WSN与Zigbee概述教学讲解课件

Zigbee网络技术及应用

哈尔滨商业大学管理学院Zigbee网络技术及应用

哈尔滨商业大学管理学院考核方式平时成绩（20分）期中成绩（20分）期末成绩（卷面*0.6）参考书Zigbee技术与实训教程——基于CC2530的无线传感网技术，姜仲等，清华大学无线龙，Zigbee无线网络原理，冶金工业金纯，Zigbee技术基础及案例分析，国防工业课程说明考核方式课程说明第1章WSN与Zigbee概述第1章WSN与Zigbee概述本讲内容理解Zigbee与无线传感器网络的关系掌握Zigbee技术概念理解Zigbee技术特点了解常用Zigbee芯片的特点了解几种常见的Zigbee协议栈掌握Zigbee软硬件开发平台的建立和安装本讲内容理解Zigbee与无线传感器网络的关系物联网（IOT）-感知网络早期物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。2011年，工信部发表的《物联网白皮书》对物联网的定义为：“物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，它利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知识别，通过网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与物信息交互和无缝链接，达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的。”

物联网（IOT）-感知网络早期物联网的定义是：通过射频识别（1.WSN无线传感网络的定义是：大规模，无线、自组织、多跳、无分区、无基础设施支持的网络．其中的节点是同构的、成本较低、体积较小，大部分节点不移动，被随意撒布在工作区域，要求网络系统有尽可能长的工作时间。在通信方式上，虽然可以采用有线、无线、红外和光等多种形式，但一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络使用，为明确起见，一般称无线传感器网络(WSN．WirelessSensorNetwork)。1.WSN无线传感网络的定义是：大规模，无线、自组织、多跳WSN通信体系结构WSN通信体系结构WSN传感器节点的结构WSN传感器节点的结构WSN发展历程第一阶段：20世纪70年代越战时期的传感器网络胡志明小道的热带树第二阶段：20世纪80年代至90年代美军方的分布式传感网络系统、远程战场传感器系统第三阶段：21世纪至今，自组织、低功耗节点网络WSN发展历程第一阶段：20世纪70年代越战时期的传感器网络WSN的特点（1）硬件资源有限（2）电源容量有限（3）通信能量有限（4）计算能力有限（5）节点数量众多，分布密集（6）自组织，动态网络（7）以数据为中心（8）多跳路由（9）节点出故障的可能性较大WSN的特点（1）硬件资源有限WSN关键技术（1）时间同步技术（定期同步）（2）定位技术（GPS+多点协作定位算法）（3）分布式数据管理和信息融合（4）安全技术（5）精细控制、深度嵌入的操作系统技术（Tinyos,vxworks,μCLinux,μCOS）（6）能量工程(获取、存储)WSN关键技术（1）时间同步技术（定期同步）WSN应用智能交通智能农业医疗健康工业控制军事应用灾难救援与临时场合家庭应用其他（空间探索、物流、环境监测、测量）WSN应用智能交通无线传感器通信标准1998年，IEEE802.15工作组成立,从事WPAN标准化工作。它的任务是开发一套适用于短程无线通信的标准，分为4个工作组：

TG1:中速、近距离蓝牙工作组,手机，PDA

TG2:共存工作组，解决802.11和802.15之间共存的问题，WLAN。

TG3:高速无线个人区域网络，个人多媒体

TG4:低速无线个人区域网络；ZigBee，ZigBee是基于802.15.4标准的技术。

无线传感器通信标准1998年，IEEE802.15工作典型WSN红外蓝牙无线局域网Zigbee典型WSN红外

蓝牙、WIFI、Zigbee三种技术的比较蓝牙、WIFI、Zigbee三种技术的比较-16-2.Zigbee技术概述-16-2.Zigbee技术概述-17-名字的由来Zigbee名字起源于蜜蜂之间传递信息的方式。蜜蜂通过一种特殊的肢体语言告知同伴新发现的事物源位置信息，这种肢体语言是ZigZag型舞蹈，借此意义以Zigbee作为新一代无线通讯技术的命名。

-17-名字的由来2.1Zigbee简介Zigbee的基础是IEEE802.15.4，但是IEEE802.15.4仅处理低级的MAC（媒体接入控制协议）层和物理层协议，Zigbee联盟对网络层协议和应用层进行了标准化。2.1Zigbee简介Zigbee的基础是IEEE802第1章-WSN与Zigbee概述课件注：2.4GHZ是全球通用的ISM频段，915MHZ是北美的ISM频段，896MHZ是欧洲认可的ISM频段。ISM：Industrial,ScientificandMedical信道编号中心频率/MHz信道间隔/MHz频率上限/MHz频率下限/MHzk=0868.3--868.6868.0k=1,2,…,10906+2(k-1)2928.0902．0k=11,12,…,262401+5(k-11)52483.52400.0注：2.4GHZ是全球通用的ISM频段，915MHZ是北美的第1章-WSN与Zigbee概述课件第1章-WSN与Zigbee概述课件第1章-WSN与Zigbee概述课件第1章-WSN与Zigbee概述课件Zigbee网络拓扑Zigbee网络拓扑Zigbee基本设备Zigbee基本设备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，看它自己的选择。因此它能作为电池供电节点。ZigBee终端设备（End-device）设备类型（P5）拓扑类型是否成为协调器通话对象全功能设备（FFD）星型、树状、网状可以与任何ZigBee设备通话简化功能设备（RFD）星型不可以与协调器、路由器通话，不能与终端设备通话设备类型拓扑类型是否成为协调器通话对象全功能设备（FFD）星Zigbee基本概念Zigbee基本概念Zigbee基本概念Zigbee基本概念Zigbee应用领域。。。低速无线设备·

TV·

VCR·

DVD·

CD

·

鼠标·

键盘·

操作杆

·

保安·

HVAC·

照明·

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游戏器具

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诊断·

传感器·

监视·

传感器·

自动化·控制工业、农业和商业消费电子PC机的外围设备玩具和游戏个人健康监护Zigbee应用领域。。。低速无线设备·TV·VCR·-32-2003年12月，Chipcon公司推出第一款符合2.4GHzIEEE802.15.4标准的射频收发器CC2420

2.2Zigbee技术的发展

+-32-2003年12月，Chipcon公司推出第一款符-33-2004年12月，Chipcon公司推出全球第一个IEEE802.15.4Zigbee片上系统解决方案——CC2430无线单片机，该芯片内部集成了一款增强型的8051内核以及当时业内性能卓越的射频收发器CC2420。

技术的发展

8051CC2420-33-2004年12月，Chipcon公司推出全球第一-34-2005年12月，Chipcon公司推出内嵌定位引擎的ZigbeeIEEE802.15.4解决方案CC2431。2006年2月，TI公司收购Chipcon公司，又相继推出一系列的Zigbee芯片，比较有代表性的片上系统如CC2530。

技术的发展

-34-2005年12月，Chipcon公司推出内嵌定位技术的发展技术的发展2007年1月，TI公司宣布推出Zstack协议栈V2.4.1

2007年7月，V1.4.22008年1月，V1.4.32008年3月，V2.0.02008年6月，V2.1.0…2010年12月，V2.4.0技术的发展2007年1月，TI公司宣布推出Zstack协议栈V2.4.2.3Zigbee软件协议栈2.3Zigbee软件协议栈第1章-WSN与Zigbee概述课件-39-非开源的协议栈常见的非开源的Zigbee协议栈的解决方案包括freescale解决方案和microchip解决方案。Freescale中最简单的Zigbee解决方案就是SMAC协议，是面向简单的点对点应用，不涉及网络概念。Freescale完整的Zigbee协议栈为BeeStack协议栈，也是最复杂的协议栈，看不到具体的代码，只提供一些封装好的函数直接调用。-39-非开源的协议栈-40-非开源的协议栈常见的非开源的Zigbee协议栈的解决方案包括freescale解决方案和microchip解决方案。Microchip提供的Zigbee协议为Zigbee@PRO和Zigee@RF4CE，均是完整的Zigbee协议栈，但是收费偏高。-40-非开源的协议栈半开源的协议栈TI公司开发的ZStack协议栈是一个半开源的Zigbee协议栈，是一款免费的Zigbee协议栈，它支持Zigbee和ZigbeePRO，并向后兼容Zigbee2006和Zigbee2004。Zstack内嵌了OSAL操作系统，标准的C语言代码，使用IAR开发平台，比较易于学习，是一款适合工业级应用的Zigbee协议栈。半开源的协议栈开源的协议栈Freakz是一个彻底开源的Zigbee协议栈，配合contiki操作系统，contiki的代码全部为C语言编写，对于初学者来说比较容易上手。Freakz适合用于学习，对于工业应用，Zstack比较实用。开源的协议栈第1章-WSN与Zigbee概述课件2.4软件开发平台IAR软件集成开发平台Zigbee嗅探器（ZigbeeSniffer）物理地址修改软件（SmartRFFlashProgrammer）辅助软件

2.4软件开发平台IAR软件集成开发平台IAR软件开发平台IAREmbeddedWorkbench（简称IAR或EW）的C/C++交叉编译器和调试器是完整且容易使用的嵌入式应用开发工具，对不同的处理器提供不同的版本（例如IARFor51，ForARM，ForAVR等），且提供一样的直观用户界面

IAR软件开发平台IAREmbeddedWorkbencIAR软件开发平台IAR安装IARFor51版，其对硬件的配置

如下。

硬件名称配置要求CPU最低600MHz处理器，建议1GHz以上RAM内存1GB，建议2GB以上可用硬盘空间可用空间1.4GB操作系统Windows2000、Windows2003、WindowsXP、WindowsVista、Windows7IAR软件开发平台IAR安装IARFor51版，其对硬件IAR安装双击安装程序进行安装

IAR安装双击安装程序进行安装IAR安装进入安装界面

IAR安装进入安装界面IAR安装IAR安装第1章-WSN与Zigbee概述课件第1章-WSN与Zigbee概述课件第1章-WSN与Zigbee概述课件IAR安装安装IAR安装安装IAR安装安装IAR安装安装IAR安装安装IAR安装安装IAR安装安装IAR安装安装IAR安装安装IAR安装安装IAR安装安装完成IAR安装安装完成IAR安装安装完成IAR安装安装完成ZigbeeSnifferZigbee嗅探器（程序名是ZigbeeSniffer.exe）是用来分析Zigbee各层的帧结构程序，程序的运行需要配合“Zigbee嗅探器设备”才可运行

ZigbeeSnifferZigbee嗅探器（程序名是Zi-61-2.5辅助软件物理地址修改软件仿真器驱动软件USB转串口软件

-61-2.5辅助软件物理地址修改软件2.5辅助软件物理地址修改软件物理地址修改软件（安装程序名是Setup_SmartRFProg_1.6.2.exe）是TI提供的，可用于读取或者修改芯片物理地址，2.5辅助软件物理地址修改软件物理地址修改软件（安装程序2.5辅助软件物理地址修改软件安装物理地址修改软件（安装程序名是Setup_SmartRFProg_1.6.2.exe）2.5辅助软件物理地址修改软件安装物理地址修改软件（安装程2.5辅助软件物理地址修改软件安装双击图标进入安装界面2.5辅助软件物理地址修改软件安装双击图标进入安装界面2.5辅助软件物理地址修改软件安装选择“Chang…”可以选择安装路径

2.5辅助软件物理地址修改软件安装选择“Chang…”可以2.5辅助软件物理地址修改软件安装选择完全安装2.5辅助软件物理地址修改软件安装选择完全安装2.5辅助软件物理地址修改软件安装安装过程2.5辅助软件物理地址修改软件安装安装过程2.5辅助软件物理地址修改软件安装2.5辅助软件物理地址修改软件安装2.5辅助软件物理地址修改软件安装2.5辅助软件物理地址修改软件安装2.5辅助软件仿真器驱动仿真器驱动程序用于驱动Zigbee仿真器以便下载和调试IAREW程序。IAREW自带了CC2530的仿真器下载调试驱动程序。第一次使用仿真器时，操作系统会自动提示找到新硬件

2.5辅助软件仿真器驱动仿真器驱动程序用于驱动Zigbee2.5辅助软件仿真器驱动点击浏览选择驱动文件

2.5辅助软件仿真器驱动点击浏览选择驱动文件2.5辅助软件仿真器驱动仿真器硬件驱动程序目录为C:\ProgramFiles\IARSystems\EmbeddedWorkbench5.3Evaluationversion\8051\drivers\TexasInstruments（本例是将IAR安装在C盘）

2.5辅助软件仿真器驱动仿真器硬件驱动程序目录为C:\Pr仿真器驱动选择驱动程序文件完成后，点击下一步

仿真器驱动选择驱动程序文件完成后，点击下一步仿真器驱动安装完成

仿真器驱动安装完成-75-USB转串口软件USB转串口用于扩展PC机的串口，方便没有物理串口的机器使用串口

，USB转串口的驱动软件安装和仿真器的驱动软件安装过程一样，第一次使用时操作系统会自动提示找到新硬件-75-USB转串口软件USB转串口用于扩展PC机的串口USB转串口软件选择软件安装，本书中USB转串口软件安装位置在Zigbee/CH1/1.G.3/中

USB转串口软件选择软件安装，本书中USB转串口软件安装位置USB转串口软件安装完成USB转串口软件安装完成2.6Zigbee硬件开发平台Zigbee硬件设计开发平台选用AltiumDesigner软件，对设备进行原理图和PCB图的绘制

2.6Zigbee硬件开发平台Zigbee硬件设计开发平台2.6Zigbee硬件开发平台Zigbee硬件平台为Zigbee开发套件序号名称规格型号数量用途备注1核心板CC2530Core7协调器、路由器的核心板核心板不能独立使用，需要插入协调器或路由器底板的插座上才能使用2协调器底板DH-2530-Coordinator1协调器应用底板3路由器底板