ZigBee技術(shù)與應(yīng)用介紹

1、 nZigbee是是IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。通信技術(shù)。 n其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。數(shù)據(jù)速率、低成本。 n主要適合用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入主要適合用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。各種設(shè)備。 n簡而言之，簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。n工業(yè)自動化和家庭智能化對無線數(shù)據(jù)通信

2、的需求越工業(yè)自動化和家庭智能化對無線數(shù)據(jù)通信的需求越來越強(qiáng)烈，而藍(lán)牙技術(shù)對于這一領(lǐng)域顯然有一定的來越強(qiáng)烈，而藍(lán)牙技術(shù)對于這一領(lǐng)域顯然有一定的局限。局限。 n2002年年,zigbee Alliance成立。成立。 nZigbee協(xié)議在協(xié)議在2003年正式問世。年正式問世。 n2004年年,zigbee V1.0誕生。誕生。n2006年年,推出推出zigbee 2006,比較完善。比較完善。 n2007年底年底,zigbee PRO推出。推出。 nZigBee堆棧是在IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上建立的，從下往上依次是物理層，MAC層，網(wǎng)絡(luò)/安全層，應(yīng)用支持子層，應(yīng)用層。 物理層物理層MA

3、C層層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層安全層安全層應(yīng)用層應(yīng)用層應(yīng)用支持子層應(yīng)用支持子層ZigBee聯(lián)盟聯(lián)盟IEEE 802.15.4用戶用戶硬件實(shí)現(xiàn)硬件實(shí)現(xiàn)ZigBee平臺通信棧平臺通信棧應(yīng)用層應(yīng)用層物理層MAC層網(wǎng)絡(luò)/安全層支持/應(yīng)用層作用：作用：作用：作用：作用：作用：作用：作用：物理層是協(xié)議的最底層，承付著和外界直接作用的任務(wù)。主要目的：控制RF收發(fā)器工作。負(fù)責(zé)設(shè)備間無線數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護(hù)和結(jié)束確認(rèn)模式的數(shù)據(jù)傳送和接收。建立新網(wǎng)絡(luò)，保證數(shù)據(jù)的傳輸。對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，保證數(shù)據(jù)的完整性。應(yīng)用支持層根據(jù)服務(wù)和需求使多個器件之間進(jìn)行通信。應(yīng)用層主要根據(jù)具體應(yīng)用由用戶開發(fā)。星狀星狀網(wǎng)狀型網(wǎng)狀型簇狀型簇狀型網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器網(wǎng)

4、絡(luò)協(xié)調(diào)器全功能設(shè)備全功能設(shè)備( (FFD,Router):FFD,Router):可以支持可以支持任何一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以作為網(wǎng)絡(luò)任何一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)商者和普通協(xié)商者，并且可以和協(xié)商者和普通協(xié)商者，并且可以和任何一種設(shè)備進(jìn)行通信任何一種設(shè)備進(jìn)行通信精簡功能設(shè)備精簡功能設(shè)備( (RFDRFD):):不能成為任何不能成為任何協(xié)商者，可以和網(wǎng)絡(luò)協(xié)商者進(jìn)行通協(xié)商者，可以和網(wǎng)絡(luò)協(xié)商者進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)簡單信，實(shí)現(xiàn)簡單。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器：網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器：包含所有的網(wǎng)絡(luò)消息，是3種設(shè)備類型中嘴復(fù)雜的一種，存儲容量最大、計(jì)算能力最強(qiáng)。發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立一個網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、存儲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息、尋找一對節(jié)點(diǎn)間的路由

5、消息、不斷地接收信息。全功能設(shè)備（全功能設(shè)備（FFD）：）：可以擔(dān)任網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者，形成網(wǎng)絡(luò)，讓其他的FFD或是精簡功能裝置（RFD）連結(jié)，F(xiàn)FD具備控制器的功能，可提供信息雙向傳輸。精簡功能設(shè)備（精簡功能設(shè)備（RFD）：）：RFD只能傳送信息給FFD或從FFD接收信息。MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的功能，網(wǎng)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的功能，網(wǎng)絡(luò)可以通過多級跳的方式來通信；該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可以組絡(luò)可以通過多級跳的方式來通信；該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可以組成極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)還具備自組織、自愈功能。成極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)還具備自組織、自愈功能。通信可靠機(jī)制通信可靠機(jī)制ZigBee采用了采用了CSMA

6、-CA的碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要的碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競爭和沖突；明晰的信道檢測競爭和沖突；明晰的信道檢測MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接受方的確認(rèn)信息。包都必須等待接受方的確認(rèn)信息。網(wǎng)絡(luò)的自組織自語能力強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的自組織自語能力強(qiáng)ZigBee的自組織功能：無需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感的自組織功能：無需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感知其他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連結(jié)關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)；知其他節(jié)點(diǎn)的存在，并確定連結(jié)關(guān)系，組

7、成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)；ZigBee自愈功能：增加或者刪除一個節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置發(fā)自愈功能：增加或者刪除一個節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變動，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對網(wǎng)生變動，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障等等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，無需人工干預(yù)，保證整個系統(tǒng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，無需人工干預(yù)，保證整個系統(tǒng)仍然能正常工作。仍然能正常工作。數(shù)據(jù)傳輸速率低：數(shù)據(jù)傳輸速率低：10KB/秒-250KB/秒，專注于低傳輸應(yīng)用功耗低：功耗低：在低功耗待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號電池可使用6-24個月成本低：成本低：ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本網(wǎng)絡(luò)容量大：網(wǎng)絡(luò)容量大：網(wǎng)絡(luò)

8、可容納65000個設(shè)備時(shí)延短：時(shí)延短：典型搜索設(shè)備時(shí)延為30ms，休眠激活時(shí)延為15ms，活動設(shè)備信道接入時(shí)延為15ms。網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)，通信可靠網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)，通信可靠數(shù)據(jù)安全：數(shù)據(jù)安全：ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，采用AES-128加密算法（美國新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一），各個應(yīng)用可靈活確定其安全屬性工作頻段靈活：工作頻段靈活：使用頻段為2.4GHz、868MHz（歐洲）和915MHz（美國），均為免執(zhí)照（免費(fèi)）的頻段低功耗低功耗低成本低成本較低的報(bào)文吞吐率較低的報(bào)文吞吐率需要支持大型網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)的數(shù)量級需要支持大型網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)的數(shù)量級對通信服務(wù)

9、質(zhì)量對通信服務(wù)質(zhì)量QoS要求不高（甚至無要求不高（甚至無QoS）需要可選擇的安全等級（采用需要可選擇的安全等級（采用AES-128）加密加密發(fā)送鑒別發(fā)送鑒別報(bào)文的完整性報(bào)文的完整性需要多方面的較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用需要多方面的較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用要求高的網(wǎng)絡(luò)自組織、自恢復(fù)能力要求高的網(wǎng)絡(luò)自組織、自恢復(fù)能力低速無線設(shè)備 TV VCR DVD CD 鼠標(biāo)鼠標(biāo) 鍵盤鍵盤 操作桿操作桿 保安保安 HVAC 照明照明 門禁門禁 玩具玩具 游戲器具游戲器具 監(jiān)視監(jiān)視 診斷診斷 傳感器傳感器 監(jiān)視監(jiān)視 傳感器傳感器 自動化自動化控制控制工業(yè)、農(nóng)業(yè)和商業(yè)消費(fèi)電子消費(fèi)電子PC 機(jī)的機(jī)的外圍設(shè)備外圍設(shè)備家庭

10、家庭自動化自動化玩具和游玩具和游戲戲個人健康監(jiān)護(hù)結(jié)合結(jié)合ZigBee和和GPRS的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)基于基于ZigBee的油田油井遙測遙控?zé)o線通信的油田油井遙測遙控?zé)o線通信ZigBeeZigBee技術(shù)在石油石化行業(yè)的應(yīng)用技術(shù)在石油石化行業(yè)的應(yīng)用液化天然氣罐遠(yuǎn)程監(jiān)控液化天然氣罐遠(yuǎn)程監(jiān)控汽油管線的腐蝕監(jiān)測汽油管線的腐蝕監(jiān)測潤滑油供應(yīng)鏈潤滑油供應(yīng)鏈汽油管線侵入者監(jiān)測汽油管線侵入者監(jiān)測液化天然氣容器跟蹤液化天然氣容器跟蹤ZigBeeZigBee技術(shù)在石油石化行業(yè)的應(yīng)用技術(shù)在石油石化行業(yè)的應(yīng)用游船引擎震動監(jiān)控游船引擎震動監(jiān)控油罐車駕駛員安全措施油罐車駕駛員安全措施化工產(chǎn)品鐵路槽車的遠(yuǎn)程信

11、息處理化工產(chǎn)品鐵路槽車的遠(yuǎn)程信息處理基于基于ZigBeeZigBee技術(shù)的管道監(jiān)測無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的管道監(jiān)測無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)ZigBeeZigBee智能交通控制系統(tǒng)無線通信方案智能交通控制系統(tǒng)無線通信方案ZIGBEEZIGBEE無線通信的交通信號控制系統(tǒng)無線通信的交通信號控制系統(tǒng)- -交通路口控制通信交通路口控制通信ZIGBEEZIGBEE無線通信的交通信號控制系統(tǒng)無線通信的交通信號控制系統(tǒng)- -交通路口控制通信交通路口控制通信 ZigBee ZigBee智能交通控制系統(tǒng)無線通信方案智能交通控制系統(tǒng)無線通信方案基于基于ZigBeeZigBee技術(shù)的無線三表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)技術(shù)的無線三表遠(yuǎn)程抄表

12、系統(tǒng)采用采用MESHMESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｃ看眴卧獦窃O(shè)置一個每幢單元樓設(shè)置一個ZigBeeZigBee遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)一個小區(qū)設(shè)置一個一個小區(qū)設(shè)置一個ZigBeeZigBee中心節(jié)點(diǎn)中心節(jié)點(diǎn)ZigBeeZigBee中心節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通過中心節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通過GPRS/CDMAGPRS/CDMA或或ADSLADSL上傳到集抄中心上傳到集抄中心基于基于ZigBeeZigBee技術(shù)的無線三表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)技術(shù)的無線三表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng) 盡管ZigBee在出現(xiàn)伊始就以其低功耗，數(shù)據(jù)傳輸可靠，網(wǎng)絡(luò)容量大，安全可靠以及低成本等一系列令業(yè)界歡欣鼓舞的面貌示人，然而這種

13、主要用于室內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)卻并沒有太多的機(jī)會來讓其所具有的種種優(yōu)點(diǎn)物盡其用。不久前，市場調(diào)研公司In-Stat發(fā)布的一份報(bào)告就指出，目前，ZigBee的開發(fā)以大廈自動化設(shè)備、產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療及家庭自動化等領(lǐng)域?yàn)槟繕?biāo)。尤其在自動儀表領(lǐng)域，ZigBee擁有很高的關(guān)注度。In-Stat預(yù)測，支持ZigBee及IEEE802.15.4的芯片組的合計(jì)供貨量到2011年將從06年的500萬個增至1億2,000萬個。但在家電市場，由于競爭技術(shù)較多，ZigBee得以普及的可能性很低，發(fā)展前景難以預(yù)料。CompXs 自從自從Bluetooth出現(xiàn)以后，曾讓工業(yè)控制、家用出現(xiàn)以后，曾讓工業(yè)控制、家用自動控制、玩具制

14、造商等業(yè)者雀躍不已，但是自動控制、玩具制造商等業(yè)者雀躍不已，但是Bluetooth的售價(jià)一直居高不下，影響了這些廠商的售價(jià)一直居高不下，影響了這些廠商的使用意愿。的使用意愿。 ZigBee作為一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功作為一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有效彌補(bǔ)耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有效彌補(bǔ)了低成本、低功耗和低速率無線通信市場的空缺，其了低成本、低功耗和低速率無線通信市場的空缺，其成功的關(guān)鍵在于豐富而便捷的應(yīng)用，而不是技術(shù)本身成功的關(guān)鍵在于豐富而便捷的應(yīng)用，而不是技術(shù)本身。隨著正式版本協(xié)議的公布，更多的注意力和研發(fā)力。隨著正式版本協(xié)議的公布，更多的注意力和研發(fā)力量將轉(zhuǎn)到應(yīng)用的