物联网+ZigBee系统知识简介_zigbee与物联网的关系

什么叫物联网？

物联网是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。英文名为Internet of things(IOT)。

什么叫无线传感网络？

无线传感网络是大规模，无线、自组织、多跳、无分区、无基础设施支持的网络．其中的节点是同构的、成本较低、体积较小，大部分节点不移动，被随意撒布在工作区域，要求网络系统有尽可能长的工作时间。 在通信方式上，虽然可以采用有线、无线、红外和光等多种形式，但一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络使用，为明确起见，一般称无线传感器网络(WSN．Wireless Sensor Network)。

什么是Zigbee？

Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、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。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。

Zigbee与无线传感网络的关系

无线传感网络的无线通信技术可以采用ZigBee技术、蓝牙、Wi-Fi和红外等技术。ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术，是一组基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的组网、安全和应用软件方面的通信技术。

什么是协议栈？

协议栈是指网络中各层协议的总和，其形象的反映了一个网络中文件传输的过程：由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协议。使用最广泛的是英特网协议栈，由上到下的协议分别是：应用层（HTTP，TELNET，DNS，EMAIL等），运输层（TCP，UDP），网络层（IP），链路层（WI-FI，以太网，令牌环，FDDI等），物理层。

ZigBee联盟于2005年公布了第一份ZigBee规范“ZigBee Specification V1.0”。ZigBee协议规范使用了IEEE 802.15.4定义的物理层（PHY）和媒体介质访问层（MAC），并在此基础上定义了网络层（NWK）和应用层（APL）架构。
ZigBee2007/PRO无线传感器网络与ZigBee2006无线传感器网络相比最大区别在于其支持最新ZigBee2007/PRO网络，提供更多更精确传感器(如增加高精度温湿度数字传感器等)，提供更多可扩展接口，提供更大网络支持，速度更快/处理能力更强低功耗微控制器等。

CC2530！

ZigBee的技术特性决定它将是无线传感器网络的最好选择，广泛用于物联网，自动控制和监视等诸多领域。以美国德州仪器TI公司CC2430/CC2530芯片为代表的 Zigbee SOC（System on chip)解决方案在国内高校企业掀起了一股Zigbee技术应用的热潮。CC2430/CC2530集成了51单片机内核，相比于众多的Zigbee芯片，CC2430/CC2530颇受青睐。
ZigBee新一代SOC芯片CC2530是真正的片上系统解决方案，支持IEEE 802.15.4标准/ZigBee/ZigBee RF4CE和能源的应用。拥有庞大的快闪记忆体多达256个字节，CC2530是理想ZigBee专业应用。CC2530结合了一个完全集成的，高性能的RF收发器与一个8051微处理器，8 kB的RAM ，32/64/128/256 KB闪存，以及其他强大的支持功能和外设。
CC2530提供了101dB的链路质量，优秀的接收器灵敏度和健壮的抗干扰性，四种供电模式，多种闪存尺寸，以及一套广泛的外设集 —包括2个USART、12位ADC和21个通用GPIO，以及更多。除了通过优秀的RF性能、选择性和业界标准增强8051MCU内核，支持一般的低功耗无线通信，CC2530还可以配备TI的一个标准兼容或专有的网络协议栈（RemoTI，Z-Stack，或SimpliciTI）来简化开发，使你更快的获得市场。CC2530可以用于的应用包括远程控制、 消费型电子、家庭控制、计量和智能能源、楼宇自动化、医疗以及更多领域。

Z-Stack协议栈！

Z-Stack是在2007年4月，德州仪器推出业界领先的ZigBee协议栈，Z-Stack符合ZigBee 2006规范，支持多种平台，Z-Stack包含了网状网络拓扑的几近于全功能的协议栈，在竞争激烈的ZigBee领域占有很重要地位。配合OSAL完成整个协议栈的运行。

Z-Stack只是ZigBee协议的一种具体的实现，我们要澄清的是ZigBee不仅仅有Z-Stack这一种，也不能把Z-Stack等同于ZigBee协议，现在也有好几个真正开源的ZigBee协议栈，例如：msstatePAN协议栈，freakz协议栈，这些都是ZigBee协议的具体实现，而且是全部真正的开源的，它们的所有源代码我们都可以看到，而Z-Stack中的很多关键的代码是以库文件的形式给出来，也就是我们只能用它们，而看不到它们的具体的实现。其中核心部分的代码都是编译好的，以库文件的形式给出的，比如安全模块，路由模块，和Mesh自组网模块。那些真正开源的ZigBee协议栈没有大的商业公司的支持，开发升级方面，性能方面和TI公司的还是有很大的差距。

IEEE 802.15.4标准！

IEEE 802.15.4是一个低速率无线个人局域网(Low Rate Wireless PersonalArea Networks，LR-WPAN)标准。该标准定义了物理层(PHY)和介质访问控制层(MAC)。这种低速率无线个人局域网的网络结构简单、成本低廉、具有有限的功率和灵活的吞吐量。低速率无线个人局域网的主要目标是实现安装容易、数据传输可靠、短距离通信、极低的成本、合理的电池寿命，并且拥有一个简单而且灵活的通信网络协议。
LR-WPAN网络具有如下特点：
◆ 实现250kb/s，40kb/s，20kb/s三种传输速率。
◆ 支持星型或者点对点两种网络拓扑结构。
◆ 具有16位短地址或者64位扩展地址。
◆ 支持冲突避免载波多路侦听技术(carrier sense multiple access with collision avoidance，CSMA-CA)。
◆ 用于可靠传输的全应答协议。
◆ 低功耗。
◆ 能量检测(Energy Detection，ED)。
◆ 链路质量指示(Link Quality Indication，LQI)。

◆ 在2450MHz频带内定义了16个通道；在915MHz频带内定义了10个通道；在868MHz频带内定义了1个通道。

为了使供应商能够提供最低可能功耗的设备，IEEE(Institute ofElectrical and Electronics Engineers，电气及电子工程师学会)定义了两种不同类型的设备：一种是完整功能设备(full．functional device，FFD)，另一种是简化功能设备(reduced．functional device，RFD)。

Zigbee协议体系结构！

ZigBee协议栈建立在IEEE 802．15 4的PHY层和MAC子层规范之上。它实现了网络层(networklayer，NWK)和应用层(applicationlayer，APL)。在应用层内提供了应用支持子层(application support sub—layer，APS)和ZigBee设备对象(ZigBee Device Object，ZDO)。应用框架中则加入了用户自定义的应用对象
ZigBee的体系结构由称为层的各模块组成。每一层为其上层提供特定的服务：即由数据服务实体提供数据传输服务；管理实体提供所有的其他管理服务。每个服务实体通过相应的服务接入点(SAP)为其上层提供一个接口，每个服务接入点通过服务原语来完成所对应的功能。

物理层PHY

物理层定义了物理无线信道和MAC 子层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。
物理层内容：
1)ZigBee的激活；
2)当前信道的能量检测；
3)接收链路服务质量信息；
4)ZigBee信道接入方式；
5)信道频率选择；
6)数据传输和接收。

媒体访问介质层MAC

MAC层负责处理所有的物理无线信道访问，并产生网络信号、同步信号；支持PAN连接和分离，提供两个对等MAC实体之间可靠的链路。
MAC层功能：
1）网络协调器产生信标；
2）与信标同步；
3）支持PAN(个域网)链路的建立和断开；
4）为设备的安全性提供支持；
5）信道接入方式采用免冲突载波检测多址接入(CSMA-CA)机制；
6）处理和维护保护时隙(GTS)机制；
7）在两个对等的MAC实体之间提供一个可靠的通信链路。

网络层NKW

ZigBee协议栈的核心部分在网络层。网络层主要实现节点加入或离开网络、接收或抛弃其他节点、路由查找及传送数据等功能。

网络层功能：
1)网络发现；
2)网络形成；
3)允许设备连接；
4)路由器初始化；
5)设备同网络连接；
6)直接将设备同网络连接；
7)断开网络连接；
8)重新复位设备；
9)接收机同步；
10)信息库维护。

应用层APL

ZigBee应用层框架包括应用支持层(APS)、ZigBee设备对象(ZDO)和制造商所定义的应用对象。
应用支持层的功能包括：维持绑定表、在绑定的设备之间传送消息。
ZigBee设备对象的功能包括：定义设备在网络中的角色(如ZigBee协调器和终端设备)，发起和响应绑定请求，在网络设备之间建立安全机制。ZigBee设备对象还负责发现网络中的设备，并且决定向他们提供何种应用服务。
ZigBee应用层除了提供一些必要函数以及为网络层提供合适的服务接口外，一个重要的功能是应用者可在这层定义自己的应用对象。

应用程序框架AF

运行在ZigBee协议栈上的应用程序实际上就是厂商自定义的应用对象，并且遵循规范（profile）运行在端点1~ 240上。在ZigBee应用中，提供2种标准服务类型：键值对（KVP）或报文（MSG）

ZigBee设备对象（ZDO）：
ZigBee设备对象(ZDO)的功能包括负责定义网络中设备的角色，如：协调器或者终端设备。还包括对绑定请求的初始化或者响应，在网络设备之间建立安全联系等。实现这些功能，ZDO使用APS层的APSDE-SAP和网络层的NLME-SAP。ZDO是特殊的应用对象，它在端点(entire)0上实现。远程设备通过ZDO请求描述符信息，接收到这些请求时，ZDO会调用配臵对象获取相应描述符值。