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ShahinFarahani 著

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• ZigBee
• 无线通信
• 无线网络
• 物联网
• 传感器网络
• 嵌入式系统
• 无线收发器
• 低功耗
• 通信协议
• 无线技术

店铺： 文轩网旗舰店

出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512410534

商品编码：1107909495

出版时间：2013-08-01

作  者:Shahin Farahani 著作 沈建华 等 译者 定  价:45 出 版 社:北京航空航天大学出版社 出版日期:2013年08月01日 页  数:248 装  帧:平装 ISBN:9787512410534 《嵌入式系统译丛:zigbee无线网络与收发器》可供想了解近距离无线网络zigbee原理与应用的工程师和技术管理人员们参考。 ●第1章ZigBee基础
●1.1什么是ZigBee?
●1.2 ZigBee VS蓝牙和IEEE 802.11
●1.3短距离无线网络分类
●1.4 ZigBee与IEEE 802.15.4标准的关系
●1.5操作频率和数据速率
●1.6互操作性
●1.7设备类型
●1.8设备角色
●1.9 ZigBee网络拓扑
●1.10 ZigBee和IEEE 802.15.4的通信基础
●1.10.1 CSMA―CA载波侦听多路访问一冲突避免
●1.10.2信标(Beacon)VS非信标(Nonbeacon)网络
●1.10.3数据传输方式
●1.10.4数据验证
●1.10.5寻址方式
●1.11关联和解除关联
●1.12绑定
●1.13 ZigBee的自形成和自愈特性
●1.14 ZigBee和IEEE 802.15.4网络层功能
●部分目录

内容简介

法拉哈尼编著的《ZigBee无线网络与收发器》内容涵盖了采用ZigBee和IEEE 802.15.4两种标准的近距离无线网络的基本原理，ZigBee和IEEE802.15.4标准涵：盖了相同的细节层次(LOD)。除了技术细节，该书还包含了上层概述，对那些仅对ZibBee无线组网一般概念感兴趣的读者**有益。本书提供ZigBee无线网络的大框架，从射频和物理层考虑到应用层的细节。
《ZigBee无线网络与收发器》可供想了解近距离无线网络ZigBee原理与应用的工程师和技术管理人员们参考。

《ZigBee无线网络与收发器》 一、 导言：连接世界的无形之网 在这个数字化浪潮汹涌澎湃的时代，我们生活在一个日益互联的世界。从智能家居的便捷控制，到工业自动化的高效运作，再到物联网（IoT）的蓬勃发展，无线通信技术扮演着至关重要的角色。它打破了空间的界限，让信息得以自由流动，为我们的生活带来了前所未有的改变。在众多无线通信技术中，ZigBee以其独特的优势，在低功耗、低数据速率、低成本和高可靠性等方面脱颖而出，成为构建大规模、分布式无线网络的理想选择。 本书《ZigBee无线网络与收发器》将带您深入探索ZigBee技术的奥秘，从其核心概念到实际应用，从底层协议到硬件实现，为您构建一个全面而深入的理解。我们将一同剖析ZigBee网络的构建原理，了解不同节点类型的功能与协作，掌握ZigBee通信的独特机制，并深入研究收发器这一关键硬件的内部运作。无论您是学生、工程师、技术爱好者，还是对物联网技术充满好奇的读者，本书都将是您理解和掌握ZigBee技术的宝贵指南。 二、 ZigBee技术的核心价值与发展愿景 ZigBee并非一项横空出世的技术，而是建立在IEEE 802.15.4物理层和MAC层标准之上，并在此基础上构建了更高级别的网络层、应用层协议。其设计的初衷是为了满足物联网应用对低功耗、低成本、低数据速率的严格需求，特别是在那些不需要传输大量数据的设备之间。 低功耗的极致追求： ZigBee最显著的特点之一便是其超低的功耗。通过精巧的协议设计和优化的硬件实现，ZigBee设备能够在电池供电的情况下工作数年之久，这使得其在传感器网络、远程监控、以及那些不便频繁充电的场景中具有无可比拟的优势。例如，一个装有ZigBee模块的智能门锁，只需一枚纽扣电池便能支持数年的安全监测与远程指令接收。 低成本的广泛部署： ZigBee芯片和模块的成本相对较低，这为其在消费电子、智能家居、以及大规模部署的物联网项目中提供了经济上的可行性。低廉的成本使得构建一个覆盖范围广泛的智能环境成为可能，例如，一个家庭中可以部署数十甚至上百个ZigBee传感器，而无需承担过高的硬件成本。 可靠的网络拓扑： ZigBee支持多种网络拓扑结构，包括星型、树型和网状网络。其中，网状网络（Mesh Network）是ZigBee的核心优势之一。在网状网络中，每个节点都可以作为信号的中继点，将数据从源节点转发到目标节点，从而扩展网络的覆盖范围并提高通信的鲁棒性。即使某个节点发生故障，数据也能够通过其他路径绕行，确保网络的连通性。这种自愈合的网络特性对于要求高可靠性的工业控制和环境监测尤为重要。 灵活的应用领域： 凭借其核心优势，ZigBee技术已经广泛应用于众多领域： 智能家居： 智能照明、温控系统、安防报警、家电控制、环境监测等。 智能建筑： 楼宇自动化、能源管理、设备监控、安全系统等。 工业自动化： 传感器网络、数据采集、过程控制、设备状态监测等。 健康医疗： 可穿戴健康监测设备、远程病人监护、医疗设备互联等。 智慧农业： 土壤湿度监测、温度监测、病虫害预警、精准灌溉等。 展望未来，随着物联网的不断演进，对无线连接的需求将更加多样化和精细化。ZigBee技术将继续扮演重要角色，特别是在那些强调低功耗、低成本和高可靠性的细分市场。通过与其他通信技术的融合，如Wi-Fi、蓝牙、以及NB-IoT等，ZigBee将构建起更加丰富和智能的物联网生态系统。 三、 ZigBee网络架构与协议栈详解 理解ZigBee网络的运作，关键在于掌握其层次化的协议栈结构。这一结构借鉴了OSI（开放系统互连）模型，但针对ZigBee的特性进行了简化和优化。 物理层（PHY）： 遵循IEEE 802.15.4标准，定义了无线传输的物理特性，包括射频（RF）频率、信道、调制方式、数据速率等。ZigBee通常工作在2.4GHz ISM频段，但也可在868MHz（欧洲）和915MHz（北美）频段工作，以适应不同地区的法规要求。 MAC层（Medium Access Control）： 同样基于IEEE 802.15.4标准，负责介质访问控制、帧的发送与接收、确认机制、以及地址分配等。MAC层决定了节点如何共享无线介质，以避免冲突。 网络层（NWK）： 这是ZigBee协议栈的核心所在。它负责网络的建立、路由、设备发现、以及数据包的转发。网络层定义了各种节点角色（如协调器、路由器、终端设备）以及它们在网络中的交互方式。 节点类型： 协调器（Coordinator）： 网络的核心，负责网络的启动、配置，并维护网络信息。每个ZigBee网络只能有一个协调器。 路由器（Router）： 能够转发其他设备的数据包，从而扩展网络覆盖范围，并支持网状网络。路由器通常也具备一定的计算和存储能力。 终端设备（End Device）： 负责数据采集或接收指令，并通常具有最低的功耗，可以睡眠以节省电量。终端设备不具备路由功能。 路由机制： ZigBee支持多种路由协议，最常用的是AODV（Ad hoc On-Demand Distance Vector）的变种，能够在网络中动态发现最佳路径。 应用层（APL）： 定义了上层应用所需的功能，包括设备描述、集群、命令和属性等。应用层是实现具体应用的接口，例如，智能灯泡可以通过ZigBee应用层协议向协调器发送“开灯”或“关灯”指令，并报告其亮度状态。 ZigBee Cluster Library（ZCL）： 是ZigBee应用层的重要组成部分，它定义了一套标准化的设备模型和功能集群，使得不同厂商生产的ZigBee设备能够相互兼容。例如，一个通用的“开关”集群可以用于控制灯光、插座等多种设备。 四、 ZigBee收发器：通信的基石 收发器（Transceiver）是ZigBee设备最核心的硬件组件，它集成了发送（Transmit）和接收（Receive）功能，是无线通信的物理接口。一个典型的ZigBee收发器包含以下关键模块： 射频前端（RF Frontend）： 负责将数字信号转换为模拟的射频信号进行发送，以及将接收到的模拟射频信号还原为数字信号。这包括了射频功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）、滤波器、以及混频器等。 基带处理器（Baseband Processor）： 负责对数字信号进行编码、解码、调制和解调等处理。它将MAC层的数据转换为可以在物理层上传输的比特流，反之亦然。 嵌入式微控制器（MCU）： 许多ZigBee收发器集成了一个低功耗的微控制器，负责执行ZigBee协议栈的网络层和应用层功能。这使得芯片能够独立运行，无需外部MCU，进一步降低了功耗和成本。 天线接口（Antenna Interface）： 连接到天线，用于将射频信号发射到空间或从空间接收信号。天线的选择和设计对通信距离和性能有着重要影响。 电源管理单元（Power Management Unit）： 负责对收发器的各个模块进行高效的电源管理，实现低功耗运行和待机模式，以满足ZigBee对能量效率的要求。 收发器的关键性能指标： 发射功率（Transmit Power）： 决定了信号的传播距离。 接收灵敏度（Receive Sensitivity）： 决定了收发器能够接收到多弱的信号，从而影响接收距离和在复杂环境中的稳定性。 功耗（Power Consumption）： 包括发送、接收和待机模式下的功耗，是衡量ZigBee设备能否长久工作的关键。 数据速率（Data Rate）： ZigBee的数据速率较低，通常为20kbps、40kbps或250kbps，这足以满足其应用场景的需求。 工作频率与信道（Frequency and Channels）： 确保与ZigBee标准兼容，并在不同地区选择合适的频段。 五、 ZigBee网络的实际应用与开发 掌握了ZigBee的基本原理和硬件构成，接下来的重点便是如何将其应用于实际的开发和项目中。 开发平台与工具链： 市场上涌现出许多ZigBee开发平台和工具链，例如，Silicon Labs、Texas Instruments、NXP、Nordic Semiconductor等公司都提供了强大的ZigBee SDK（软件开发工具包），包含示例代码、驱动程序、协议栈和调试工具。 硬件选型： 根据项目需求，选择合适的ZigBee模块或SoC（System-on-Chip）。需要考虑的因素包括功耗、性能、成本、外设接口、以及厂商提供的支持。 网络配置与管理： 在实际项目中，需要对ZigBee网络进行有效的配置和管理，包括网络ID的选择、信道的分配、以及节点加入网络的流程。 应用开发： 基于ZigBee Cluster Library（ZCL）进行应用开发，定义设备的属性和命令，实现设备之间的互联互通。例如，开发一个智能门锁应用，需要定义门锁的状态属性（如锁定、解锁）、以及开锁、锁门等命令。 与云平台的对接： 将ZigBee网络与云平台（如AWS IoT、Azure IoT、阿里云IoT等）连接，实现数据的远程监控、分析和控制。这通常需要通过一个网关设备（Gateway）来实现ZigBee协议与TCP/IP协议的转换。 六、 挑战与未来展望 尽管ZigBee技术已经取得了广泛的应用，但仍然面临一些挑战，同时也蕴含着巨大的发展潜力。 互操作性： 虽然ZCL在一定程度上解决了互操作性问题，但不同厂商的实现细节仍可能存在差异，需要持续的标准化和测试。 安全性： 随着物联网安全问题的日益突出，ZigBee网络的安全性也需要得到进一步的加强，包括数据加密、身份认证等。 与其他技术的融合： ZigBee并非孤立的技术，未来将更加注重与其他无线通信技术（如Wi-Fi、蓝牙、Thread等）的融合，构建更加异构和智能的物联网网络。 标准更新与演进： ZigBee技术本身也在不断更新和演进，以适应新的应用需求和技术发展。 《ZigBee无线网络与收发器》旨在为读者提供一个扎实的基础，让他们能够理解ZigBee的原理，掌握其核心技术，并能够将其应用于实际的物联网项目开发中。通过深入学习本书内容，您将能够构建更智能、更互联的未来。

评分☆☆☆☆☆

我最近正在从事一项与物联网相关的研究，尤其对低功耗、自组网能力强的无线技术特别感兴趣。ZigBee作为其中的佼佼者，自然是我关注的焦点。市面上的技术资料很多，但我更偏爱那种能够系统性地梳理技术脉络、层层递进的图书。我希望这本书能够全面介绍ZigBee的标准、协议栈，并深入讲解其在各种应用场景下的实现细节。例如，对于它的物理层和MAC层，我希望能了解其信道访问机制、数据传输模式等；对于网络层，我对路由发现、路由维护、网络拓扑等内容充满好奇；而应用层，我则期待看到关于集群库、设备配置文件等方面的详细阐述。此外，本书若能提供一些关于ZigBee收发器硬件选型、功耗优化策略以及与其它物联网技术（如Wi-Fi、蓝牙）的集成方案，那就更具价值了。我希望通过阅读这本书，能够对ZigBee的整体架构和运行机制有一个深刻的理解，并能将其应用到我的实际研究和开发中，为物联网的发展贡献自己的力量。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对嵌入式系统开发抱有浓厚兴趣的学习者，我一直渴望能够深入了解各种无线通信技术。ZigBee以其低功耗、低成本、高可靠性的特点，在物联网领域占据着重要地位，因此我一直将其视为我学习和实践的重要方向。我正在寻找一本能够将ZigBee的理论知识与实际操作紧密结合的书籍。我希望它能够详细解释ZigBee协议栈的各个层面，从物理层到应用层，深入浅出地讲解其工作原理，并提供丰富的代码示例和硬件平台上的实践指导。比如，我希望看到如何使用特定的ZigBee模块进行开发，如何实现设备间的组网、通信和数据传输，以及如何进行功耗优化和网络管理。此外，我也对ZigBee在不同应用场景下的解决方案感兴趣，例如智能家居、工业自动化、农业物联网等。我希望这本书能够帮助我建立起对ZigBee的全面认知，掌握其开发技能，并能够独立完成基于ZigBee的物联网项目。

评分☆☆☆☆☆

最近我对无线传感器网络（WSN）产生了极大的兴趣，尤其关注那些适用于低功耗、广覆盖场景的技术。ZigBee作为WSN领域的重要协议，其技术细节对我来说至关重要。我希望能找到一本能够系统阐述ZigBee技术，并提供丰富实践指导的图书。我期待它能深入剖析ZigBee协议的各个层面，包括其在物理层、MAC层、网络层和应用层的设计理念与实现细节。尤其对于其高效的路由机制、灵活的组网方式以及卓越的功耗管理策略，我希望能有更深入的了解。此外，我非常希望能看到书中包含实际的硬件平台（例如，基于某款主流ZigBee芯片的开发板）的实操案例，以及不同类型ZigBee设备的开发教程。例如，如何实现协调器、路由器和终端设备的配置与通信，如何开发自定义的应用层服务，以及如何进行网络性能的测试和优化。我相信，一本优秀的ZigBee书籍能够帮助我快速掌握这项技术，并将其成功应用于我的WSN项目开发中。

评分☆☆☆☆☆

我一直对物联网技术的发展趋势保持着高度的关注，特别是那些能够实现设备之间高效、低功耗通信的解决方案。ZigBee技术凭借其在功耗、成本和网络可靠性方面的优势，无疑是其中一个非常重要的方向。我正在寻找一本能够系统性地讲解ZigBee技术，并且能够指导我进行实际开发的专业书籍。我希望这本书能够详细介绍ZigBee协议的各个组成部分，从底层的物理层和MAC层，到中间的网络层和应用层，能够有深入的解析。我尤其关注ZigBee网络的组建、路由管理、节点通信以及功耗优化方面的技术细节。此外，书中能够提供一些关于如何选择和使用ZigBee收发器硬件，如何进行嵌入式软件开发，以及如何构建完整的ZigBee应用系统的实践指导，对我来说将非常有价值。我希望通过这本书的学习，能够全面掌握ZigBee技术，并能够将其应用于实际的物联网项目设计和开发中，从而推动相关领域的技术进步。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我量身定做的！最近我一直在为我的智能家居项目寻找一种稳定可靠的无线通信方案，对各种技术都做了些了解，ZigBee的名字出现的频率非常高。市面上关于ZigBee的书籍也确实不少，但很多要么过于理论化，要么就只停留在概念介绍，很难真正上手。我一直渴望找到一本能够深入讲解ZigBee底层原理，同时又提供丰富实践指导的书。我希望它能详细阐述ZigBee的各个层协议，比如MAC层、网络层、应用层，以及它们是如何协同工作的。最好还能对Mesh网络的构建、路由选择、功耗管理等关键技术有深入的剖析。当然，如果能提供实际的硬件选型建议，以及在不同应用场景下的开发实例，那就再完美不过了。我期待这本书能让我理解ZigBee的工作机制，掌握其核心技术，并且能够自信地将其应用到我的项目中，解决实际遇到的问题。我非常希望它能成为我解决ZigBee技术难题的“百科全书”和“实操手册”，让我不再为选择技术而迷茫，而是能够快速高效地实现我的想法，让我的智能家居真正智能化、无线化。