《Zigbee技术》PPT课件.ppt

Zigbee无线网络技术总结,六 室 2010-7-12,中科院微电子研究所,提纲,无线传感网络概述,无线传感器网络（WirelessSensorNetwork）综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术，能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式发送，并以自组多跳的网络方式传送给观察者。,无线传感网络概述,无线传感网络概述,蓝牙,Zigbee,WiMax,3G,无线传感网络概述,Zigbee,近距离无线通信概述,Bluetooth,英文：Bluetooth 代表一种短距离无线通信技术,“蓝牙”（Bluetooth）一词是一位丹麦国王的名字，在10世纪他将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。,用“蓝牙”他的名字来命名这种短距离无线通信 的技术标准，含有将四分五裂的局面统一起来的意思。通过这种技术，可以将电子装置彼此通过无线连接起来，省去了传统的电线。,Bluetooth,Bluetooth,UWB,“UWB”是超宽带无线技术的缩写。始于20世纪60 年代兴起的脉冲通信技术，主要用于军用雷达、定 位和通信系统中。UWB技术最早是利用频谱极宽的 超短脉冲进行通信。通信速度可以达到几百Mbit/秒 以上。,UWB,Zigbee,主要用于构建无线个域网和无线传感网络,“Zig”的英文含义是“之字形” “Zag”的含义是“急转, 急变” “Zigzag”的含义是“之字形跳变” “bee”是“蜜蜂” “Zigbee”一词源自蜜蜂群在发现花粉位置时，通过 跳“Zigzag”形舞蹈来相互告知， 达到交换信息目的,Zigbee,“ZigBee”被人们借来称呼一种新兴的近距离、低 复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络 技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技 术提案。主要用于近距离无线连接。,Zigbee,基本情况,Zigbee联盟在IEEE802.15.4协议上定义了网络层和应用层而形成的,主要用于构建无线个域网和无线传感网络,速 率： 根据不同的工作频段，有不同的速率：16-250k,Zigbee,特 点,距 离： 有效传输范围1075m,功 耗： 两节5号电池可供终端工作6个月以上,速 率： 250kb/s(2.4G) 40kb/s(915M) 20kb/s(868M),成 本： 每片Zigbee价格2美元,WiFi,全称Wireless Fidelity，又称802.11b标准,与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用 的短距离无线技术,主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域， 通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为 76米到122米，方便与现有的有线以太网络整合,WiFi,无线网络标准的比较,提纲,ZigBee概述,ZigBee是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据率、低成本的双向无线通讯技术，是一组基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术。 IEEE802.15.4标准定义了物理层（PHY Layer)及媒体存取层（MAC Layer)。 ZigBee则是由ZigBee Alliance所主导的标准，定义了网络层（Network Layer)、安全层（Security Layer）、应用层（Application Layer) 以及各种应用产品的资料（Profile）。其中应用层提供应用支持子层（APS）和Zigbee设备对象（ZDO）。,Zigbee协议栈,Zigbee协议的体系结构,ZigBee物理层,物理层定义了物理无线信道与MAC层之间的接口，主要是在硬件驱动程序的基础上，实现数据传输和物理信道的管理，提供物理层数据服务和物理层管理服务。,数据的发送与接收 物理信道的能量检测(ED：Energy Detection) 射频收发器的激活与关闭 空闲信道评估(CCA：clear channel assessment) 链路质量指示(LQI：link quality indication) 物理层属性参数的获取与设置,Zigbee物理信道,Zigbee调制及扩频,在低信噪比的环境下ZigBee具有很强的抗干扰性能。,误码率,信噪比dB,bluetooth,ZigBee的MAC层,MAC层定义了MAC层与网络层之间的接口，提供MAC层数据服务和MAC层管理服务。,采用CSMA-CA机制来访问物理信道； 协调器对网络的建立与维护； 支持PAN网络的关联（association）与取消关联（disassociation）； 协调器产生信标帧，普通设备根据信标帧与协调器同步； 在两个MAC实体之间提供数据可靠传输； 可选的保护时隙GTS支持； 支持安全机制；,Format of the Frame Control Field,IEEE 802.15.4 Frame Format,ZigBee网络层,网络层定义了网络层与应用层之间的接口，提供网络层数据服务和网络层管理服务。 网络层负责拓扑结构的建立和维护网络连接，主要功能包括设备连接和断开网络时所采用的机制，在帧信息传输过程中所采用的安全性机制，设备的路由发现、维护和转交，在创建一个新网络时为新设备分配短地址。,ZigBee网络层,网络层数据服务： 产生网络协议数据单元 选择通信路由,网络层管理服务： 配置新设备； 开始新网络； 加入和离开网络； 寻址； 邻近设备发现； 路由发现； 接受控制；,ZigBee应用层,应用层定义了应用层与网络层之间的接口，主要由应用支持子层、设备配置层和用户应用程序组成，提供应用层数据服务和应用层管理服务。,产生应用数据单元； 绑定及绑定服务； AIB管理； 安全管理；,ZigBee网络设备类型,网络协调器：包含所有的网络消息，是3种设备类型中最复杂的一种，存储容量最大、计算能力最强。发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信息。 全功能设备（FFD）：可以担任网络协调者，形成网络，让其他的FFD或是精简功能装置（RFD）连结，FFD具备控制器的功能，可提供信息双向传输。 .附带由标准指定的全部802.15.4功能和所有特征 .更多的存储器、计算能力可使其在空闲时起网络路由器作用 .也能用作终端设备 精简功能设备（RFD）：RFD只能传送信息给FFD或从FFD接收信息。 .附带有限的功能来控制成本和复杂性 .在网络中通常用作终端设备。 .ZigBee相对简单的实现自然节省了费用。RFD由于省掉了内存和其 他电路，降低了ZigBee部件的成本，而简单的8位处理器和小协议 栈也有助于降低成本。,ZigBee网络拓扑结构,MESH网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络可以通过多级跳的方式来通信；该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；网络还具备自组织、自愈功能。,ZigBee网状（Mesh）网络,Mesh是一种特殊的、按接力方式传输的点对点的网络结构，其路由可自动建立和维护。 通过以上ZigBee Mesh结构图可以得知，一个ZigBee网络只有一个网络协调器，但可以有若干个路由器。 协调器负责整个网络的建网，同时它也可作为与其它类型网络的通讯节点（网关）。 构成协调器和路由器的器件必须是全功能器件（FFD），而构成终端设备的器件可以是全功能器件，也可是简约功能器件（RFD)。,ZigBee网状（Mesh）网络,ZigBee采用按需路由算法AODV，在节能和网络性能上都有着很大的优势。 AODV路由协议是一种基于距离矢量的按需路由算法，只保持需要的路由，而不需要节点维持通信过程中未达目的节点的路由。节点仅记住下一跳，而非像源节点路由那样记住整个路由。它能在网络中的各移动节点之间动态地、自启动地建立逐跳路由。 当链路断开时，AODV会通知受影响的节点，从而使这些节点能被确认为无效路由。AODV允许移动节点响应链路的破损情况，并以一种及时的方式更新网络拓扑。AODV操作是无还回的，并避免了当Adhoc网络拓扑变化时快速收敛的无限计算问题（特别是当一个节点进入网络时）。,Zigbee应用案例,提纲,Z-Stack协议栈,Z-Stack,Z-Stack已经编写了对从MAC层到ZigBee设备应用层这五层任务的事件处理函数，一般情况下只需要编写应用层的任务及事件处理函数就可