ZigBee技术与应用简介课件

1、ZigBee技术与应用简介第1页，共26页。ZigBee技术与应用介绍1. 什么是ZigBee技术2. ZigBee技术特点3. ZigBee与Wi-Fi、蓝牙的区别4. ZigBee设备类型5. ZigBee网络拓扑6. ZigBee协议架构7. ZigBee应用领域第2页，共26页。什么是ZigBee ZigBee可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行) 和915 MHz(美国流行)3个频段上,分别具有最高250kbps、20kbps和40kbps的传输速率,它的传输距离在 10-75m的范围内, 但可以继续增加。ZigBee（紫蜂）技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低

2、速率、低成本的双向无线通讯技术。早期也被称为 “HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或“fireFly”无线电技术，目前统称为ZigBee技术。 ZigBee也是IEEE 802.15.4协议的代名词。第3页，共26页。ZigBee技术特点1. 低功耗由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式,功耗低，因此ZigBee设备非常省电。据估算,ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间。第4页，共26页。ZigBee技术特点2. 低成本由于ZigBee模块的复杂度不高，ZigBee协议免专利费，再加之使用的频段无需付费，所以

3、它的成本较低。3. 时延短通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms, 活 动设备信道接入的时延为15ms。第5页，共26页。ZigBee技术特点4. 网络容量大一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备, 一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络, 而且网络组成灵活。网状结构的ZigBee网络中可有65000多个节点。第6页，共26页。ZigBee技术特点5. 可靠采取了碰撞避免策略,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式, 每个发送的数

4、据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可进行重发。 第7页，共26页。ZigBee技术特点6. 安全ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证, 采用了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。 第8页，共26页。ZigBee与Wi-Fi、蓝牙的区别特点Wi-FiBluetoothZigBee速率11 Mbps1Mbps250 kbps范围(m)1001070可扩展性支持不支持支持电池使用寿命约几小时约一周大于6个月复杂性复杂非常复杂简单第9页，共26页。ZigBee设备类型1. ZigBee协调器（Coordinator

5、）2. ZigBee路由器（Router）3. ZigBee终端设备（End-device）一个Zigbee网络由一个协调器节点、多个路由器和多个终端设备节点组成。 第10页，共26页。ZigBee设备类型ZigBee协调器（Coordinator）它包含所有的网络信息，是3种设备中最复杂的，存储容量大、计算能力最强。它主要用于发送网络信标、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信息并且不断的接收信息。一旦网络建立完成，这个协调器的作用就像路由器节点。第11页，共26页。ZigBee设备类型ZigBee路由器（Router）它的执行功能包括允许其它设备加入这个网络，

6、跳跃路由，辅助子树下电池供电终端的通信。通常,路由器全时间处在活动状态,因此为主供电。但是在树状拓扑中,允许路由器操作周期运行,因此这个情况下允许路由器电池供电。第12页，共26页。ZigBee设备类型ZigBee终端设备（End-device）一个终端设备对于维护这个网络设备没有具体的责任,所以它可以睡眠和唤配看它自己选择。因此它能作为电池供电节点。第13页，共26页。ZigBee网络拓扑ZigBee支持三种自组织无线网络类型，即星型结构、网状结构(Mesh)和簇状结构 (Clustertree)，特别是网状结构，具有很强的网络健壮性和系统可靠性。 第14页，共26页。ZigBee网络拓扑第

7、15页，共26页。ZigBee网络拓扑设备类型拓扑类型是否成为协调器通话对象全功能设备星型、树状、网状可以与任何ZigBee设备通话简化功能设备星型不可以与协调器、路由器通话，不能与终端设备通话第16页，共26页。ZigBee协议架构ZigBee协议由应用层、网络层、数据链路层和物理层组成。网络层以上协议由ZigBee联盟制定，IEEE802.15.4负责物理层和链路层标准。第17页，共26页。ZigBee协议架构第18页，共26页。ZigBee协议架构物理层功能：1. 激活和休眠射频收发器；2. 信道能量检测（energy detect）；3. 检测接收数据包的链路质量指示（link qua

8、lity indication , LQI）；4. 空闲信道评估（clear channel assessment, CCA）；5. 收发数据。第19页，共26页。ZigBee协议架构数据链路层功能：1. 协调器产生并发送信标帧，普通设备根据协调器的信标帧与协议器同步；2. 支持网络的关联（association）和取消关联（disassociation）操作；3. 支持无线信道通信安全；4. 提供CSMA-CA机制访问信道；5. 支持不同设备之间可靠传输。 第20页，共26页。ZigBee协议架构网络层功能：ZigBee网络层的主要功能就是提供一些必要的函数，确保ZIgBee的MAC层（IE

9、EE 802.15.4-2003）正常工作，并且为应用层提供合适的服务接口。为了向应用层提供其接口，网络层提供了两个必须的功能服务实体，它们分别为数据 服务实体和管理服务实体。第21页，共26页。ZigBee协议架构网络层数据实体（NLDE）通过网络层数据服务实体服务接入点（NLDE-SAP）提供数据传输服务；网络层管理实体（NLME）通过网络层管理实体服务接入点（NLME-SAP）提供网络管理服务。网络层管理实体利用网络层数据实体完成一些网络的管理工作，并且，网络层管理实体完成对网络信息库（NIB）的维护和管理。第22页，共26页。ZigBee协议架构应用会聚层功能：该层主要负责把不同的应用映射到ZigBee网络上，具体而言包括：1. 安全与鉴权2. 多个业务数据流的会聚 3. 设备发现 4. 服务发现第23页，共26页。ZigBee应用领域通过将ZigBee模块安装到不同的产品中，就可以利用ZigBee网络自动收集各种信息，并将信息回馈到系统进行数