基于RFID和ZigBee技术在物联网文档格式.docx
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将RFID技术与ZigBee技术融合，构建更广义的物联网，具有重要意义。
论文通过例举Zigbee和RFID技术在物联网中的主要应用使我们认识到了Zigbee和RFID技术在物联网中的重要作用。
ZigBee是无线传感器网络的一个热门技术，是一种低数据速率、短距离的无线技术,其出发点就是发展一种拓展性强,易布建的低成本无线网络,强调低功耗和感应等特点。
结合RFID和ZigBee技术的优缺点,如果能将二者结合,建立一种基于ZigBee无线网络和RFID感知信息的物联网将会有深远的意义，本论文就是探究如何能将二者结合的。
关键词：
Zigbee;
RFID;
物联网;
无线传感器网络
Abstract
ThethingalliednetisfoundationincalculatorInternet,makeuseoftechniques,suchasRFIDandwirelessdatacorrespondence...etc.,construct"
InternetofThings"
ofaroundtenthousandmattercreationsinanoverlayworld.Thethingalliednetspreadsvariousinformationfeelingequipments,identifythedevice,laserscannerandworldfixedpositionsystemetc.suchastheradiofrequencyvariousputtogetherwithInternetknotbutformahugenetwork,itspurposeistoletallproductsandnetworklinktogether,product（merchandise）caneachothercarrieson"
exchanges"
butdoesn'
tneedtheperson'
sintervention.
Thethesisintroducedtheconceptthatthethingunitesanetfirst,thing'
sunitingmaintechniqueandstructureofthenetandtherelatedknowledgeofRFID,thenintroducingmodelintheagreementinnoftheZigBeetechnique,ZigBeeandtheTuooftheZigBeenetworktorushtowardstructuretofinallyintroduceZigBeeandRFIDtechniqueapplicationwithinalliednetwasatthething.BlendRFIDtechniqueandZigBeetechnique,setupmorethethingofbroadsensetouniteanetandhaveimportantmeaning.ThethesisraisedthroughanexampleZigbeeandRFIDtechniquetouniteamainapplicationwithinnettomakeusknoweachotherZigbeeandRFIDtechniqueuniteanimportantfunctionwithinnetinthethinginthething.ZigBeeisapopulartechniquethatthewirelessspreadsafeelingmachinenetwork,thewirelesstechniqueofakindoflowdatavelocity,shortdistance,itsstartingpointistodevelopakindofexpandsexstrong,lowcostwirelessnetworkeasilyarrange,emphasizethatthelowachievementconsumesandrespondsetc.characteristics.CombineRFIDandZigBeetechnicalmeritandshortcoming,ifcancombinetwos,buildupakindofaccordingtoZigBeethewirelessnetworkandRFIDfeelingknowthethingofinformationalliedthenetwillhaveprofoundmeaning,thisthesisistoinvestigatehowabilitywilltwocombine.
Keywords:
Zigbee;
RFID;
TheThingUnitesaNet;
TheWirelessSpreadsaFeelingMachineNetwork
第1章绪论
1.1引言
目前，对物联网的研究还处于半初级阶段，国内外对物联网的定位和特征还没有具体统一，物联网的结构和系统模型没有同样的标准，现阶段主要是研究通过传感器网络并利用标签感知物体的信息。
在电子标签方面，当今业界都倾向于RFID技术，主要由于RFID具有多标签读写、远距离非接触读写、数据可更新、适应环境能力及穿透性强等许多优势。
文章首先介绍了RFID的相关知识，然后介绍了ZigBee的技术特点、协议栈模型及其应用领域。
在无线传感网络中，传感器有着可以感知物质世界信号的功能,为网络系统的传输、分析、处理和反馈提供最原始的信息。
由于无线传感器网络的信息交互存在很多技术难点及现在传感器的价格相对较高，所以目前还处于研究阶段。
但无线传感器网络的另一热门技术ZigBee是一种短距离、低数据速率的无线技术，其出发点是发展一种易布建、拓展性强的低成本无线网络，强调感应和低功耗等特点。
结合RFID和ZigBee技术的优缺点，如若能将二者相结合，建立一种基于RFID感知信息和ZigBee无线网络的物联网将会有深远的意义。
1.2物联网的概念
1999年美国麻省理工学院第一次提出物联网的概念，即“物物相连的网”。
这有两种意思：
（1）其用户端延伸到了物品与物品之间，进行通信和信息交换；
（2）其核心和基础依旧是互联网，它是在互联网的基础上的扩展和延伸的网络。
物联网不是对现有技术的颠覆性革命，而是通过对现有技术的综合运用，实现全新的通信模式转变，同时通过这样的融合也必定会对现有技术提出改进和提升的要求，以及推生出一些新的技术。
物联网是指将各种信息传感设备，如激光扫描器、射频识别装置、全球定位系统等种种与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，其目的是让所有的物品都与网络连接在一起，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。
物联网就是在计算机互联网技术的基础上利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“InternetofThings”。
1.3物联网的发展现状
物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。
对世界经济、政治、军事、文化等各个方面产生巨大影响。
从国际上看美、日、韩、欧盟等国家和地区都十分重视物联网的工作，并且已做了大量研究开和应用工作。
第2章
物联网的主要技术和结构
2.1物联网的主要技术
物联网技术主要包括了无线传感网络技术和近程通信技术。
传感网络技术指使用带有传感器的设备组成的在空间上呈分布式的无线自治网络，量化外部世界的物理特征和化学特性,例如温度、气体浓度、重力变化等。
近程通信技术是新兴的短距离连接技术，从无接触式的认证和互联技术演化而来，RFID（RadioFrequencyIdentification）、蓝牙、WiFi、ZigBee等是其中的重要代表。
组建无线传感网络是物联网的重点之一，而ZigBee则是无线传感网络的热门技术之一。
2.1.1RFID的定义
RFID是RadioFrequencyIdentification的缩写，即射频识别，俗称电子标签。
RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，即询问器（或阅读器）和应答器（或标签）。
该系统用于监测、控制和跟踪物体。
RFID按使用频率的不同划分为：
低频、高频、超高频和微波，相对应的频率为125KHZ以下、3.56MHZ、860-960MHZ、2.45-5.8GHZ。
其中低频主要应用于运动物体的识别和商品流通等领域；
高频一般应用于公共交通和门禁系统等领域；
超高频可应用于高速公路收费、集装箱识别和铁路车辆的识别、跟踪等业务中；
微波主要应用在交通领域。
一般工作频率较高则识别距离也较远，方向性也较强，但其穿透能力就越差。
按能源的供应方式分为：
有源RFID、无源RFID及半有源RFID。
无源RFID读写的距离近，价格低；
有源RFID可以提供更远的读写距离，但需要电池供应，成本更高一些。
2.1.2RFID的基本组成部分
标签（tag）：
由耦合原件及芯片组成，每一个标签具有惟一的电子编码附着在物体上用来标识目标对象，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信；
阅读器（reader）：
用来读取（在读写卡中还可以写入）标签信息的一种设备，可设计为固定式或手持式；
天线（antenna）：
在标签和读取器之间传递射频信号。
图2-1-2RFID的基本结构图
2.1.3RFID的技术原理
RFID射频识别是一种非接触式自动识别技术，通过射频信号可以自动识别目标对象及获取相关数据而不需要识别系统与这个目标有机械接触且无须人工干预。
RFID应用系统的基本工作原理是：
当装有电子标签的物体接近微波天线时，阅读器受控发出微波查询信号；
安装在物体表面的电子标签收到经微波天线发出的查询信号后，根据查询信号中的命令要求，将标签中的数据信息反射回微波天线；
微波天线接收到电子标签反射回的微波合成信号后，经阅读器内部微处理器处即可将电子标签中的识别代码等信息分离出来；
这些识别信息作为物体的特征数据被传送到控制计算机作进一步处理，从而完成于物体有关的信息查询、统计、管理等应用。
2.1.4RFID技术优点
射频卡实现了免接触式操作，无机械磨损，寿命长，应用便利，穿透性好，无需可见光源；
抗污染能力和耐久性强，可以在恶劣的环境下工作，对环境的要求标准低；
可读取的距离远，无需与目标对象接触便可以得到数据；
支持写入数据，无需重新制作新的标签，可重复使用；
并且使用了防冲撞技术，能够识别高速运动的物体并可同时识别多个射频卡。
RFID技术的这些功能特性很适合流水线上产品的控制，以实现流水作业管理，得以使整个流水管理自动化。
2.2物联网的主要结构
物联网作为一个系统网络，与其他网络一样也有其内部特有的结构。
其结构主要包括三个层次：
第一层：
感知层，主要承担信息的采集（如智能卡、RFID电子标签、识别码、传感器等）；
第二层：
网络层，主要承担信息的传输（如无线网、移动网、固网、互联网、广电网等）；
第三层：
应用层，主要完成信息的分析和处理及决策，以实现物与物，人与物之间的感知与识别，发挥其智能化的作用。
图2-2物联网架构
2.3RFID是物联网的技术基础
RFID是物联网的重要构件之一，通过射频信号来自动识别目标对象并获取数据，RFID技术可应用于各种恶劣的环境、识别高速运动的物体、同时识别多个标签，操作非常的快捷方便（如第二代身份证、奥运门票都内置RFID芯片，而高速公路上的ETC电子不停车收费系统也使用了RFID技术）。
它的多功能性使其在物联网的信息采集中完全可以担当重任，可以说RFID技术是物联网技术的基础。
当今，国内物联网技术关注的热点主要集中在RFID、传感器、云计算等领域。
RFID工作原理图如图（2-3）所示：
识别器采读信息并解码
图（2-3）RFID工作原理图
第3章
ZigBee技术
未来的无线互连设备应具有低价格、近距离、低功耗的特点，作为IEEE802.15.4标准的ZigBee技术正好具备以上优点，从而成为极具竞争力的新兴技术，本章介绍了ZigBee技术的概念、背景、特点、协议栈模型。
3.1ZigBee技术的简介
3.1.1ZigBee的概念
ZigBee技术指的是一种近距离、低复杂度、低数据速率、低功耗、低成本的双向无线通信技术。
主要应用于家庭自动化、消费类电子产品、工业控制和医疗传感器等领域中的无线传感器网络新技术，可以满足对小型廉价设备的控制和无线联网。
这一名称的由来是蜜蜂的八字舞，蜜蜂（Bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（Zig）的抖动翅膀的舞蹈来传递给同伴花粉所在方位的信息，即蜜蜂通过这样的方式构成了在群体中的通信网络。
ZigBee技术其标准是基于IEEE802.15.4低速率无线个人局域网，IEEE802.15.4小组与ZigBee联盟共同制定了ZigBee规范，IEEE802.15.4小组负责制定物理层和媒体接入控制层规范,并在此之上包含网络层、安全层和应用层。
ZigBee作为一种个人网络的短程无线通信技术，已经逐渐为大家所熟知。
它最大的特点就是低功耗、可组网，特别是带有路由的可组网功能，理论上可以使ZigBee覆盖的通讯面积无限扩展。
相对于常见的无线通信标准，ZigBee协议紧凑简单，对实际处理器的性能要求也不高，普通8位单片机配上4KB的RAM和64KB的ROM，就可以满足其需要，从而降低了相应产品的成本。
同时由于ZigBee技术的通信范围小和数据速率低的特点，决定了ZigBee技术适合应用于承载数据流量较小的业务。
由于ZigBee技术的各种优点，使其十分适合应用于物联网上，ZigBee网络与现已有的网络（如计算机网络、移动互联网）进行互联，来延伸ZigBee网络的使用范围，就成为了ZigBee技术推广的关键。
目前采取网关方式使ZigBee网络与以太网互通，这种方案越来越受到业界的认可。
3.1.2ZigBee的背景
2002年8月ZigBee联盟成立，由美国摩托罗拉公司、英国Invensys公司、日本三菱电器公司以及荷兰飞利浦半导体公司组成，IEEE802.15.4的ZigBee标准于2003年5月获得批准。
ZigBee采用IEEE802.15.4标准作为物理层和链路层（MAC）标准，用于组建低速率低功耗的无线个域网（LRWPAN），而ZigBee联盟负责应用层和网络层的开发及制定其安全协议和市场的推广等。
ZigBee具有强大的设备联网功能，它支持3钟主要的自组织无线网络类型。
3.1.3ZigBee技术的特点
ZigBee作为一种无线连接，可工作在2.14GHz（全球流行）、868MHz（欧洲流行）和915MHz（美国流行）3个频段上，分别具有最高至250kbit/s、20kbit/s、40kbit/s的传输速率,它的传输距离在10~75m的范围内，依据发射功率的大小和应用模式仍可以继续增加其传输距离。
1台Zigbee设备可以连接多达254个同类的设备，此外，由于Zigbee具备低功耗和高链接数的特性，使其在感应式网络（SensorNetwork）上的使用具有相当大的优势，例如作业温度测量、保卫防护的监控、水电煤气计量数据记录等方面，厂商无需经常布建供电网络或更换电池便可方便地取得所需信息。
ZigBee技术是以希望发展一种拓展性强、容易布建的低成本无线网络作为其出发点的，与现有的各种短距离无线通信技术相比较，ZigBee技术将是最低功耗和最低成本的技术。
同时由于ZigBee技术的通信范围较小和低数据速率的特点，也决定了ZigBee技术适合承载数据流量较小的业务。
其主要特点是网络容量大、可靠性高、安全性高、时延短、功耗低、成本低以及有效范围小。
ZigBee技术的优点是：
1组网协议稳定可靠；
2通讯速度快（能达到几十到几百KPS）；
3抗干扰跳频速度快；
其缺点是：
1穿透性能差（应用于抄表的致命障碍）；
2同频干扰设备多（wifi、蓝牙等）；
3.2ZigBee的协议模型
3.2.1ZigBee的协议栈
与其他常见的无线通信标准相比较，ZigBee协议栈具有简单而紧凑的特点，且对环境配置的要求不高，只要8bit的处理器再配上64kbitRAM和4kbitROM就可满足其最低需求。
ZigBee协议栈模型如图（3-2-1）所示：
图（3-2-1）ZigBee技术协议组成
完整的ZigBee协议是由高层应用规范、应用汇聚层、网络层、数据链路层组成。
网络层以上协议是由ZigBee联盟制定，链路层和物理层标准的制定是由IEEE负责。
应用汇聚层、网络层、数据链路层各部分的功能介绍如下：
（1）应用汇聚层将主要负责把不同的应用映射到ZigBee网络上,具体功能包括：
1）多个业务数据流的汇聚；
2）安全与鉴权；
3）业务发现；
4）设备发现；
（2）网络层的主要功能如下：
1）通用的网络层功能有拓扑结构的搭建和维护，命名和关联业务，寻址、路由和安全；
2）有自组织、自维护功能，最大程度地减少消费者的开支和维护成本；
3.2.2ZigBee网络的拓扑结构
ZigBee支持多种网络拓扑结构如图（3-2-2）所示：
最简单的是星型网，只用1个网络协调器，连接多个从属设备；
另一种网络结构是互联的星型网，可以扩展为单个星型网或互联2个星型网络；
第3种是网状网,网状网的覆盖范围很大，可以容纳上万个节点。
图（3-2-2）ZigBee网络拓扑结构图
第4章
基于ZigBee和RFID在物联网中的应用
物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展，随着物联网技术逐渐走向成熟，应用领域也迅速增加。
基于ＲＦＩＤ和ＺｉｇＢｅｅ技术的物联网应用越来越引起人们的重视。
4.1物联网中ZigBee和RFID技术融合的好处
物联网的技术基础是RFID技术，但其设备具有成本高、识别距离短、读写系统工作不灵活等缺点，而ZigBee虽然其设备的成本比较低，但其穿透性差却是它的致命弱点。
若我们能将这两种技术合理应用在物联网中，便可以形成优势上的互补，对广义的物联网的构建具有重要的意义。
4.2ZigBee和RFID在物联网中的主要应用
4.2.1ZigBee技术在物联网中的应用
ZigBee技术在物联网中的应用主要有三个层次：
1）传感网络，即以二维码、传感器、RFID为主，实现对“物”的识别；
2）传输网络，即通过已有的互联网、通信网、广电网或者下一代互联网，实现数据的计算和传输；
3）应用网络，即输入输出控制终端。
ZigBee网络的冗余自组织和自愈能力适于许多类型的应用，主要包括工业控制、智能交通和家庭自动化等领域如图（4-2-1）所示：
图（4-2-1）ZigBee应用范围
在家庭自动化方面ZigBee技术就非常适合对其联网。
对电视、电灯、空调、窗帘等设备装载ZigBee模块，用户可以在家中或者通过家庭网关与电信网结合远程对其进行无线控制。
例如通过手机或互联网随时了解家中的状况，在下班前远程控制家中的空调调节室温到设定温度，热水器打开烧好水，电饭煲开始煮饭。
在比如在灯泡中装置ZigBee模块，人们开灯就不需要走到墙壁开关处，直接通过遥控便可将电灯打开。
当你打开电视机时，灯光将会自动的减弱；
准备打电话或电话铃响起时，电视机将会自动静音等。
总之可以把人们从日常琐事中解放出来，实现家居生活自动化、网络化与智能化。
4.2.24.2.2RFID技术在物联网中的应用
在过去一直是将IT基础设施和物理基础设施分开的，即洗衣机、电视机、电冰箱，甚至是机场，建筑等物化的东西与数据中心也是分开的。
RFID技术则将他们整合为一个平台，从此，整个世界的运转就在其上面进行，其中包括社会管理、生产运行、经济管理甚至是个人生活。
RFID电子标签技术是物联网中非常重要的技术。
其发展趋势是以简单的RFID系统为基础，结合已有的数据库技术、网络技术、中间件技术等，建立一个由大量联网的阅读器和无线移动的标签组成的，比Internet更为庞大的物联网。
在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互相性的信息，通过无线数据通信网络把信息自动采集到中央信息系统，实现对物品的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。
所以称RFID技术是能够让物“开口说话”的一种技术。
RFID应用于物联网中的工作过程如下：
1）对物体属性进行标识。
有动态属性和静态属性，动态属性需要先由传感器进行实时探测并动态记录；
2）识别设备完成对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式；
3）通过网络传输将物体的信息传送到信息处理中心，以便完成对物体通信的相关计算；
RFID作为物联网的感知层，其作用主要是采集数据，天线的作用非常重要。
RFID的天线的作用有两个：
一是来自标签调制信号；
二是建立稳定激励磁场；
在设计天线时，主要设计尺寸合适的天线以及搭建天线与阅读器匹配电路。
4.3基于ZigBee技术的RFID系统原理
用RFID射频技术对目标进行定位并采集信息，通过无线组网ZigBee技术对定位目标的信息进行快速上传。
射频分为阅读器和应答器两大模块，都嵌入CC2520芯片，主要在2.4GHz频段进行通信，
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