阳能电池；当家用电断开时，太阳能电池充当电源。

太阳能电池通过太阳能智能充电器连接太阳能板，充电器在阳光充足时为电池充电，充满电池时自动断开充电。在充足太阳是充电电流能达到1 A以上,完全满足电路需要。

2.3 GSM网络接入电路

本系统使用的是西门子公司的TC35系列GSM芯片TC35i与GSM2/2兼容、双频(GSM900/GSM1800)、RS 232数据接口，TC35i由供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口等六部分组成。该模块及射频电路和基带与一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输。

2.4 ZigBee协议无线通信电路(从片)

从片电路主要基于2.4 GHz双向无线传输模块JF24C。该模块以较小的体积实现了告诉数据传输功能，速率最高可达1 Mb/s，并具有快速跳频，向前纠错，CRC等功能。通过控器的信号，将信息通过电磁波的形式发射出去，临近的芯片控制相应的JF24CJ进行数据的接收，从而实现信息的传递。ZigBee电路设计模块如图3所示。

2.5 电源电路及报警、录像监控电路

光伏电源和录像监控控制电路如图4所示。

报警电路采用一个简单高效的三极管放大电路，连接蜂鸣器或者可以选用大功率100 dB以上的报警铃。录像监控电路采用弱电控制强电的直流继电器，线圈端接单片机，直流电流端接DVR。

3 软件设计

4 实验结果

在室内模拟了该装置的工作环境，太阳能电池板暴露在室外(温度24 ℃)14时阳光直射下，采用三个从片相互协调实现信号检测与数据传输功能。

将蓄电池接到室内电源插座上，打开主控制器开关，LED界面显示“welcome to zzu”英文字符，报警电话号码(1503819****)设定完毕后，直接转入工作模式。当靠近从片1约3.5 m时，从片1发出报警信号并发送到最近的从片2，从片2检测到报警信号后又转发到主机上。当主机接收到报警信号后，显示器显示出“TERMINAL 1”字样，并控制GSM模块向1503819****拨打电话。与此同时，报警器发出报警，摄像机实现录像的功能，并将数据存储起来。将蓄电池接到太阳能板上，断开室内电源,重复以上动作，实现了同样功能。经过30次实验，报警成功率为28次，无误报。

5 结 论

经过实地测试，该系统的报警成功率为93%，能够较为准确地实现报警功能。

该系统是ZigBee协议与光伏发电在家庭防盗系统中的一次尝试性的成功应用，预期上述两种技术将在智能家庭领域有更广阔的前景。

参考文献

［1］刘涛.单片机语言C51典型应用设计［M］.北京：人民邮电出版社，2005.

［2］童长飞.C8051F系列单片机开发与C语言编程［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2005.

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［6］张旭鹏，杨胜文，张金玲.太阳能电池发电应用前景分析［J］.21世纪建筑材料，2023(1)：50-52.

［7］罗维平，吴雨川，向阳.避雷装置在光伏并网发电系统中的应用［J］.武汉科技学院学报，2008，21(9)：33-37.

［8］卢鸣，王萍，郭艳.多路热释电红外智能检测报警装置［J］.微处理机，2006，27(6)：107-109.

［9］杨波，张兴敢.基于PIC单片机的被动式红外报警系统的设计［J］.电子测量技术，2008，31(1):53-55.

作者简介：

柴维路 男,1989年出生，河南浚县人。主要研究方向为机器人智能小车。

zigbee协议范文第4篇

关键词：无线传感网络（wsn）；传感器；ZigBee；设计

一、概述

（一）WSN简介。无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，在工业、农业、军事、环境、医疗，数字家庭，绿色节能，智慧交通等传统和新兴领域有具有巨大的运用价值，无线传感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。

（二）Zigbee WSN。 ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。作为无线传感网的一种最常见的类型，ZigBee wsn是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。

二、Zigbee无线传感网络的特点

（1） 低功耗： 由于ZigBee的传输速率低，发射功率仅为1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee设备非常省电。（2） 成本低： ZigBee模块的初始成本在6美元左右，估计很快就能降到1.5―2.5美元， 并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。（3） 时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延30ms，休眠激活的时延是15ms， 活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制应用。（4） 网络容量大： 一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络， 而且网络组成灵活。（5） 可靠：采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。（6） 安全： ZigBee提供了基于循环冗余校验（CRC）的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证， 采用了AES-128的加密算法，各个应用可以灵活确定其安全属性。

三、Zigbee无线传感网络的设计

（一）设计难点。 （1）通讯距离问题，由于一般的ZigBee前端RF部分输出大部分只有0DBM，点对点开阔地带实际通讯距离只有几十米，如果加上环境和阻挡因数，通讯距离还会缩水。（2）ZigBee芯片工作在2.4GHZ和900MHZ的高频率，硬件设计不可能绕开高频设计和调试，需要的高频设备如频谱分析仪等，价格较高，也构成了一定技术门槛。（3）为了实时处理复杂的无线网络管理和路由，ZigBee软件协议栈代码比较复杂，同时涉及比较多的无线技术知识背景，掌握这些无线软件需要比较多的时间，加上协议栈在不断升级，使用的微控制器也在不断变化中，也加长了开发和调试周期。

这些设计难点，很多厂家已经推出了各种比较完整的解决方案：对于ZIGBEE通讯距离的扩展，目前采用外部扩展和内部增加放大器两套办法，TI最近推出的CC2591放大器芯片， CC2591能够和CC2430等ZigBee单芯片完整结合，实现ZIGBEE通讯距离的扩展，点对点通讯距离可以轻易达到600米以上，通过ZigBee自动中继路由，可以实现微功耗下数十公里的无线通信。

随着大量模块化产品的出现，解决了第二个应用难点，这些模块只有大约1平方英寸大小，用电池供电，易于集成到用户系统中。用户从模块入手，完全避免的高频设计和调试的问题，可以将主要精力集中到应用系统设计。另外，目前的模块在出厂时也配备了一套ZigBee串口通讯协议，这套协议将复杂的ZigBee应用，转换为简单的，具有ZigBee网络功能的AT命令集，用户只要会串口编程，无需要深入研究ZigBee协议栈，就可以轻松使用ZigBee技术。这样就解决了第三个主要的技术难点。

（二） ZigBee应用系统设计的层次。 （1）系统集成，在这个层次，主要是要掌握ZigBee技术的应用特征，例如系统可靠性和网络可靠性，通讯距离，抗干扰性能，低功耗性能等，使用标准产品和评估系统进行是比较好的进入点。优点：入门需要的时间短，几个小时或几天。缺点：系统灵活性可能不够，成本稍微高一些。 （2）采用模块和自己的单片机系统组合设计，这要求对单片机技术比较熟悉，当然最好是采用自己熟悉的单片机，主要工作是熟悉ZigBee AT命令集，如何通过AT命令集来操作复杂ZigBee无线网络，由于不需要分析无线协议栈代码和进行高频设计，用户可以将主要精力集中在自己的应用代码开发。优点：入门时间是一星期或更短。缺点：需要在模块后面，加上自己的微控制器，成本稍有增加。（3）采用模块或者直接使用ZigBee芯片进行自己的ZigBee应用系统设计。如果不希望进行高频设计，可以从模块开始，直接使用TI等公司提供的

zigbee协议范文第5篇

关键词 ZigBee 传输频率 功耗 传输距离

近些年来无线通信技术得到了飞速发展，目前主要的无线通信技术包括ZigBee、红外、蓝牙和Wi-Fi等。其中红外技术是发展时间比较长的传统无线通信技术之一，具有成本低廉、方便操作和易于实现等特点，但红外容易在传播过程中被障碍物遮挡，并且红外技术只能进行单点连接，不能多点组网；蓝牙技术目前的应用比较广泛，市面上常见蓝牙耳机、鼠标等产品，但是由于蓝牙技术的协议比较复杂，能耗又相对较高，使得蓝牙技术的发展受到了极大的限制；Wi-Fi技术凭借其传输速度快，稳定性高的特点近些年备受关注，但该技术也具有能耗大，成本高，保密性能不好等缺点；ZigBee技术是基于IEEE802.15.4无线标准进行研发的一种短距离、低功耗、低数据传输速率、低复杂度、低成本的p向无线通信技术，ZigBee技术的经济、高效、可靠等特点使得该技术在无线通信技术领域的应用前景极为广阔。ZigBee、红外、蓝牙、Wi-Fi、移动网络技术的特性比较如表1所示。

1 ZigBee技术简介

ZigBee技术是一种近年来兴起的的短距离、低速率、低功耗的双向无线通信技术。ZigBee的名字来源于蜜蜂，当蜜蜂发现食物后，会通过跳“Z”字形的舞蹈来向同伴传递食物位置和方向等信息。由于蜜蜂体积小，所需能量小，能传输信息等特点与该技术特点相吻合，所以人们将该技术命名为ZigBee。

ZigBee技术的特点是近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备，是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制而制定的。

2 ZigBee技术的特点

2.1低功耗

ZigBee技术的传输速率低，传输数据量小，信号收发时间短，并且在非工作状态下处于自动休眠模式，所以ZigBee节点的功耗非常低。由于电池种类、网络容量和应用场合等条件的不同，电池的使用时间也不相同，通常情况下ZigBee节点在两节5号干电池供电的情况下可工作6个月到2年，而使用碱性电池则可以工作数年，对于某些长时间处于休眠模式的工作，电池寿命甚至可以超过10年。

2.2高可靠度

ZigBee技术在媒体接入控制层（MAC层）采用了talk-when-ready碰撞避免机制，这是一种完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息，如果没有收到确认信息则再传一次。同时为需要固定带宽的通信业务预留专用时隙，避免了数据发送时的竞争和冲突，有效地提高了系统信息传输的可靠性。

2.3大网络容量

单个ZigBee网络中最多可同时搭载255个设备，包括一个主设备（Master）和254个从设备（Slave），并且在同一地点最多可以有100个ZigBee网络同时工作。如果使用Network Coordinator可使整个ZigBee网络同时搭载65000个节点，而且Network Coordinator相互之间可以进行连接，这样将使网络中同时存在数量极多的传感器节点。比如ZigBee2006版的协议栈就能够容纳3万多个节点。

2.4低成本

ZigBee技术的协议栈设计简练，所以研发和生产成本相对较低，并且ZigBee协议是免专利费的，ZigBee模块的初始成本大约在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技术提供了基于循环冗余码校验（CRC）的数据完整性检查和鉴权功能，并采用AES-128加密算法，各应用可以灵活的确定其安全属性，使得网络安全性得到了较高的保证。

2.6短时延

ZigBee技术对通信时延以及系统唤醒时延等问题也做出了处理。系统唤醒时延一般为15ms，网络搭建时延一般为30ms，移动设备加入网络时延为15ms。

3 ZigBee协议架构

为了使不同种类的ZigBee设备能够在同一个无线网络中协同工作，我们必须首先对节点间的通信规则进行定义，也就是规定ZigBee协议栈。ZigBee技术最为重要的核心就是ZigBee/802.15.4C51源代码，这些源代码长达几万行，它们与ZigBee无线单片机的内核相互配合来进行收发及校验数据包、路由计算和网络拓扑控制等任务。目前已经有TI、Freescale、Microchip等多家公司着手于研发基于本公司的ZigBee芯片的协议栈。ZigBee协议架构主要由物理层（PHY）、媒体接入控制层（MAC）、网络/安全层以及应用框架层组成，其体系结构通常是由层来量化各个简化标准的，每一层除完成规定任务外还要向上层提供服务。

参考文献