毕业论文（设计）Zigbee传感器网络自组织结构研究学生姓名：朱伟指导教师：张妍（讲师）专业名称：通信工程所在学院：信息工程学院2012年6 月目录摘要 (I)Abstract .................................................... I I 第一章前言.. (1)1.1 研究目的和意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 研究内容和方法 (1)第二章ZigBee技术 (2)2.1 Zigbee技术 (2)2.2 Zigbee节能技术探讨 (3)2.3 Zigbee协议栈 (4)2.4 原语概念 (7)2.5 Zigbee网络数据传递机制 (7)第三章Zigbee传感器自组织网络节点通信 (10)3.1 Zigbee自组织网络优点 (10)3.2 Zigbee自组织网络多跳路由通信流程 (10)3.3 通信实现的流程 (15)第四章Zigbee网络组网方案 (17)4.1 组网方案概述 (17)4.2 Zigbee网络拓扑 (17)4.3 Zigbee组网流程 (20)4.4 Zigbee树路由算法 (22)第五章ZigBee传感器自组织网络在机电监测系统中的应用 (26)5.1 基于Zigbee传感器网络的机电监测系统的构建 (26)5.2 Zigbee传感器节点的设计和测量点的选择 (28)5.3 基于Zigbee传感器的机电监控系统自组织网络拓扑结构 (28)5.4 Zigbee传感器节点数据传输流程 (29)第六章结论与建议 (31)致谢 (32)参考文献 (33)摘要由于Zigbee技术具有低功耗、低成本、低速率、近距离和网络容量大等特点，Zigbee技术在近年来得到了快速的发展。
Zigbee网络包含两种功能类型的设备：全功能设备FFD(Full Function Device)和精简功能设备RFD(Reduced Function Device)，支持星状网(Star Network)、树状网(Cluster tree Network)和网状网(Mesh Network)三种网络拓扑结构。
本论文前两章主要介绍了Zigbee技术的概念、由来、特点，并对Zigbee技术协议架构和Zigbee 无线传感网络体系结构进行了较为深入的研究分析。
第三章主要介绍了Zigbee传感器自组织网络节点通信的原理。
第四章从网络拓扑结构、组网算法方面介绍了基于Zigbee技术的运用。
第五章将基于Zigbee传感器自组织网格网络具体应用于机电监测系统中，构建了一个分层分布式监测网络。
关键词：Zigbee，组网方案，组网算法，网格网络AbstractZigbee is developing at a high speed as it has the following key features：low power, low cost，low data rate，short distance and large network capacity．Zigbee network contains 2 kinds of function devices：full function device(FFD) and reduced function device(RFD)，supports 3 kinds of network topology：Star network, Cluster tree network and mesh network．In the first two chapters, this paper has a introduction of the characteristics, the origin and the concept of Zigbee technology ,and has a more in-depth analysis about Zigbee technology architecture and the structure of Zigbee protocol wireless sensor network．In the third chapter ,the node communication of self-organizing Zigbee network is given．In the fourth chapter, it will introduce the application of Zigbee technology based on the network topology and network algorithm．In Chapter five the mesh network technology based on Zigbee will be used in mechanical and electrical specific monitoring system, building a hierarchical distributed monitoring network．Keywords: Zigbee, network topology, network algorithm, mesh network第一章前言1.1 研究目的和意义Zigbee网络具有低成本、低功耗、低速率、近距离、短时延、高容量、高安全及免执照频段等特点。
在短距离、低功耗且传输速率要求不高的各种电子设备之间，完成周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据的传输，比较适合采用Zigbee网络来实现。
Zigbee作为一种如此有生命力的短距离通信技术，根据Zigbee联盟所定义的标准，如果能够实现协议库的封装及模块化，使得协议在不同的硬件平台间，不同的应用系统间的能够便捷移植，是一件非常有意义的事情，这将给我们解决Zigbee实际应用中的问题带来更大的自由度和选择性。
1.2 国内外研究现状Zigbee作为一种新兴的国际标准短距离无线通信协议，协议栈体系结构是基于标准七层开放式系统互联参考模型(OSI)，IEEE802.15.4-2003标准定义了下面的两层：物理层和媒体接入控制子层；网络层、应用汇聚层、应用层由Zigbee联盟制订。
联盟所制订的规范也得到了广泛的应用。
在工业领域，利用传感器和Zigbee网络，使得数据的自动采集、分析和处理变得更加容易。
例如危险化学成分的检测，火警的早期检测和预报。
在农业领域，采用了传感器和Zigbee网络以后，农业将可以逐渐地转向以信息和软件为中心的生产模式，使用更多的自动化、网络化、智能化和远程控制的设备来耕种。
传感器可能收集包括土壤湿度、氮浓度、空气湿度和气压等信息[1]。
这样农民能够及早而且准确地发现问题，从而有助于保持并提高农作物的产量。
消费和家用自动化市场是Zigbee技术最有潜力的市场。
据估测，每个家庭需要100到150个Zigbee设备[2]。
可以联网的家用设备包括电视、录像机、门禁系统、窗户和窗帘、照明设备、空调系统和其他家用电器等。
1.3 研究内容和方法论文结构安排如下：第一章介绍了Zigbee技术概况和目前国内外研究概况。
第二章讲述了Zigbee技术的概念、由来、特点，并对Zigbee技术协议架构和Zigbee无线传感网络体系结构进行了较为深入的研究分析。
第三章主要分析了Zigbee传感器自组织网络节点通信的原理。
第四章从网络拓扑结构、组网算法方面介绍了基于Zigbee技术的运用。
第五章将基于Zigbee传感器自组织网格网络具体应用于机电监测系统中，构建了一个分层分布式监测网络。
第六章结论与建议：对本文工作做出总结，并展望今后的工作。
第二章 ZigBee技术2.1 Zigbee技术2.1.1 Zigbee技术由来现在，有许多的协议标准来定义声音、视频以及PC局域网等领域的数据传输，然而却没有一个协议能适合无线网络中传感和控制设备通信的特定的需求。
传感和控制设备的通信并不需要高的带宽，但是他们要求低的反应时间，非常低的能量消耗，以及大范围的设备分布。
许多无线设备生产者已开始致力于解决无线网络的问题，出现了许多的通信协议，但这些协议并不能完全适应无线传感器网络的要求。
Zigbee协议正是继承了以往协议的优势，为无线网络中传感和控制设备之间的通信提供了一个极好的解决标准。
2.1.2 Zigbee联盟Zigbee联盟成立于2001年8月。
2002年下半年英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司四大巨头共同宣布，它们将加盟“Zigbee联盟”，研发名为“Zigbee”的下一代无线通信标准，这一事件成为该项技术发展过程中的里程碑。
2.1.3三种无线协议的比较(1)Zigbee与IEEE802.11b及蓝牙技术的比较：表1 三种通信协议的比较特征IEEE802.11b Bluetooth Zigbee 能量持续数小时1星期1年以上复杂程度复杂非常复杂简单节点数32 7 64000反应时间3秒10秒30毫秒有效范围100米10米70米扩展能力可能不能可以数据传输率11Mbps 1Mbps 250Kbps(2)Zigbee与蓝牙技术的具体比较[3]：Bluetooth：中等的任务周期，较短的电池寿命(电池持续时间和控制单元相同)，半静态星型网络(接近7个节点)，主要针对需要中等数据传输率的仪器，高服务质量(QOS)，以及低反应时间的无线网络。
Zigbee：非常低的任务周期，很长的电池寿命，静态及动态的星型及网状结构，可以有非常多的节点单元（>>65534个），在没有网络间通信时能够保持长时间静止状态。
总而言之，蓝牙主要应用于高QOS，多样的任务周期，中等数据传输率的平等静态，且具有有限活跃节点的无线网络中。
而Zigbee则主要是应用在非常低的任务周期，低能耗，低花费的静态及动态的具有很多活跃节点的无线网络中。
2.1.4 Zigbee技术的特点Zigbee技术的主要特点包括以下几个部分：● 数据传输速率低。
只有10k字节／秒到250k字节／秒，专注于低传输应用。
● 功耗低。
在低耗电待机模式下，两节普通5号干电池可使用6个月到2年，免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。
这也是Zigbee的支持者一直引以为豪的独特优势。
● Zigbee成本低。
因为Zigbee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。
且Zigbee协议免收专利费。
● 网络容量大。
每个Zigbee网络最多可支持255个设备，也就是说，每个Zigbee设备可以与另外254台设备相连接。
● 时延短。
通常时延都在15毫秒至30毫秒之间。