ZigBee技術(shù)及應用

SN1009-304E-mail: info@@dnzs net cnComputer Knowledge and Technology電腦知識與技術(shù)http://www.dnzs.net.cnVol 10. No 22. August 2014Tel:+86-551-6569096365690964Zig Bee技術(shù)及應用韓嘯(西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院,陜西西安710072)摘要:該文介紹了 Zigbee技術(shù)特點(diǎn)及其優(yōu)勢,分析說(shuō)明了 ZigBee協(xié)議棧及 ZigBee自組織網(wǎng)絡(luò )通信方式,最后展望了zigBee技術(shù)的應用前景關(guān)鍵詞: ZigBee;協(xié)議棧;傳感網(wǎng);無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)中圖分類(lèi)號:TP393文獻標識碼:A文章編號:100930442014)22-5180-02ZigBee Technology and Its ApplicationHAN XIao(School of Automation, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China)Abstract: This paper introduces the technical characteristics of ZigBee and its technical advantages, and in the meantime illuminates the protocol stack of ZigBee and its self-organizing network communication mode. In the end, this paper gives an prospectKey words: ZigBee; protocol stack; sensor network; wireless personal area network1概述傳感網(wǎng)絡(luò )通信發(fā)展所經(jīng)歷的幾個(gè)階段和對應的模式分別是:1)自動(dòng)控制:計算機+智能器件;2)傳感網(wǎng):網(wǎng)絡(luò )+傳感器3) Zigbee:網(wǎng)絡(luò )+傳感器+通信協(xié)議,是一種無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)。多信道的無(wú)線(xiàn)通信裝置+微控制器,集成在芯片上封裝。具體就是8位微處理器與射頻收發(fā)模塊封裝,接上電阻、電容、晶振,加上A/D、DA、VO接口和控制電路,(也有把這些器件都封裝在一起的),再加上相應的無(wú)線(xiàn)通信(協(xié)議棧)和開(kāi)發(fā)的應用軟件。這際上是一種智能控制節點(diǎn),也就是無(wú)線(xiàn)傳感器的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)"。WPAN技術(shù)有3種主要公開(kāi)的標準,即藍牙、 WiMedia與 ZigBee l此3種wPAN標準分別相當于IEEE802.151、IEEE802.153a與IEE802.154。目前藍牙標準主要應用于短距離無(wú)線(xiàn)語(yǔ)音傳輸;WiMedia主要應用方向為短距離無(wú)線(xiàn)多媒體傳輸;而 ZigBee較適用于低耗電與低數據量的的短距離無(wú)線(xiàn)傳輸。(IEEE,即 Instituteof electrical and electronics engineers,電氣和電子工程師協(xié)會(huì ))2 Zigbee協(xié)議棧Zigbee協(xié)議棧的體系結構模型如下表1所示。表1 ZigBee協(xié)議棧的體系結構模型Zigbee應用層Zigbee網(wǎng)絡(luò )層802154MAC層zie聯(lián)盟IEEE80215.4802.154IEEE802.15.4868/915 MHZ PHY層24 GMHz PHY層Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的實(shí)現,是建立在 Zigbee協(xié)議棧的基礎上的,協(xié)議棧采用分層的結構協(xié)議分層的目的是為了使各層相對獨立,每一層都提供一些服務(wù),服務(wù)由協(xié)議定義,程序員只需關(guān)心與他的工作直接相關(guān)的那些層的協(xié)議,它們向高層提供服務(wù),并由低層提供服務(wù)。在 Zigbee協(xié)議棧中,PHY、MAC層位于最低層,且與硬件相關(guān);NWK、APS,APL層以及安全層建立在PHY和MAC層之上,并且完全與硬件無(wú)關(guān)。分層的結構脈絡(luò )清晰、一目了然,給設計和調試帶來(lái)極大的方便。 Zigbee自組織網(wǎng)絡(luò )通信方式,指的就是動(dòng)態(tài)路由。 Zigbee網(wǎng)絡(luò )層主要支持兩種路由算法":樹(shù)路由和網(wǎng)狀網(wǎng)路由。樹(shù)路由把整個(gè)網(wǎng)絡(luò )看作是以協(xié)調器為根的一棵樹(shù),而H中國煤化工CNMHG稿日期:2014-06-15作者簡(jiǎn)介:韓嘯(1993-),女,西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院,本5180網(wǎng)絡(luò )通訊及安全1m第10卷第22期(2014年8月)Computer Knowledge and Technology電腦知識技術(shù)協(xié)調器的子節點(diǎn)可以是路由器和末端節點(diǎn)。由于 Zigbee z技術(shù)特點(diǎn),它具有的技術(shù)優(yōu)勢有:低功耗、低成本、低速率、近距離、短時(shí)延、高容量、高安全、免執照頻段3 Zigbee技術(shù)的應用前景1)在工業(yè)領(lǐng)域:使得數據的自動(dòng)采集、分析和處理變得更容易。2)在精確農業(yè):農業(yè)將可以逐漸轉向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式。3)在家庭和樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域:未來(lái)的家庭將會(huì )有50-100個(gè)支持 Zigbee的芯片被安裝在電燈開(kāi)關(guān)、煙火檢測器、抄表系統、無(wú)線(xiàn)報警、安保系統、廚房器械中,為實(shí)現遠程控制服務(wù)。4在醫學(xué)領(lǐng)域:將借助于各種傳感器和 Zigbee網(wǎng)絡(luò ),正確而且實(shí)時(shí)地監測病人的血壓體溫和心跳速度等信息。Zigbee技術(shù)的應用除了以上,還有很多方面,比如智能交通、智能建筑、電信、現代物流、消費和家用自動(dòng)化等等4結束語(yǔ)ZigBee技術(shù)在 ZigBee聯(lián)盟和IEE802.154的推動(dòng)下,結合其他無(wú)線(xiàn)技術(shù),可以實(shí)現無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò )。它在工業(yè)、農業(yè)、軍事、環(huán)境、醫療等傳統領(lǐng)域有具有巨大的運用價(jià)值。參考文獻王小強等 Zigbe無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )設計與實(shí)現M]北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2012(6:142-1582]暴建民等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應用導論[M]北京:人民郵電出版社,2011(10:78-943]呂治安, ZigBee l網(wǎng)絡(luò )原理與應用開(kāi)發(fā)[M]北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008(2:168-1754]鐘永峰等 ZigBe無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )[M北京:北京郵電大學(xué)出版社2011(3:126-132(上接第5179頁(yè))Physical Address0005.5E3A.10D6IP Address192.168.1.51Subnet mask255.255255.248Default gateway192.168.1.49DNS ServersPC1和PC7都成功使用DHCP,自動(dòng)完成了相關(guān)網(wǎng)絡(luò )信息的配置在PC1中,使用“ping"命令進(jìn)行與PC7的連接測試,得到如下響應PC>ping17216.0.68Pinging 172 16.0 68 with 32 bytes of datRequest timed outReply from 172. 16.0.68 bytes=32 time=168ms TTL=126Reply from 172. 16.0.68: bytes=32 time=203ms TTL=126Reply from 172. 16.0.68: bytes=32 time=17lms TTL=126Ping statistics for 172.16.0 68:Packets: Sent =4, Received =3, Lost=1(25% loss )Approximate round trip times in milli-secondsMinimum 168ms, Maximum 203ms Average = 180ms通過(guò)ping測試,證明PC7到PC1的連接通暢,通信良好小結本次測試在 Packet tracer環(huán)境下,順利實(shí)現了DHCP協(xié)議的配置,完成了不同網(wǎng)絡(luò )中主機對于PP地址及相關(guān)網(wǎng)絡(luò )參數的自動(dòng)分配,進(jìn)行了作為DHCP服務(wù)器的路由器及相關(guān)路由器的設置,對于網(wǎng)絡(luò )設計的測試、網(wǎng)絡(luò )架構的模擬實(shí)現以及DHCP在教學(xué)與研究中的應用都可以提供很好的借鑒。參考文獻:中國煤化工[1] Droms, R. Dynamic Host Configuration Protocol[J]. RFC 2131, March 1997[2] McPherson, D, and B. Dykes, VLAN Aggregation for Efficient IP Address AllocaticTHiCNMHG[3] Farinacci, D, Li, T, Hanks, S, Meyer, D, and P. Traina. Generic Routing Encapsulation (GRE)JI.RFC 2784, March 20004] Pummill, T. and B. Manning. Variable Length Subnet Table For IPv4[J]. RFC 1878, December 1995網(wǎng)絡(luò )通訊及安全5181