zigbee协议【推荐4篇】

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zigbee协议范文【第一篇】

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―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【第二篇】

关键词　ZigBee 无线传感器网络 协议

1　引言

随着网络和通信技术的发展，人们对无线通信的要求也越来越高。短程、低速、廉价的无线通信技术整成为关注的焦点。目前，一种新的无线通信技术引起了人们的关注，这就是所谓的ZigBee技术。ZigBee技术的出现，正好满足了传感器网络低端的、面向控制的、应用简单的专用标准。ZigBee以其高通信效率、低复杂度、低功耗、低速率、低成本、高安全性以及全数字化等诸多优点，使其和无线传感器网络完美的结合在一起。目前，基于ZigBee技术的无线传感器网络的研究和开发已经得到越来越多的关注。

2　ZigBee技术简介

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。

它弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺，其成功的关键在于丰富而便捷的应用。它依据标准，在数千个小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。

ZigBee技术的应用前景被非常看好。ZigBee在未来的几年里将在工业控制、工业无线定位、家庭网络、汽车自动化、楼宇自动化、消费电子、医用设备控制等多个领域具有广泛的应用前景，特别是家庭自动化和工业控制，将成为今后ZigBee的主要应用领域。

3　无线传感器网络的开发设计

基于IEEE标准和ZigBee协议的无线传感器网络由STIM、ZigBee和NCAP三部分组成，在IEEE的结构模型上用无线接口取代了有线的TII接口，通过在STIM和NCAP中嵌入ZigBee模块，采用ZigBee协议实现了STIM和NCAP之间的无线数据传输。

系统硬件总体设计

无线传感器节点执行数据采集、处理和通信等工作。ZigBee技术将终端从器件上分成两类。一类是全功能器件FFD，它拥有足够的存储空间来存放路由信息并且处理能力也相应增强，它承担了网络协调者的功能，可以同网络中的任何设备通信，可存在于任何拓扑结构中。另一类是简化功能器件RFD，它内存较小，功耗低，不能作为网络协调者，只能与FFD通信，实现简单，多用于星型拓扑结构中。全功能器件主要起到网关的作用，而简化功能器件是最基本的传感器节点，用来捕获数据信息并传递给其范围内的网关节点。

整个网络由若干终端设备和监控中心组成，网络采用星型拓扑结构，监控中心由1台计算机和多个协调器组成，协调器是一种实现一组很多ZigBee服务的FFD，负责与所控制的子节点通信、汇集数据和控制或起到通信路由的作用。设备节点可以是FFD或RFD，RFD是最简单的ZigBee节点，只实现一组最少的ZigBee服务。

数据采集模块主要负责监测区域内信息的采集并将各种传感器采集的信号转变为数字信号并送给微处理模块；微处理模块负责控制整个节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理、任务管理等，最主要的是需要实现网络安全可靠的通信协议；无线通信模块负责与其他节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据；电源模块管理单元选通所用到的传感器。通过通用接口实现附加功能与系统核心模块相分离，降低系统复杂性并可根据实际应用添加不同类型的传感器。

系统软件总体设计

ZigBee系统软件的开发是在厂商提供的ZigBee协议栈的基础上进行的，这涉及与传感器的配合以及网络架构等方面的问题。ZigBee协议栈分为有偿和无偿两种。目前世界上最大的两家ZigBee芯片提供商TI和Freescle都推出了符合各自生产的ZigBee芯片的协议栈。

当一个无线传感器网络形成之后，节点一般处于休眠状态。而当某个节点在一个随机时间醒来或被某事件唤醒后，其第一个步骤就是搜索其通信范围内已存在的网络。如果找到网络，本节点将根据所获得的网络信息选定一个父节点并提出入网申请，同时等待父节点的请求响应。此时如果没有找到任何网络，节点将申明自己为PAN网络协调器并建立网络，并作为父节点接收入网申请。当父节点收到一个入网申请后，将根据请求信息作出是否允许加入网络的判断，若允许加入，父节点将发出请求响应并告知子节点。子节点收到请求响应后，将获得父节点分配给它的一个网络地址（也称为短地址）作为网络内唯一的身份标识。至此，节点将成功加入网络。加入网络后，节点将作为协调器广播信标帧，同时接受新节点的入网请求。这样，通过一级一级的短地址分配，传感区域内的所有节点将组成簇树的网络拓扑结构。

簇树结构的无线传感器网络中的所有节点均为FFD。任何一个节点都有建立网络的能力，建立网络的节点及PAN网络协调器对应着无线传感器网络中的网关节点。其它协调器可作为子节点加入网络，并具有加入其他未入网节点的能力，每个节点都具备路由和数据转发功能。在节点入网的过程中，相互通信的一对节点构成父子关系，已经加入网络的节点称为父节点，另一个节点称为它的子节点。

系统测试总体设计

系统测试分为硬件测试和软件测试两种方法。硬件测试包括：射频部分测试、ADC测试、温度传感器测试、UART测试、时钟模式测试、随机数测试、加密解密测试、直接存储测试、电源模式测试、时钟中断测试和外部中断测试等，其中，射频部分测试是最为重要的部分。软件测试是将插上带有射频控制模块的监控设备通过USB接口连接到计算机后，配合使用一些列工具软件实现一台ZigBee数据协议分析仪的功能。

参考文献：

zigbee协议【第三篇】

关键词：家庭网关；SIP方法；XML消息体；ZigBee

中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）09-0025-04

0 引 言

物联网带动了继互联网之后全球信息产业的又一次科技与经济浪潮，智能家居及家庭网络无疑是物联网的热点应用领域。家庭网关是连接公网和家庭内网的喉舌，负责家庭内部设备对公网的访问、交互，用户从公网上对家庭网络访问、控制，以及家庭内部设备的互联等操作。物联网家庭网关需要具备宽带接入、业务识别和控制信息转发等功能。

1 SIP的概念

会话起始协议（Session Initiation Protocol，SIP）是由互联网工程任务组（Internet Engineering Task Force，IETF）于1999年提出的一个基于IP网络实现复杂通信应用的应用层信令协议。

SIP是一个C/S协议，包含用户（User Agent，UA）和网络服务器（Server）两类组件。SIP终端系统上运行的与用户交互的软件称为用户，网络服务器为用户提供注册、认证、鉴权、路由等服务。SIP呼叫建立和SIP会话功能依靠SIP UA及SIP Server实体完成。

SIP协议定义了两种类型的消息：请求和响应。SIP请求包含INVITE、ACK、BYE、CANCEL、OPTIONS、REGISTER等六种基本方法[1]，以及SUBSCRIBE、NOTIFY、PUBLISH等扩展方法[2]。SIP响应包含1xx、2xx、3xx、4xx、5xx、6xx等六类消息。

SIP消息的3个基本部分消息类型、消息头和消息体均可扩充，并且SIP采用基于UTF-8字符集的文本编码形式实现，可十分简便地对消息进行扩展，使之适应各种具体的应用场景。

2 ZigBee技术

ZigBee基于IEEE [3]标准，在众多短距离无线通信协议中，ZigBee技术有以下优势：

（1）成本低，开发相对容易，芯片CC2530的售价不到2美元，且免费提供ZigBee通信协议和开发工具；

（2）能耗低，CC2530正常使用时功率不到1 W；

（3）可靠；

（4）组网方式灵活。

ZigBee技术的唯一缺点是传输速率不高，但也完全能满足物联网家庭网络中的无线感知与监控需要。

3 系统总体架构

图1所示是物联网家庭网络架构。采用ZigBee协议构建家庭网络时，可连接各种传感器、继电器（家电及控制设备）与家庭网关。在ZigBee无线家庭网络中，传感器、继电器担任终端的角色，家庭网关中的ZigBee主控模块担任协调器的角色。家庭网关上集成了ZigBee协调器与SIP Server的功能，能同时实现ZigBee网络协调器功能、SIP与ZigBee协议数据格式的转换功能以及经SIP协议到Internet的访问权。SIP/ZigBee网关按SIP协议规范，ZigBee网络内的各种传感节点及继电器节点设备；家庭成员可通过SIP协议由SIP UA经Internet访问家庭网关，实现对家庭内传感器信息的获取，以及对家庭设备的远程访问和控制。

图1 物联网家庭网络架构

家庭网关的一个重要作用就是实现公网中SIP协议与家庭网络中ZigBee协议与数据格式的转换。本文采用如图2所示的协议模型，图2中，左侧为ZigBee网络协议模型，右侧为SIP协议模型，中部为物联网家庭网关协议模型。

图2 家庭网关协议模型

4 家庭网关的硬件设计

硬件上采用DMATEK的DMA210XP整合平台，整合了ZigBee协调器ZB2530-03模块，两者间采用串换数据。图3所示是本系统家庭网关的硬件设计图。

图3 家庭网关硬件设计

图3中的DMA210XP采用具有先进ARM Cortex A8核心的Samsung S5PV210处理器，该处理器采用先进的 ARM Cortex A8核心，运算速度可达1 GHz，且自带32/32 KB指令一级缓存，512 KB二级缓存。具备128M×8片共1 GB DDR2 SDRAM，512 MB SLC NAND Flash外部内存；另有SD卡接口、MicroSD（T-Flash）卡接口、USB接口、网口、串口、音频接口、CMOS Sensor摄像头接口、CAN总线接口、HDMI接口、GSensor接口等，并有色800×480 in TFT电容式多点触摸液晶屏，达到图形监控与收集资料的应用。

ZigBee协调器ZB2530-03模块由TI公司的核心芯片CC2530 F256及其电路组成。CC2530 F256是用于 IEEE /ZigBee应用的一个片上系统（SoC）解决方案。它以非常低的总的材料成本（约2美元）建立强大的网络节点。CC2530 F256结合了领先的RF收发器的优良性能，具备业界标准的增强型8051 CPU，256 KB可编程闪存，8 KB RAM，低功耗，高接收灵敏度和抗干扰性能，以及许多其他强大的功能，其电路图如图4所示。

5 家庭网关的软件设计

协议栈的实现

本系统采用开源的libosip2、eXosip2来实现SIP UA，并采用开源的OPENSER实现SIP Server。家庭网关采用linux操作系统，SIP Server在linux环境下编译、调试。

采用TI提供的ZStack协议栈[4]实现IEEE /ZigBee协议栈，而采用IAR嵌入式集成开发环境具有在线下载、调试、仿真等功能。

各操作的SIP协议实现

任何访问家庭网关及网络的SIP UA均要向位于家庭网关的SIP Server注册，以获得身份认证及访问权限，注册用RRGISTER方法实现。

为了能实时远程获取家庭网络内各类传感器采集到的监测信息，SIP UA需要向SIP Server订阅家庭网络中事件的变化。当所订阅的事件状态发生变化时，订阅者会接收到来自通告者的通知。订阅用SUBSCRIBE方法实现，通知用NOTIFY方法实现[5]。

SIP UA通过Internet远程控制家电设备的开启或关闭，利用INVITE方法实现。

SIP UA向SIP Server注册

图5所示是SIP UA向家庭网关注册的关系图。其注册步骤如下：

（1）SIP UA发送REGISTER消息到SIP Server。

（2）SIP Server返回40l响应给SIP UA，要求认证。

（3）SIP UA加入认证信息，重新向SIP Server进行注册。

（4）SIP Server检查REGISTER消息参数合法性。若参数合法且正确，则向SIP UA返回200 OK，完成注册；若参数不合法或不正确，则返回403 Forbidden，表明注册失败。

图5 SIP UA向家庭网关注册

注册成功后，SIP UA需要按指定超时时间进行刷新注册，否则SIP Server令其注销。

SIP UA订阅家庭监测信息

图6所示是SIP UA订阅家庭监测信息示意图。该过程可分为两步：其一是SIP UA发送SUBSCRIBE消息给SIP Server订阅远端家庭网络传感节点监测信息；其二是SIP Server检查SUBSCRIBE消息参数的合法性，同时查询该用户是否具有相应的订阅权限，并根据查询结果对SIP UA做200 OK或403 Forbidden回执。

图6 SIP UA订阅家庭监测信息

家庭网络信息和更新

图7所示是家庭网络信息和更新示意图。SIP Server/ZigBee协调器实时汇聚ZigBee网络内各传感节点的采集值，若监测到某订阅的ZigBee传感器感测值有变化，及时构造相应的NOTIFY消息发送给成功订阅该事件的SIP UA。

图7 家庭网络信息和更新

SIP UA远程控制家庭设备

（a）成 功

（b）失 败

图8 SIP UA远程控制家庭设备

图8所示是用 SIP UA远程控制家庭设备的原理图。SIP UA远程控制家庭设备时，SIP UA首先发送INVITE消息给SIP Server，以请求远程控制家庭设备。之后，SIP Server解析INVTIE请求，并向对应的家电设备（继电器）发出控制命令（打开或关闭）。若家电设备正常动作且发回正确应答，则按图8（a）所示信令流程继续本次SIP会话；若家电设备未能正常动作或未发回正确应答，则按图8（b）所示信令流程，由SIP Server向SIP UA回应486 Busy应答，以结束本次SIP会话。

6 SIP XML消息体的设计

在SIP SUBSCRIBE、NOTIFY及INVITE方法的XML消息体中携带与ZigBee家庭网络通信的数据内容。采用XML格式的消息体为管理ZigBee家庭网络提供了高度的灵活性和高效率的实施方法。

用SUBSCRIBE方法设计XML消息体实例

在字段中携带开或关的指令，Y表示开，N表示关；在字段中携带要操控的设备，例如aircon表示空调，curtain表示窗帘。

SIP Server需要完成SIP协议与串口数据格式的双向转换，从串口接收ZigBee主控汇聚的监测信息供SIP上层应用使用，从SIP方法的XML消息体中提取指令转换为串口数据格式，发向ZigBee协调器模块。

7 ZigBee无线通信数据格式设计

在ZigBee家庭网络中，位于家庭网关中的ZigBee协调器负责接收和汇聚各类传感器采集到的监测信息，并将接收到的信息通过串口发往上层SIP应用（ZigBee串口与ZigBee无线数据格式一致），同时将从串口接收到的控制指令发往各继电器（家电）。

协调器接收格式

发送端的传感器格式（byte1～byte10）如图9所示。

图9 发送端的传感器格式图

在图9中，byte1 byte2：传感器端数据发送的固定头，固定为0xFA 0xFB；byte3：数据类型的标识， 0x00为温湿度，0x01为安防，0x02为火焰，0x03为烟雾，0x04表示可燃气体；byte4：传感数据长度（统一为0x04）；byte5～byte8：传感器采集到的具体数据；byte9：保留；byte10：byte1～byte9校验值（相加取低8位）。

协调器发送数据格式

图10 接收端的家电设备（继电器）格式

在图10中，byte1 byte2：协调器端数据发送控制继电器命令的固定头0xFA 0xFB；byte3：协调器端数据发送对象和继电器序号（0x01为发送命令给继电器1端，表示空调；0x02为发送命令给继电器2端，表示电灯；0x03表示发送命令给继电器3端，表示窗帘；0x04为发送命令给继电器4端，表示电饭煲，依此类推……）；byte4：命令长度，固定为0x04；byte5：发送给继电器的命令内容（0x02为关闭，0x01为开启）；byte6～byte9：保留；byte10：byte1～byte9校验值（相加取低8位）。

家电设备（继电器）应答数据格式

本系统的接收端协调器格式（byte1～byte9）如图11所示。

图11 接收端协调器格式

图11中，byte1～byte4表示收到的数据原值返回；byte5～byte8为应答码，固定为0xAA 0xBB 0xCC 0xDD；byte9为byte1～byte8校验值（相加取低8位）。

8 结 语

家庭网关在物联网智能家居网络中具有重要地位，本文从硬件和协议数据格式上对家庭网关进行了设计，通过SIP XML消息体和ZigBee无线通信数据格式的设计，能很好实现家庭网关对协议及数据格式的转换功能，实现基于SIP协议的公网访问基于ZigBee协议的家庭网络。

参 考 文 献

[1] ROSENBERG J， SCHULZRINNE H， CAMARILLO G， et al. SIP： session initiation protocol RFC 3261—Internet Engineering Task Force[R]. []： The Internet Society， 2002.

[2] ROACH A B. RFC3265 session initiation protocol （SIP）—Specific Event Notification[R]. []： The Internet Society， 2002.

zigbee协议【第四篇】

1ZigBee技术简介和协议

技术

ZigBee是一种基于无线标准研制开发的技术标准，IEEE只能对低级的物理层和MAC层协议进行处理，因此，ZigBee联盟能标准化相应的网络协议层和API。完全协议可以直接连接到一个设备的基本节点4k字节、路由器协调器32k字节、Hub协调器的32k字节，由于每个协调器可以连接255个字节，几个协调器就能形成一个网络，因此，不会限制路由传输的数量。为保证便携式设备不会因意外泄漏标识，导致利用网络在传输过程中被其它节点获得信息，ZigBee联盟还开发了安全层。完整的ZigBee协议是由物理层、数据链路层、网络层、应用汇聚层、高层应用规范等组成的，其中ZigBee联盟制定网络层以上的协议，制定物理层和数据链路层标准。应用汇聚层主要负责将不同的应用映射到ZigBee网络中，具有业务发现、设备发现、业务数据流汇聚、安全鉴权等功能；MAC层主要沿用WLAN中标准CSMA/CA方式；在网络层ZigBee联盟可以制定星形、网状及丛集树状等几种形式。ZigBee协议套件十分紧凑，并且结构比较简单，对于硬件的要求比较低，8位微处理器80c51就能符合要求。

协议

协议是ZigBee技术的基础，标准是为低成本、低能耗的设备提供有效范围在10m的低速连接，能用于玩具、库存跟踪等领域。定义了单一的MAC层和多样的物理层，MAC层可以支持多种LLC标准，利用SSCS协议能让LLC标准直接使用MAC层服务；物理层可以分为869/915MHz物理层和物理层两个标准，这两种物理层的数据包格式是相同的，而工作频率、扩频码片长度、调制技术、传输速率等方面存在一定的差异。

2ZigBee技术的特点

ZigBee技术和其他无线网络通信技术相比较，其最大的特点是：

（1）数据传输率低。ZigBee技术的数据传输率很低，每秒传输速率为10k字节-250k字节，只能用于低传输。

（2）功耗少。由于ZigBee技术的传输速率低、传输数据量比较小，因此，在传输过程中信号的收发时间很短；当ZigBee停止工作时，节点会处于休眠状态，使得ZigBee节点的功耗少，十分省电。

（3）安全性高。ZigBee提供有完整的数据检查和鉴权功能，数据在传输过程中提供了三级安全性，并且高级加密标准的对称密码，确保数据能安全的进行传输。

（4）有效范围小。ZigBee技术的有效范围比较小，一般情况下，有效范围在10m-75m，其具体范围根据实际应用模式和发射功率的大小确定。

（5）兼容性。ZigBee技术可以和现有的控制网络标准进行无缝集成，利用网络协调器自动建立网络，通过CSMA/CA方式进行信道接入，不仅保证传递的可靠性，还提供了全握手协议。

3ZigBee的应用

ZigBee是希望建立一种容易布建、低成本、低耗能的无线网络，产品研发初期主要用于工业、企业市场的感应式网络，具有灯光、感应辨识、安全控制等作用，随着科技的快速发展，ZigBee逐渐应用在家庭中。采用ZigBee技术时，需要满足以下任何一种条件：

（1）设备的成本低，传输的数据量比较小；

（2）设备的体积比较小，没有安装比较大的电池模块；

（3）设备只能使用一次性电池，没有充足的电力支持；