Zigbee无线传感器网络技术

1、无线传感器网络技术,一、ZigBee简介 二、 ZigBee发展历史 三、 ZigBee技术介绍 四、 ZigBee应用案例 五、 ZigBee小结,主要内容,一、 ZigBee简介,ZigBee这个字源自于蜜蜂群藉由跳ZigZag形状的舞蹈，来通知其他蜜蜂有关花粉位置等资讯，以达到彼此沟通讯息之目的，故以此作为新一代无线通讯技术之命名。 ZigBee先前亦被称为HomeRF Lite、RF-EasyLink或FireFly无线电技术，目前统一称为ZigBee,一、 ZigBee简介,Zigbee技术是一种结构简单、低功耗、低数据速率、低成本和可靠性高的双向微功率网格式无线传感器网络技术（Wi

2、reless Sensor Networks，WSN） ZigBee的网络标准由IEEE 802.15工作组负责制订，被称作IEEE 802.15.4（ZigBee）技术标准。,二、ZigBee发展历史,1、1999年，蓝牙技术走向应用，但因芯片价格高，厂商支持力度不够，传输距离限制以及抗干扰能力差等问题而发展缓慢。低功耗、低成本的无线网络需求使ZigBee应运而生 2、2000年的12月，IEEE（美国电子和电气工程师协会）成立了IEEE 802.15.4工作组，致力于开发一种可应用在固定、便携或移动设备上的，低成本、低功耗的低速率无线连接技术 3、2001年8月，美国HONEYWELL等公

3、司发起成立了ZigBee联盟，他们提出的ZigBee技术被确认为IEEE 802.15.4标准,二、ZigBee发展历史,4、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加盟ZigBee联盟， 5、2003年5月，IEEE 802.15.4标准获得通过 6、2004年8月约有90家联盟成员 2004年12月推出ZigBee技术规范1.0版本 7、2006年中国的华为公司也加入了该联盟，现联盟内有180多个成员企业，包括软件供应商、系统集成商和终端产品商,三、ZigBee技术介绍,3.1、ZigBee技术的主要特点 1 低速率数据

4、传输速率只有20250kb/s，分别提供250kb/s (2.4GHz),40kb/s (915MHz)和20kb/s (868MHZ) 的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求 2 低功耗 在低耗待机模式下，两节普通5号电池可使用624个月，这也是ZigBee的支持者所一直引以为豪的独特优势 3 低成本 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。 ZigBee网络节点模块一般在1000元以下，而主要使用的网络子节点的价格可降到100元以下,三、ZigBee技术介绍,3.1、ZigBee技术的主要特点 4 容量大 ZigBee网络可由一个

5、节点管理若干子节点，最多一个节点可以管理254个子节点，同时该节点还可由上一层网络节点管理，可组成65536个节点的大型网络 5 时延短 ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠状态转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需要30ms，进一步节约了能源。相对而言，Bluetooth需要310s，WiFi需要3s 6 安全高 提供了三级安全模式，包括无安全设定，使用接入控制清单（ACL）防止非法获取数据以及采用高级加密标准（ASE-128）的对称密码，以灵活确定其安全性,三、ZigBee技术介绍,3.2、ZigBee与802.15.4标准 ZigBee不仅只是802.15.4的名字 , IEE

6、E仅处理低级MAC层和物理层协议，ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化,三、ZigBee技术介绍,3.3.1、 ZigBee网络拓扑结构,星型结构,网状结构,簇型结构,全功能设备（FFD）,网络协调器,精简功能设备（RFD）,三、ZigBee技术介绍,3.3.2、 ZigBee网络拓扑结构 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，让其它的FFD或是精简功能装置（RFD）连结，F

7、FD具备控制器的功能可提供信息双向传输。 精简功能设备（RFD）：RFD只能传送信息给FFD或从FFD接收信息,三、ZigBee技术介绍,3.3.3、 ZigBee网络拓扑结构,三、ZigBee技术介绍,3.4. ZigBee频带和数据通讯率,频率 频带 覆盖范围 数据传输速度 信道数量 2.4 GHz ISM全球 250 kbps 16 868 MHz 欧洲 20 kbps 1 915 MHz ISM美洲 40 kbps 10,三、ZigBee技术介绍,3.5、IEEE 802.15.4协议架构,三、ZigBee技术介绍,3.6.1、短程无线网络标准,三、ZigBee技术介绍,3.6.2、短

8、程无线网络标准,三、ZigBee技术介绍,3.6.3、无线网络标准比较,三、ZigBee技术介绍,3.7、ZigBee技术优势 数据传输速率低：10KB/秒 250KB/秒，专注于低传输应用 功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用6到24个月 成本低：ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本 网络容量大：网络可容纳65000个设备 时延短：典型搜索设备时延为30ms，休眠激活时延为15ms 网络的自组织、自愈能力强，通信可靠 数据安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用AES-128加密算法（美国新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一） 工作频段灵活

9、：使用频段2.4GHz、868MHz（欧洲）和915MHz（美国），均为免执照的频段,三、ZigBee技术介绍,3.8、ZigBee应用条件 低功耗 低成本 较低的报文吞吐率 需要支持大型网络接点的数量级 对通信服务质量QoS要求不高（甚至无QoS） 需要可选择的安全等级（采用AES-128） 需要多方面的较复杂的网络拓扑结构应用 要求高的网络自组织、自恢复能力,三、ZigBee技术介绍,3.9、ZigBee应用场合 无线传感器网络WSN 带负载管理功能的自动抄表（AMR）系统 智能交通、油气生产遥测遥控通信系统 监控照明、HVAC和写字楼安全 农田耕作、环境监测、水利水文监测无线通信 工业制

10、造、过程控制遥测遥控 对病患、设备及设施进行医疗和健康监控 家庭监控、HVAC、安防报警系统运用 有源RFID应用，产品运输、跟踪，财产管理 军事应用，包括战场监视和机器人控制 汽车应用，配合传感器网络报告汽车所有系统状态,四、 ZigBee应用案例,4.1 基于ZigBee技术的无线定位（井下人员考勤、煤矿的安全监控） 4.2 基于ZigBee技术的无线远程抄表系统 4.3 基于ZigBee技术的无线点餐系统 4.4 基于ZigBee技术的病房呼叫系统 4.5 基于ZigBee技术的智能交通控制系统 4.6 基于ZigBee技术的灯光控制系统 4.7 基于ZigBee技术的智能家居无线网络系

11、统 4.8 基于ZigBee技术的油田遥测遥控应用系统 4.9 基于ZigBee技术的安防报警系统 4.10 基于ZigBee技术的智能公交系统 4.11 基于ZigBee技术的物流管理系统 4.12 基于ZigBee技术的水文监测系统,四、 ZigBee应用案例,4.1.1 基于ZigBee技术的无线定位（井下人员考勤、煤矿的安全监控）,四、 ZigBee应用案例,4.1.2 基于ZigBee技术的无线定位（井下人员考勤、煤矿的安全监控）,四、 ZigBee应用案例,4.1.3 基于ZigBee技术的无线定位（井下人员考勤、煤矿的安全监控）,四、 ZigBee应用案例,4.1.4 基于Zig

12、Bee技术的无线定位（井下人员考勤、煤矿的安全监控）,四、 ZigBee应用案例,4.1.5 基于ZigBee技术的无线定位（井下人员考勤、煤矿的安全监控）,四、 ZigBee应用案例,4.2.1 基于ZigBee技术的无线远程抄表系统,四、 ZigBee应用案例,4.2.2 基于ZigBee技术的无线远程抄表系统,四、 ZigBee应用案例,4.2.3 基于ZigBee技术的无线远程抄表系统,四、 ZigBee应用案例,4.2.4 基于ZigBee技术的无线远程抄表系统,四、 ZigBee应用案例,4.3 基于ZigBee技术的无线点餐系统,四、 ZigBee应用案例,4.4 基于ZigBe

13、e技术的病房呼叫系统,四、 ZigBee应用案例,4.5.1 基于ZigBee技术的智能交通控制系统,四、 ZigBee应用案例,4.5.2 基于ZigBee技术的智能交通控制系统,四、 ZigBee应用案例,4.5.3 基于ZigBee技术的智能交通控制系统,四、 ZigBee应用案例,4.5.4 基于ZigBee技术的智能交通控制系统,四、 ZigBee应用案例,4.6 基于ZigBee技术的灯光控制系统,四、 ZigBee应用案例,4.7.1 基于ZigBee技术的智能家居无线网络系统,四、 ZigBee应用案例,4.7.2 基于ZigBee技术的智能家居无线网络系统,四、 ZigBee应用案例,4.8 基于ZigBee技术的油田遥测遥控应用系统,四、 ZigBee应用案例,4.9.1 基于ZigBee技术的安防报警系统,四、 ZigBee应用案例,4.9.2 基于ZigBee技术的安防报警系统,四、 ZigBee应用案例,4.10 基于ZigBee技术的智能公交系统,四、 ZigBee应用案例,4.11.1 基于ZigBee技术的物流管理系统,四、 ZigBee应用案例,4.11