Zigbee概述教学课件资料

1、Zigbee概述目标：本章在向学员介绍无线传感网体系中传输层所使用的相关技术，通过本课的学习，学员应该掌握如下知识： zigbee协议栈结构 zigbee网络模式 zigbee应用学时：25.1 无线传感网传输层的主要技术按传输的方式分为：有线网络无线网络按距离的方式分为：短距离长距离 因物联网构成的特点，在其传输层主要应用的技术为无线网络技术，所以基于以下的技术会成为构建物联网整个体系的关键技术：短距离无线传输；ZigBeeWiFi(Wlan)Bluetooth(蓝牙)长距离无线传输：GPRSWCDMATD-SCDMAGSM5.1 无线传感网传输层的主要技术5.1.2 无线技术 无线技术的参

2、数分布101001,00010,000101001,00010,000100,000速率kbpsGSM802.11a/gGPRSEDGE20002003-42005Bluetooth3GHiperLAN/2Bluetooth 2.0距离（米）802.11bZigBeeWiMediaBluetooth 1.55.1.2 无线技术 短距离无线技术比较 特性 IEEE 802.11b Wi-Fi IEEE 802.15.3 蓝牙 IEEE 802.15.4/ZigBee 电池寿命 几小时 几周 6-24个月 复杂程度 非常复杂 复杂 简单 节点/主节点 32个 7个 65000个 接入网络速度 最长

3、3秒 最长10秒 1秒以内 覆盖范围 100m 10m 30-300m 可扩展性 可以漫游 不可以漫游 可以漫游 有效吞吐量 5Mbps-7Mbps 700Kbps 100Kbps 安全 验证服务装置ID(SSID) 64位，128位 128位AES和应用层 应用 电脑联网 文件传输 传感和控制5.2 了解ZIGBEEZigBee是一种短距离、低功耗(发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式)的无线网络技术，主要由ZigBee联盟制定，其底层是采用 IEEE 802.15.4 标准规范的MAC与PHY层类似于CDMA和GSM网络，ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75米到几

4、百米、几公里，并且支持无线扩展 5.2.1 ZigBee联盟ZigBee联盟成立于2001年8月。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共同宣布，它们将加盟“ZigBee 联盟”，以研发名为“ZigBee”的下一代无线通信标准，这一事件成为该项技术发展过程中的里程碑。5.2.2 ZIGBEE技术特点低功耗 低数据量 低成本 (免专利费)使用免费频段2.4G( 专用于工业、医疗) 高抗干扰 (CRC循环冗余校验)高保密性 (AES加密)自动动态组网 5.2.3 ZigBee协议栈协议栈结构图5.2.3 ZigBee协议栈协议

5、栈内部结构5.2.3 ZigBee协议栈 ZigBee协议栈是基于标准的开放式系统互联（OSI）七层模型，但是仅定义了那些相关实现预期市场空间功能的层。 IEEE 802.15.4-2003标准定义了两个较低层：物理层（PHY）和媒体访问控制子层（MAC） ZigBee 联盟在此基础上建立了网络层（NWK）和应用层构架。应用层构架由应用支持子层（APS）、ZigBee 设备对象（ZDO）和制造商定义的应用对象组成。5.2.3 ZigBee协议栈物理层(PHY)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

6、lity indication , LQI）；4. 空闲信道评估（clear channel assessment, CCA）；5. 收发数据。5.2.3 ZigBee协议栈数据链路层功能：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PAN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. 使用CSMA-CA机制访问信道；5. 支持时槽保障（guaranteed time slot, GTS）机制；6. 支持不同设备的MAC层间可靠传输。 5.2.3 ZigBee协议栈 ZigBee的NWK层

7、的职责应该包括的采用机制：加入和离开一个网络为帧运用安全功能为到预定目的地的帧寻找路由发现和维护设备之间的路由发现邻居存储相关的邻居信息5.2.3 ZigBee协议栈应用会聚层功能：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5.2.4 ZigBee网络ZigBee组网ZigBee标准网络定义了三种类型(ZigBee device type):协作员(coordinator)路由(router)端节点(end device)Zigbee采用的自组织网通信方式 ZigBee技术所采用的自组织网是怎么回事

8、？举一个简单的例子就可以说明这个问题，当一队伞兵空降后，每人持有一个ZigBee网络模块终端，降落到地面后，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络。而且，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化。因而，模块还可以通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新。这就是自组织网 5.2.4 ZigBee网络描述5.2.4 ZigBee网络网络拓扑ZigBee网络有三种组网方式，星型网、簇型网和网状网，其中只有路由节点与协调员节点才具有转发功能，也是由它们构建网络框架5.2.4 ZigBee网络另外，直接使用IEEE802.1

9、5.4底层的还可以使用两种组网方式，点对点模式(P2P)和多点(P2M)模式，在实际应用中比较广泛，点对点联网方式也使程序开发变得简单 设备成本很低、传输的数据量很小 设备体积很小，不便放置较大的充电电池或者电源模块 没有充足的电源支持，只能使用一次性电池 频繁地更换电池或者反复地充电无法做到或者很困难 需要较大范围的通信覆盖，网络中的设备非常多，但仅仅用于监测或控制5.2.5采用ZigBee技术的条件5.2.6 ZIGBEE应用商业楼宇自动化工业自动化过程监控家居自动化定位应用5.2.6.1电子牧场5.2.6.2 家庭自动化5.2.6.3 工业自动化5.2.6.4 智慧能源5.2.6.5商业楼宇自动化5.2.6.6 无线抄表5.2.7 ZigBee硬件TICC2430及TICC2530芯片5.2.7 ZigBee硬件ZigBee芯片中的控制核心多为51处理器开发工具多使用IAR开发环境5.2.8 ZigBee技术难点ZigBee技术上是先进的，在嵌入式技术发达的国家，应用发展速度迅速，但在技术积累较弱的国