《ZigBee技术概述》课件

技术概述ZigBee是一种低功耗、低速率、短距离无线通信协议，主要用于低成本、低功ZigBee耗的无线网络技术介绍ZigBee低功耗网络连接无线技术使用低功耗设计，延支持星型、树型和网状网络拓ZigBee ZigBee长电池寿命扑结构，实现节点之间的数据通信安全性无线连接协议提供数据加密和认证机制是一种基于无线技术的通信协ZigBee ZigBee，确保网络安全议，不需要布线，方便快捷技术发展历程ZigBee年20001联盟成立ZigBee年20042规范发布ZigBee年20063应用开始普及ZigBee年20104标准发布ZigBee

3.0年20175协议升级ZigBee技术经历了从标准制定到应用推广的漫长过程，不断更新迭代ZigBee技术特点ZigBee低功耗低成本12协议优化了数据传输速率和唤醒机制，延长设备电采用低成本的无线芯片和简单的网络结构，降低了ZigBee ZigBee池寿命设备成本高安全性自组网34支持多种安全机制，例如认证、加密和密钥管理，支持设备自组网，无需中心控制节点，简化网络部ZigBee ZigBee确保网络安全署网络体系结构ZigBee网络体系结构包含多个层次，这些层次共同协作，确保网ZigBee络的可靠性和效率从物理层到应用层，每个层次都定义了具体的协议和规范，用于管理网络中的数据传输和节点之间的通信协议栈结构是网络的关键组成部分，它定义了网络中节点ZigBee之间通信的规则和规范网络拓扑结构ZigBee星型拓扑网状拓扑树型拓扑所有节点直接连接到一个中央协调器，它负节点之间可以相互连接，形成多跳路径，提类似于星型拓扑，但允许节点之间进行数据责数据转发和网络管理高网络的可靠性和覆盖范围转发，形成树状结构设备类型ZigBee协调器路由器负责管理和控制整个网络协调器路由器负责转发数据包，并在网络中建立ZigBee具有唯一的网络地址，负责建立网络、分路由路径路由器连接多个设备，可以充配地址、维护路由信息并控制网络流量当协调器和终端设备之间的桥梁终端设备终端设备是网络中的最终节点，负责接收和发送数据终端设备通常是传感器或执行器，例如温度传感器、灯光开关等协议栈结构ZigBee协议栈由多个层级组成，从下到上依次为物理层、媒体接入控制层、ZigBee网络层、应用层每个层级都负责特定的功能，例如物理层负责信号传输，网络层负责节点间通信，应用层负责用户应用的实现协议栈的层次结构保证了网络的灵活性和可扩展性，方便开发者进行应ZigBee用开发物理层技术传输速率频率范围协议支持和两种传输速率，适用于不使用频段，该频段全球开放使用，适用于ZigBee250kbps40kbps ZigBee

2.4GHz ISM同应用场景各种应用调制技术数据编码物理层采用调制技术，具有较高的频谱利用率物理层采用曼彻斯特编码，可有效提高抗噪声能力ZigBee O-QPSK ZigBee媒体接入控制层媒体接入控制层信道访问控制帧格式管理负责管理无线信道访问，协调节点间通信采用协议，避免冲突，提高网定义数据传输格式，包括报头、数据和校验CSMA/CA络效率等部分网络层寻址与路由数据传输网络层负责节点的寻址和路由，确保数据网络层提供数据包分组、重传、确认等功包在网络中正确传输能，确保可靠的数据传输ZigBee网络层采用逻辑地址，简化网络网络层支持多跳路由，数据包可ZigBee ZigBee管理，支持星型、树型和网状拓扑结构在多个节点之间转发，提高网络覆盖范围应用层应用层概述应用层功能应用层是用户与网络交互应用层负责定义应用数据格式和ZigBee的接口，提供各种应用服务，例传输协议，并为应用开发人员提如数据传输、控制、安全和配置供开发环境和工具等应用层实例智能家居、工业自动化、楼宇自控等领域都使用应用层来实现各种ZigBee应用功能网络搭建流程ZigBee节点初始化1每个节点都需要进行初始化配置包括设置节点类型、网络地址和ZigBee安全参数等网络加入2节点通过扫描网络信道搜索网络协调器，并发送加入请求以加入网络网络配置3协调器负责分配网络地址、设置路由信息，并进行网络参数配置例如，设置网络信道、安全模式、网络拓扑结构等节点通信4节点可以通过网络层进行数据通信数据传输过程中，节点会根据路由信息选择合适的路由路径节点入网机制扫描网络请求加入

1.

2.12节点搜索网络中的其他节点向协调器发送加入网络请ZigBee设备求授权加入配置信息

3.

4.34协调器验证节点身份，并授权协调器分配节点地址、密钥和其加入网络其他配置信息节点寻址方式短地址长地址地址IEEE短地址是网络层使用的位地址，每个节长地址是位地址，用于唯一标识每个节地址是位地址，由分配，用1664IEEE64IEEE点都分配一个唯一的短地址，方便节点之间点，用于节点加入网络和网络安全于节点身份识别和网络管理的通信路由发现技术路由发现路由发现机制ZigBee网络中，节点需要找到最佳路由路径才能与其他节点通信采用基于洪泛的路由发现机制，每个节点会广播一个ZigBee ZigBee“”请求，询问其他节点到目标节点的路径路由发现是设备加入网络后，寻找最佳路由路径的过程路由发现过程会消耗网络资源，所以还支持路由表缓存ZigBee ZigBee“机制，在已知路由的情况下，可以提高路由效率”路由维护机制网络拓扑变化路由表更新路由失效处理网络中，节点加入或离开都会改变路由表记录节点之间的路由信息，定期更新当路由失效，网络会及时发现并寻ZigBee ZigBee网络拓扑路由维护机制会自动检测这些变确保数据传输路径是最优的，提高网络效率找替代路由，确保数据传输的稳定性和可靠化并更新路由表性网络安全机制数据加密身份验证网络隔离网络采用加密算法保节点之间通过密钥交换进行身份验证，防止网络可以设置访问控制列表，限制ZigBee AES-128ZigBee护数据传输，确保数据安全非法节点接入网络节点之间的通信，防止恶意攻击应用领域ZigBee智能家居工业自动化用于控制灯光、温度、在工厂中，用于传感器ZigBee ZigBee安全系统等，提高家居舒适性和网络，实时监控和控制生产流程安全性医疗健康楼宇自控用于无线医疗设备，例用于智能楼宇系统，控ZigBee ZigBee如血糖仪、心率监测器等，实现制照明、空调、安防等，提高楼远程医疗宇的节能效率和管理水平智能家居远程控制场景联动智能家居系统可以远程控制家中通过设定不同的场景，可以实现的电器，如灯光、空调、电视等多个设备的联动控制，比如回家模式、睡眠模式等安全监控节能环保智能家居系统可以提供安防监控智能家居系统可以根据不同的环功能，如门窗感应、视频监控等境情况自动调节设备，例如根据，确保家庭安全室温调节空调温度，从而节约能源工业自动化生产效率提升远程监控与控制数据采集与分析技术可用于构建自动化生产线，控无线网络可以实现对工业设备的远网络可用于采集工业生产中的各种ZigBee ZigBee ZigBee制机器人和设备，提高生产效率和精度程监控和控制，提高生产安全性并降低维护数据，并进行实时分析，为生产决策提供支成本持楼宇自控环境控制安全管理技术可用于控制照明、温度、湿度、通风等环境参数，提实现门禁、监控、报警等安全管理功能，保障建筑安全，提升用户ZigBee供舒适、节能的室内环境体验能源管理信息交互监控和控制楼宇内的能源消耗，优化能耗管理，降低运营成本通过网络，实现楼宇设备之间的信息交互，提升楼宇管理ZigBee效率医疗健康远程医疗个人健康监测利用技术，患者可以通过远程医疗设备收集健康数据可用于开发可穿戴设备和智能医疗设备，持续监测患ZigBee ZigBee，并将数据传输到医生或医疗机构进行诊断和治疗者的生理指标，例如心率、血压和血糖医疗设施管理辅助医疗可用于实现医疗设备的远程监控和管理，提高医疗设可用于开发辅助医疗设备，例如智能轮椅和智能拐杖ZigBee ZigBee备的利用率，并优化医疗设施的运营效率，帮助患者更好地生活和康复照明控制用于控制室内外照明，包括调光、颜色调节和时间控制ZigBee可实现智能照明系统，例如根据时间、光线强度或用户偏好自动调节灯ZigBee光通过控制照明，可以节约能源，并延长灯泡的使用寿命ZigBee能源管理智能电网智能家居用于智能电网的能源管理系统，实现远程监控和控制监测和控制家用电器，降低能耗ZigBee ZigBee帮助优化能源分配，减少能源浪费控制照明，调节温度，优化能源效率ZigBee ZigBee物联网应用智能家居工业自动化适用于家庭自动化，例可用于工厂自动化，例ZigBee ZigBee如灯光控制、温度调节、安全监如设备监控、数据采集、远程控控制医疗健康农业应用可用于远程医疗、健康可用于环境监测、作物ZigBee ZigBee监测、智能医疗设备管理、精准灌溉等农业应用发展趋势ZigBee低功耗和长续航更高的安全性技术不断发展，其低功耗特性更加突出，支持电池供电，网络安全机制不断完善，采用更强的加密算法，防止数据ZigBee ZigBee延长设备使用寿命窃取和攻击新一代标准将进一步优化功耗管理，提升电池续航时间，协议栈增加了安全认证功能，确保数据传输的完整性和可ZigBee ZigBee满足物联网场景需求靠性，增强网络安全保障与其他无线技术的比较ZigBee低功耗、低成本，适用于短距离数据传输，例如智能家居、工业自动化等场景蓝牙主要用于短距离数据传输，例如无线耳机、智能手表等Wi-Fi高带宽、高传输速率，适用于高速数据传输，例如互联网访问、视频通话等蜂窝网络长距离、高带宽，适用于移动通信，例如手机通信、物联网数据传输等LoRa低功耗、长距离，适用于物联网数据传输，例如智能农业、智慧城市等未来展望智能家居集成物联网应用扩展技术创新将与其他智能家居技术深度融合，将继续拓展在物联网领域的应用，技术将持续创新，提高网络性能、ZigBeeZigBeeZigBee提供更完善的智能家居解决方案支持更多类型的设备和场景安全性以及能效。