zigbee簡介_ppt課件

1、無線發(fā)展歷程 80年代,當單片機技術已經(jīng)廣泛普及，8051如日中天的時候,手機還是價值萬元的大磚頭,語音通訊也只有8K/S的通訊速度,無線通訊技術還是像美國莫托羅拉這樣大公司實驗室里的前沿。 90年代,向TI這樣的大公司，投入巨資，開發(fā)短距離通訊芯片，10年努力,確以失敗告終，有人統(tǒng)計過，那時，在美國進行無線產(chǎn)品的項目開發(fā),有85%以上的開發(fā)項目會失敗。復雜的高頻，昂貴的設備，完全被封鎖的技術，無線還只是在“天上”。 最成功的應用，應該是汽車遙控器和車庫門遙控這樣的簡單技術。 CC2430 無線soc完整的CC2430通信模塊無線單片機的普及 為短距離無線通訊帶來的全新變化 高度集成SOC，簡

2、化了高頻設計，使開發(fā)無線應用設計轉移到以軟件代碼為中心； 大量低價格，直觀顯示為特點的無線開發(fā)、測試工具的誕生，使無線應用開發(fā)成本大大降低； 在家建立自己的無線開發(fā)平臺不是夢 想； 無線SOC得到了非常廣泛應用，特別是無線鼠標，鍵盤和游戲搖桿等方面。 soc短距離無線應用的深入， 對低成本無線網(wǎng)絡技術提出了需求 應用中很多節(jié)點在密集區(qū)域 需求組網(wǎng)，高效率空中防碰撞。 工業(yè)應用中環(huán)境復雜，要求穿透多層水泥墻等障礙物，傳輸路徑不定需求無線路由(多跳通信）。 高通訊可靠性防干擾，加密。 低功耗。 容易安全接入和安裝 自組網(wǎng)，自恢復網(wǎng)絡，網(wǎng)絡安全。Zigbee聯(lián)盟 國際著名soc半導體生產(chǎn)商、技術提供

3、者、代工生產(chǎn)商以及最終使用者成立了一個非牟利業(yè)界組織 zigbee聯(lián)盟，目的在于制定一個基于IEEE802.15.4、可靠、高性價比、低功耗的網(wǎng)絡應用技術zigbee 。生產(chǎn)商可以利用ZigBee這個標準化無線網(wǎng)絡平臺，設計簡單、可靠、便宜又省電的各種無線產(chǎn)品。 ZigBee技術有自己的無線電標準，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調實現(xiàn)網(wǎng)絡通信。這些傳感器只需要很低的功耗， 以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從 一個傳感器傳到另一個傳感器，因此它們的通信效率非常高。 ZigBee的基礎是IEEE802.15.4，這是IEEE無線個人區(qū)域網(wǎng)工作組的一 項標準，被稱作IEEE802.15.4(ZigBe

4、e) 技術標準。 Zigbee是IEEE 802.15.4的擴展 ZigBee不僅只是IEEE802.15.4的名字。IEEE僅處理低級MAC層和物理層協(xié)議，而ZigBee聯(lián)盟對其網(wǎng)絡層協(xié)議和API進行了標準化。 ZigBee聯(lián)盟還開發(fā)了安全層。Zigbee技術的表現(xiàn)形式 由各種軟件代碼，分層次 組成的軟件協(xié)議棧。 代碼分類：應用層， 應用安全層，網(wǎng)絡層， MAC層等等。 代碼形式：源代碼和庫文件。協(xié)議棧各層功能介紹 PHY定義zigbee設備的工作頻段2.4Ghz。 MAC層負責相鄰設備間的單跳數(shù)據(jù)通信。 SAP是為某一特定層提供的服務與上層之間的接口。ZigBee的不同層與 MAC就是通過

5、服務接入點(SAP)進行連接。 應用層由用戶開發(fā)提供功能服務函數(shù)。 安全服務提供層提供信息安全加鎖服務。協(xié)議棧核心網(wǎng)絡層 ZigBee協(xié)議棧的核心部分在網(wǎng)絡層。網(wǎng)絡層主要實現(xiàn)節(jié)點加入或離開網(wǎng)絡、接收或拋棄其他節(jié)點、路由查找以及傳送數(shù)據(jù)等功能，支持星形Star）、樹形Cluster-Tree）、網(wǎng)格Mesh等多種拓撲結構應用ZigBee可組成多種網(wǎng)絡拓撲結構 最重要的是網(wǎng)狀網(wǎng)絡Mesh)ZigBee節(jié)點類型 節(jié)點工能介紹 1.協(xié)調器 上電啟動和配置網(wǎng)絡例如設定網(wǎng)絡標示符 ，選擇信道），一旦完成后相當于路由器功能。 2.路由器 (1)允許其他網(wǎng)絡設備加入 (2)多路跳由 (3)協(xié)助電池供電的子節(jié)點

6、通信 (4)自己作為終端節(jié)點應用 3 終端節(jié)點 向路由節(jié)點傳遞數(shù)據(jù)，可選擇睡眠與喚醒。 （路由因不斷轉發(fā)數(shù)據(jù)需電池供電，終端節(jié)點電池供電)ZigBee和簡單無線通訊之間 最大區(qū)別 簡單的點到點，點到多點通訊目前很多這樣的數(shù)傳模塊），包裝結構比較簡單，主要為同步序言，數(shù)據(jù)，校驗幾部分組成。而ZigBee是采用數(shù)據(jù)幀的概念，每個無線幀包括了大量無線包 裝，包含了大量時間，地址，命令，同步等信息，真正的數(shù)據(jù)信息只占很少部分，而這正是ZigBee可以實現(xiàn)網(wǎng)絡組織管理，實現(xiàn)高可靠傳輸?shù)年P鍵。 3.ZigBee技術優(yōu)點 低功耗 低成本 低速率 近距離 短時延 高容量 高安全 免執(zhí)照頻段低功耗 在低耗電待機

7、模式下,2 節(jié)5 號干電池可支持1個節(jié)點工作624個月,甚至更長。 這是Zigbee的突出優(yōu)勢在傳感控制領域）。相比較,藍牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時。低成本 通過大幅簡化協(xié)議(不到藍牙的1/10) ,降低了對通信控制器的要求,按預測分析,以8051的8位微控制器測算,全功能的主節(jié)點需要32KB代碼,子功能節(jié)點少至4KB代碼,而且Zigbee免協(xié)議專利費。每塊芯片的價格大約為2 美圓。 低速率 Zigbee工作在20250 kbps的較低速率,分別提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps (915 MHz)和20kbps(868 MHz) 的原始數(shù)據(jù)吞吐率,滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的

8、應用需求。近距離 傳輸范圍一般介于10100 m 之間,在增加RF 發(fā)射功率后,亦可增加到13 km。 這指的是相鄰節(jié)點間的距離。如果通過路由和節(jié)點間通信的接力,傳輸距離將可以更遠理論上無限）。短時延 Zigbee 的響應速度較快,一般從睡眠轉入工作狀態(tài)只需15 ms ,節(jié)點連接進入網(wǎng)絡只需30 ms ,進一步節(jié)省了電能。相比較,藍牙需要310 s、WiFi 需要3 s。高容量 Zigbee 可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構,由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點,最多一個主節(jié)點可管理254 個子節(jié)點;同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡節(jié)點管理,最多可組成65000 個節(jié)點的大網(wǎng)。高安全 Zigbee 提供了三級安全模式免執(zhí)照頻段 采用直接序列擴頻在工業(yè)科學醫(yī)療( ISM) 頻段,2. 4 GHz (全球) 、915 MHz(美國) 和868 MHz(歐洲) 。 此三個頻帶物理層并不相同,其各自信道帶寬也不同,分別為0.6MHZ,2MHZ和5MHZ.分別有1個