《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)及應(yīng)用(第2版)微課視頻版》 課件全套 第1-9章 物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)概述-物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的綜合應(yīng)用

1.1物聯(lián)網(wǎng)通信的起源及發(fā)展1.2物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)

1.3物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展前景1.4物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展的新特征第1章物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)概述

1.1物聯(lián)網(wǎng)通信的起源及發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)概念定義無(wú)所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)代即將來(lái)臨，世界上所有的物體可以通過(guò)因特網(wǎng)主動(dòng)進(jìn)行信息交換。概念與定義國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU)

物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings）的概念最早由MITAuto-ID中心Ashton教授于1999年在研究射頻識(shí)別（RFID）時(shí)首先提出。智慧地球感知中國(guó)1.1物聯(lián)網(wǎng)通信的起源及發(fā)展

物品通過(guò)短距離RFID等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)局域范圍內(nèi)的物品“智能化識(shí)別和管理”。物聯(lián)網(wǎng)目標(biāo)當(dāng)代認(rèn)識(shí)早期認(rèn)識(shí)能夠提供種物我合一的生活境界就是一種虛擬數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)物理世界的融合。1.1物聯(lián)網(wǎng)通信的起源及發(fā)展

在“數(shù)字世界泛在化”和“物理世界智能化”的融合過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)被賦予多個(gè)維度的內(nèi)涵，具有多重含義。從領(lǐng)域的維度（橫向）1.1物聯(lián)網(wǎng)通信的起源及發(fā)展

感知傳輸智能從層次的維度（縱向）1.1物聯(lián)網(wǎng)通信的起源及發(fā)展

應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層感知層公共支撐層QOS管理信息安全網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)識(shí)解析物聯(lián)網(wǎng)框架結(jié)構(gòu)1.1物聯(lián)網(wǎng)通信的起源及發(fā)展協(xié)同信息處理子層信息匯聚信息協(xié)同處理中間件傳送網(wǎng)關(guān)短距離通信傳輸子層有線數(shù)據(jù)傳輸無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸無(wú)線傳感器傳輸數(shù)據(jù)采集子層傳感器條碼識(shí)別RFID多媒體信息采集成定位感知控制層1.1物聯(lián)網(wǎng)通信的起源及發(fā)展網(wǎng)絡(luò)傳輸層移動(dòng)通信網(wǎng)固定通訊網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)廣播電視網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)1.1物聯(lián)網(wǎng)通信的起源及發(fā)展

應(yīng)用層

行業(yè)應(yīng)用層智能工業(yè)智能農(nóng)業(yè)智能交通環(huán)境監(jiān)測(cè)

服務(wù)支撐層SOA海量存儲(chǔ)分布數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)挖掘1.2物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)

可靠地傳輸異構(gòu)平臺(tái)協(xié)議IPX25ZIGBEE

物理世界虛擬世界數(shù)字世界與人類世界交匯ThingToThingM2M

ThingToPerson

1.2物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸層匯聚1匯聚N感知控制層1感知控制層2感知控制層3感知控制層41.2物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)

感知層通信系統(tǒng)

短距離有線通信

短距離無(wú)線通信

無(wú)線傳感器通信1231.2物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)層通信系統(tǒng)GSPSTNM/CDMATD/SCDMADDN/ATM/FR其他專用網(wǎng)1.3物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展前景

面臨的問(wèn)題軟件無(wú)線電和認(rèn)知無(wú)線電體系物聯(lián)網(wǎng)中的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合基于多通信協(xié)議的高能效傳感器網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)頻通信和頻譜分配問(wèn)題

IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1.3物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展前景

1

擴(kuò)頻通信使WSN之間的通信不因受干擾而影響通信質(zhì)量

2

頻譜分配滿足大量部署WSN對(duì)頻譜資源的需求。

物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)頻通信和頻譜分配問(wèn)題1.3物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展前景

基于軟件無(wú)線電和認(rèn)知無(wú)線電的物聯(lián)網(wǎng)通信體系架構(gòu)

認(rèn)知無(wú)線電可以識(shí)別利用率低的無(wú)線頻段，并將這些頻段回收，統(tǒng)一管理，優(yōu)化分配。解決無(wú)線頻段資源緊張的問(wèn)題。軟件無(wú)線電具有統(tǒng)一的硬件平臺(tái)，多樣化軟件調(diào)制方式和傳輸模式的特點(diǎn)，它可以滿足未來(lái)不斷發(fā)展的無(wú)線通信模式變化的需求，而且成本低廉1.3物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展前景

接入環(huán)境網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性

網(wǎng)絡(luò)融合

網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性BECDA

接入技術(shù)異構(gòu)

組網(wǎng)異構(gòu)

頻譜資源異構(gòu)運(yùn)營(yíng)管理異構(gòu)終端異構(gòu)1.3物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展前景

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合方案終端融合

業(yè)務(wù)融合網(wǎng)絡(luò)融合1.3物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展前景

1研究高效傳輸通信協(xié)議以減少傳輸單位比特能量的開(kāi)銷。

2研究多種相合融合的

多通信協(xié)議?；诙嗤ㄐ艆f(xié)議的高能效傳感器網(wǎng)絡(luò)1.3物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展前景

IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

IP4IP6兩種通信協(xié)議自動(dòng)識(shí)別與轉(zhuǎn)換，以克服IP通信帶來(lái)的QOS不穩(wěn)定。1.4物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展的新特征LPWAN通信技術(shù)的崛起物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展對(duì)無(wú)線通信技術(shù)提出了更高的要求，專為低帶寬、低功耗、遠(yuǎn)距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的LPWAN(low-powerWide-AreaNetwork，低功耗廣域網(wǎng))正在快速興起。其中，逐漸形成了NB－IoT、eMTC、LoRa三大通訊技術(shù)的三足鼎立，每種技術(shù)各有千秋，在各自的應(yīng)用場(chǎng)景上有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。IoT是碎片化的，這就要求協(xié)議間的兼容與互通，雖然三種技術(shù)想互存在競(jìng)爭(zhēng)，但是未來(lái)NB－IoT、eMTC、LoRa也是需要相互融合的。如圖1.4所示，LPWAN主要是服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)層的遠(yuǎn)距離通訊技術(shù)。1.4物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展的新特征NB－IoTNB-IoT(NarrowBand-InternetofThings，窄帶物聯(lián)網(wǎng))，是由3GPP標(biāo)準(zhǔn)化組織定義的一種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是一種專為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的可在全球范圍內(nèi)廣泛使用的窄帶射頻技術(shù)，其使用License頻段，可采取帶內(nèi)、保護(hù)帶或獨(dú)立載波等三種部署方式，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存。1.4物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展的新特征eMTC雖然NB－IoT能滿足物聯(lián)網(wǎng)很多的應(yīng)用場(chǎng)景，但是在可靠低時(shí)延等場(chǎng)景里面，eMTC才是最優(yōu)解。eMTC是由LTE協(xié)議演進(jìn)而來(lái)的，也就是中國(guó)移動(dòng)的通訊協(xié)議。移動(dòng)為了降低成本，對(duì)LTE協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化，讓用戶設(shè)備支持1．4MHz的射頻和基帶帶寬，直接接入LTE網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)閺某志冒l(fā)展上，物聯(lián)網(wǎng)成本是必須考慮的事情。1.4物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展的新特征LoRaLoRa有個(gè)中文名叫做遠(yuǎn)距離無(wú)線電，它的一大特點(diǎn)是在同樣功耗下比其它無(wú)線方式傳播的距離更遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)了低功耗和遠(yuǎn)距離的統(tǒng)一，是一種前景廣闊的通訊技術(shù)。LoRa網(wǎng)絡(luò)主要由四部分組成，它們是基站（也可以是網(wǎng)關(guān)）、服務(wù)器、LoRa終端和物聯(lián)網(wǎng)云。LoRa的特點(diǎn)是應(yīng)用端和服務(wù)器端數(shù)據(jù)雙向傳遞。一般來(lái)說(shuō)，LoRa在城市中無(wú)線距離范圍是1~2公里，在郊區(qū)無(wú)線距離最高可達(dá)20km。1.4物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展的新特征物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的5G之路5G將是連接新行業(yè)、支持新服務(wù)并營(yíng)造新用戶體驗(yàn)的更強(qiáng)大統(tǒng)一連接平臺(tái)。物聯(lián)網(wǎng)將是5G不可或缺的一部分，提供4GLTE無(wú)法支持的新型物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)和效率。目前5G愿景定義明確，2020年開(kāi)始商用，它將進(jìn)一步增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、更高效地支持大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)并且促成全新關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)。1.4物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展的新特征物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的5G之路降低復(fù)雜性，支持更低成本設(shè)備提高功率效率，實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)電池續(xù)航增強(qiáng)覆蓋，更好地支持挑戰(zhàn)性的位置部署支持更高節(jié)點(diǎn)密度部署第1章物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)概述

本章內(nèi)容結(jié)束，謝謝！

2.1通信的基本概念2.2通信系統(tǒng)的組成

2.3通信系統(tǒng)的分類

2.4通信方式2.5信息及其度量2.6通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)第2章通信原理

指人與人或人與自然之間通過(guò)某種行為或媒介進(jìn)行的信息交流與傳遞，從廣義上指需要信息的雙方或多方在不違背各自意愿的情況下采用任意方法，任意媒質(zhì)，將信息從某方準(zhǔn)確安全地傳送到另方。通信的定義2.1通信的基本概念傳遞消息中所包含的信息消息：是物質(zhì)或精神狀態(tài)的一種反映，例如語(yǔ)音、文字、音樂(lè)、數(shù)據(jù)、圖片或活動(dòng)圖像等。信息：是消息中包含的有效內(nèi)容。2.1通信的基本概念2.1.1通信的目的烽火臺(tái)驛馬快遞飛鴿傳書(shū)非電信號(hào)的通信2.1通信的基本概念2.1.2實(shí)現(xiàn)通信的方式和手段電報(bào)、電話、廣播、電視、遙控、遙測(cè)、因特網(wǎng)和計(jì)算機(jī)通信電信號(hào)的通信2.1通信的基本概念2.1.2實(shí)現(xiàn)通信的方式和手段信息源信道受信者發(fā)送設(shè)備噪聲源發(fā)送端接收端接收設(shè)備2.2通信系統(tǒng)的組成2.2.1

通信系統(tǒng)的一般模型代表消息的信號(hào)參量取值連續(xù)。

例如麥克風(fēng)輸出電壓。2.2通信系統(tǒng)的組成2.2.2模擬信號(hào)代表消息的信號(hào)參量取值為有限個(gè)。例如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入輸出信號(hào)。2.2通信系統(tǒng)的組成2.2.3數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)源信道受信者調(diào)制器噪聲源發(fā)送端接收端解調(diào)器2.2通信系統(tǒng)的組成2.2.4模擬通信系統(tǒng)利用模擬信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)模擬消息

原始電信號(hào)（基帶信號(hào)）基帶信號(hào)

已調(diào)信號(hào)（帶通信號(hào)）2.2通信系統(tǒng)的組成2.2.4模擬通信系統(tǒng)利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)2.2通信系統(tǒng)的組成2.2.5數(shù)字通信系統(tǒng)信息源信源編碼加密信道編碼數(shù)字調(diào)制數(shù)字解調(diào)信道譯碼解密信源譯碼受信者信道噪聲源信源編碼與譯碼的目的提高信息傳輸?shù)挠行酝瓿赡?數(shù)轉(zhuǎn)換同步的目的使收發(fā)兩端的信號(hào)在時(shí)間上保持步調(diào)一致加密與解密目的保證所傳信息的安全數(shù)字調(diào)制與解調(diào)目的形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘?hào)信道編碼與譯碼目的增強(qiáng)抗干擾能力2.2通信系統(tǒng)的組成2.2.5數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)，且噪聲不積累1傳輸差錯(cuò)可控2易于集成，使通信設(shè)備微型化，重量輕56便于將來(lái)自不同信源的信號(hào)綜合到一起傳輸6便于處理、變換、存儲(chǔ)3易于加密處理，且保密性好42.2通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信的缺點(diǎn)需要較大的傳輸帶寬1對(duì)同步要求高22.2通信系統(tǒng)的組成按通信業(yè)務(wù)分類電報(bào)通信系統(tǒng)電話通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)圖像通信系統(tǒng)2.3通信系統(tǒng)的分類按調(diào)制方式分類基帶傳輸系統(tǒng)帶通（調(diào)制）傳輸系統(tǒng)2.3通信系統(tǒng)的分類按信號(hào)特征分類模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)2.3通信系統(tǒng)的分類按傳輸媒介分類有線通信系統(tǒng)無(wú)線通信系統(tǒng)2.3通信系統(tǒng)的分類按工作波段分類長(zhǎng)波通信中波通信短波通信微波通信2.3通信系統(tǒng)的分類按信號(hào)復(fù)用方式分類頻分復(fù)用時(shí)分復(fù)用碼分復(fù)用波分復(fù)用2.3通信系統(tǒng)的分類消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?.4通信方式2.4.1單工通信通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時(shí)收發(fā)的工作方式2.4通信方式2.4.2半雙工通信通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式2.4通信方式2.4.3全雙工通信將代表信息的數(shù)字信號(hào)碼元序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省傳輸時(shí)間，速度快：不需要字符同步措施缺點(diǎn)：需要n條通信線路，成本高2.4通信方式2.4.4并行傳輸將數(shù)字信號(hào)碼元序列以串行方式一個(gè)碼元接一個(gè)碼元地在一條信道上傳輸優(yōu)點(diǎn)：只需一條通信信道，節(jié)省線路鋪設(shè)費(fèi)用缺點(diǎn)：速度慢，需要外加碼組或字符同步措施2.4通信方式2.4.5串行傳輸隨著技術(shù)的發(fā)展，以USB技術(shù)為代表串行傳輸速度已經(jīng)超過(guò)了并行傳輸。信息：是消息中包含的有效內(nèi)容度量信息量的原則能度量任何消息，并與消息的種類無(wú)關(guān)。度量方法應(yīng)該與消息的重要程度無(wú)關(guān)。消息中所含信息量和消息內(nèi)容的不確定性有關(guān)【例】“某客機(jī)墜毀”這條消息比“今天下雨”這條消息包含有更多的信息。消息所表達(dá)的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。2.5信息及其度量事件的不確定程度可以用其出現(xiàn)的概率來(lái)描述： 消息出現(xiàn)的概率越小，則消息中包含的信息量就越大。設(shè)：P(x)－消息發(fā)生的概率，

I

－消息中所含的信息量，則P(x)和I之間應(yīng)該有如下關(guān)系：I是P(x)的函數(shù)：I＝I[P(x)]P(x)

，I

；P(x)

，I

；

P(x)=1時(shí)，I

＝0；P(x)=0時(shí)，I

＝

；

2.5信息及其度量滿足上述3條件的關(guān)系式即為信息量的定義上式中對(duì)數(shù)的底： 若a=2，信息量的單位稱為比特(bit)，可簡(jiǎn)記為b

若a=e，信息量的單位稱為奈特(nat)， 若a=10，信息量的單位稱為哈特萊(Hartley)。通常廣泛使用的單位為比特，這時(shí)有

(b)2.5信息及其度量【例】一離散信源由“0”“1”“2”“3”四個(gè)符號(hào)組成，它們出現(xiàn)的概率分別為3/8，1/4，1/4，1/8，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)立的。試求某消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。【解】此消息中，“0”出現(xiàn)23次，“1”出現(xiàn)14次，“2”出現(xiàn)13次，“3”出現(xiàn)7次，共有57個(gè)符號(hào)。故該消息的信息量

每個(gè)符號(hào)的算術(shù)平均信息量為2.5信息及其度量指?jìng)鬏斠欢ㄐ畔⒘繒r(shí)所占用的信道資源（頻帶寬度和時(shí)間間隔）是傳輸?shù)摹八俣取眴?wèn)題。指接收信息的準(zhǔn)確程度是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問(wèn)題。性能指標(biāo)概述可靠性有效性由于模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)的通信方式不同，因此，需要分別描述性能指標(biāo)。2.6通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)可用有效傳輸頻帶來(lái)度量。有效性可用接收端最終輸出信噪比來(lái)度量。可靠性2.6通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)用傳輸速率和頻帶利用率來(lái)衡量。有效性常用誤碼率和誤信率表示。可靠性2.6通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)用傳輸速率和頻帶利用率來(lái)衡量。有效性碼元傳輸速率RB定義為單位時(shí)間（每秒）傳送碼元的數(shù)目，單位為波特（Baud），簡(jiǎn)記為B式中T－碼元的持續(xù)時(shí)間（秒）2.6通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)用傳輸速率和頻帶利用率來(lái)衡量。有效性信息傳輸速率Rb定義為單位時(shí)間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特?cái)?shù)，單位為比特/秒，簡(jiǎn)記為b/s

，或bpsRB和Rb的關(guān)系或?qū)τ诙M(jìn)制數(shù)字信號(hào)：M=2，碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等。對(duì)于多進(jìn)制，如八進(jìn)制（M=8）中，若碼元速率為1200B，，則信息速率為3600b/s。2.6通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)用傳輸速率和頻帶利用率來(lái)衡量。有效性

頻帶利用率定義為單位帶寬（1赫茲）內(nèi)的傳輸速率或2.6通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)常用誤碼率和誤信率表示?？煽啃?/p>

誤碼率

誤信率又稱誤比特率在二進(jìn)制中有2.6通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)本章內(nèi)容結(jié)束，謝謝！第2章通信原理3.1ZigBee技術(shù)概述

3.2ZigBee協(xié)議棧3.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議3.5ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組建第3章ZigBee通信技術(shù)ZigBee是什么？ZigBee有什么？ZigBee能干什么？應(yīng)用特點(diǎn)形成3.1ZigBee技術(shù)概述3.1.1ZigBee技術(shù)的形成、發(fā)展ZigBee名稱的由來(lái)源于蜂群使用的賴以生存和發(fā)展的通信方式；蜜蜂通過(guò)跳Zig-Zag形狀的舞蹈來(lái)分享新發(fā)現(xiàn)的食物源位置、距離和方向等資訊。3.1ZigBee技術(shù)概述ZigBee的定義基于IEEE802.15.4協(xié)議；一種無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；由ZigBee聯(lián)盟制定。

ZigBee聯(lián)盟成立于2001年9月；成員為半導(dǎo)體廠商、無(wú)線IP供應(yīng)商、OEM廠商及終端用戶等；目前擁有400多個(gè)成員。3.1.1ZigBee技術(shù)的形成、發(fā)展3.1ZigBee技術(shù)概述2001年

8月ZigBee聯(lián)盟成立2004年12月1.0標(biāo)準(zhǔn)敲定(ZigBee2004)2005年9月公布1.0標(biāo)準(zhǔn)并提供下載2006年12月進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)修訂，推出1.1版(ZigBee2006)2007年

10月完成再次修訂(ZigBee2007/PRO)2000年

12月成立工作小組起IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)3.1.1ZigBee

技術(shù)的形成、發(fā)展3.1ZigBee技術(shù)概述20～250kbps的較低速率，分別提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率。最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。發(fā)射功率僅為1mW，而且采用了休眠模式,功耗低；ZigBee模塊的初始成本；協(xié)議簡(jiǎn)單，免專利費(fèi)?；谘h(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和認(rèn)證,采用了AES-128的加密算法；采取了碰撞避免策略。響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms。傳輸速率低速度快、時(shí)延短網(wǎng)絡(luò)容量大安全、可靠低功耗、低成本特點(diǎn)3.1.2ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)3.1ZigBee技術(shù)概述適用條件BECDA設(shè)備成本很低，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很??；

設(shè)備體積很小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊；沒(méi)有充足的電源支持，只能使用一次性電池；頻繁地更換電池或者反復(fù)地充電無(wú)法做到或者很困難；用于監(jiān)測(cè)或控制且通信覆蓋較大范圍的網(wǎng)絡(luò)。

ZigBee技術(shù)的適用條件3.1.3ZigBee技術(shù)的應(yīng)用3.1ZigBee技術(shù)概述ZigBee技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域數(shù)字家庭工業(yè)領(lǐng)域精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域智能交通3.1.3ZigBee技術(shù)的應(yīng)用3.1ZigBee技術(shù)概述物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)路層應(yīng)用層IEEE802.15.4ZigBee聯(lián)盟3.2ZigBee協(xié)議棧ZigBee協(xié)議棧和硬件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系

主要功能IEEE802.15.4/ZigBee物理層（PHY）的任務(wù)是通過(guò)無(wú)線信道進(jìn)行安全、有效的數(shù)據(jù)通信，為MAC層提供服務(wù)；實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)通信需要利用對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼并調(diào)制到高頻載波上輻射出去，對(duì)具體無(wú)線設(shè)備的發(fā)射功率也作了一定限定。3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.1物理層頻段及信道3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.1物理層信道編號(hào)中心頻率(MHz) 信道間隔(MHz)頻率上限(MHz) 頻率下限(MHz)K=0868.3868.6868.0K=1,2,3…10906+2(k-1)2928.0902.0K=11,12,13…262401+5(K-11)52483.52400.0ZigBee無(wú)線信道的組成3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.1物理層物理層管理實(shí)體數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn)物理層個(gè)域網(wǎng)絡(luò)基本信息物理層實(shí)體——服務(wù)接入點(diǎn)無(wú)線射頻---服務(wù)接入點(diǎn)物理層物理層管理實(shí)體3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.1物理層參考模型LLC子層在IEEE802.6標(biāo)準(zhǔn)中定義，為802標(biāo)準(zhǔn)系列所共用；LLC子層的主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)包的分段與重組以及確保數(shù)據(jù)包按順序傳輸。

LLC子層MAC子層協(xié)議則依賴于各自的物理層；IEEE802.15.4的MAC子層能支持多種LLC標(biāo)準(zhǔn)；其他LLC標(biāo)準(zhǔn)直接使用IEEE802.15.4的MAC子層的服務(wù)。MAC子層主要功能通過(guò)CSMA-CA機(jī)制解決信道訪問(wèn)時(shí)的沖突；發(fā)送信標(biāo)或檢測(cè)、跟蹤信標(biāo)；處理和維護(hù)保護(hù)時(shí)隙；連接的建立和斷開(kāi)；安全機(jī)制。3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.2數(shù)據(jù)鏈路層MAC公共部分子層服務(wù)接入點(diǎn)MAC層管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)物理層管理實(shí)體服務(wù)接入點(diǎn)物理層數(shù)據(jù)服務(wù)接入點(diǎn)MAC層管理實(shí)體MAC層個(gè)域網(wǎng)信息庫(kù)MAC公共部分子層3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.2數(shù)據(jù)鏈路層MAC子層的參考模型

主要功能生成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元指定拓?fù)鋫鬏斅酚删W(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)形成、允許設(shè)備連接、路由器初始化、設(shè)備同網(wǎng)絡(luò)的連接3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.3網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)實(shí)體網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體NLME—SAP上層實(shí)體MCPS—SAPMLME—SAPNLDE—SAPMAC層實(shí)體3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.3網(wǎng)絡(luò)層參考模型功能包括：維持綁定表、在綁定的設(shè)備之間傳送消息。應(yīng)用層參考模型3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.4應(yīng)用層3.2.5Z-Stack協(xié)議棧3.2ZigBee協(xié)議棧ZigBee協(xié)議棧由各層定義的協(xié)議組成，以函數(shù)庫(kù)的形式實(shí)現(xiàn)，為編程人員提供應(yīng)用層API。TI公司的Z-Stack協(xié)議棧已經(jīng)成為ZigBee聯(lián)盟認(rèn)可并推廣的指定軟件規(guī)范，全球眾多ZigBee開(kāi)發(fā)商都廣泛采用該協(xié)議棧。Z-Stack協(xié)議棧的軟件架構(gòu)3.2.5Z-Stack協(xié)議棧3.2ZigBee協(xié)議棧3.2.5Z-Stack協(xié)議棧3.2ZigBee協(xié)議棧Z-Stack協(xié)議棧源碼結(jié)構(gòu)request請(qǐng)求indication指示原response響應(yīng)原語(yǔ)confirm確認(rèn)原語(yǔ)原語(yǔ)類型上層使用request原語(yǔ)請(qǐng)求下層執(zhí)行任務(wù)；下層使用confirm語(yǔ)言向上層匯報(bào)執(zhí)行結(jié)果；

節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送信息，使用indication原語(yǔ)；節(jié)點(diǎn)B上層收到信息后使用response原語(yǔ)。使用規(guī)范原語(yǔ)簡(jiǎn)介ZigBee協(xié)議采用層結(jié)構(gòu)，各層之間通過(guò)相應(yīng)的服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)來(lái)提供服務(wù)。ZigBee協(xié)議為了實(shí)現(xiàn)層與層之間的關(guān)聯(lián)，采用了稱為服務(wù)“原語(yǔ)"的操作。3.2.6ZigBee原語(yǔ)3.2ZigBee協(xié)議棧全功能設(shè)備FullFunctionDevice:FFD；具備控制器的功能，可設(shè)置網(wǎng)絡(luò)。精簡(jiǎn)功能設(shè)備ReducedFunctionDevice:RFD；可傳送信息給FFD或從FFD接收信息。設(shè)備地址64位的IEEEMAC地址（擴(kuò)展地址）16位的短地址（邏輯地址）ZigBee網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備3.3.1設(shè)備類型3.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)建立新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)管理網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)路由器節(jié)點(diǎn)路由發(fā)現(xiàn)消息轉(zhuǎn)發(fā)允許其他節(jié)點(diǎn)通過(guò)其關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集傳輸通過(guò)協(xié)調(diào)器或路由器關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)3.3.2節(jié)點(diǎn)類型3.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)3.3.2節(jié)點(diǎn)類型3.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)路由器節(jié)點(diǎn)3.3.2節(jié)點(diǎn)類型3.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)終端節(jié)點(diǎn)3.3.2節(jié)點(diǎn)類型3.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的工作流程路由器節(jié)點(diǎn)建立網(wǎng)絡(luò)的流程終端節(jié)點(diǎn)建立綁定流程3.3.3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型3.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星狀結(jié)構(gòu)(Star)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)(Tree)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(Mesh)優(yōu)點(diǎn)---最簡(jiǎn)單的一種拓?fù)湫问剑?--包含一個(gè)協(xié)調(diào)器結(jié)點(diǎn)和一系列的終端節(jié)點(diǎn)。缺點(diǎn)---協(xié)調(diào)器結(jié)點(diǎn)故障將致使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。CPEP1EP2星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)ZigBee協(xié)調(diào)器ZigBee路由器ZigBee終端3.3.3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型3.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)---可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)多跳信息服務(wù)。---具有一定的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。

樹(shù)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)ZigBee協(xié)調(diào)器ZigBee路由器ZigBee終端RP2EP3RP1EP1EP2CP缺點(diǎn)---不能很好適應(yīng)外部動(dòng)態(tài)環(huán)境；---任意節(jié)點(diǎn)中斷或故障將會(huì)使部分節(jié)點(diǎn)脫離網(wǎng)絡(luò)。3.3.3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型3.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)缺點(diǎn)---實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)ZigBee協(xié)調(diào)器ZigBee路由器ZigBee終端RP2CPEPRP1RP3優(yōu)點(diǎn)---具有自組織，自愈的功能。

---具有更加靈活的信息路由規(guī)則。RP43.3.3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型3.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)ZigBee路由協(xié)議描述路由協(xié)議作用

監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化交換路由信息確定目的節(jié)點(diǎn)的位置產(chǎn)生、維護(hù)以及取消路由選擇路由并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)ZigBee路由協(xié)議為了達(dá)到節(jié)約成本，節(jié)省能量消耗的設(shè)計(jì)目標(biāo)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的一部份節(jié)點(diǎn)的功能被簡(jiǎn)化，這些節(jié)點(diǎn)只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的收發(fā)，而不能充當(dāng)路由器。3.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議設(shè)備地址的類型

64bitIEEE擴(kuò)展地址：類似于MAC地址，節(jié)點(diǎn)唯一標(biāo)識(shí)。

16-bit網(wǎng)絡(luò)短地址：節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)由其父節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)分配；用于路由機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸。節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)深度定義：從節(jié)點(diǎn)到根節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)器的最短跳數(shù)，標(biāo)識(shí)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中的層次位置。當(dāng)協(xié)調(diào)器建立一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)后，首先將自己的16bit網(wǎng)絡(luò)地址初始化為0，網(wǎng)絡(luò)深度初始化為0。

3.4.1

網(wǎng)絡(luò)層地址分配機(jī)制3.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議16bit網(wǎng)絡(luò)短地址的分配原則規(guī)定每個(gè)父節(jié)點(diǎn)最多可連接C個(gè)子節(jié)點(diǎn)，這些子節(jié)點(diǎn)中最多可以有R個(gè)路由節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)的最大深度為L(zhǎng)，Cskip(d)是網(wǎng)絡(luò)深度為d的父節(jié)點(diǎn)為其子節(jié)點(diǎn)分配的地址之間的偏移量，其計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)如下：說(shuō)明：當(dāng)Cskip(d)為0時(shí)，表明父節(jié)點(diǎn)不具備為子節(jié)點(diǎn)分配地址的能力，也即它不能夠再使別的節(jié)點(diǎn)通過(guò)它加入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)Cskip(d)大于0時(shí)，表明父節(jié)點(diǎn)可以接受其它節(jié)點(diǎn)為其子節(jié)點(diǎn)，并為子節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址。父節(jié)點(diǎn)會(huì)為第一個(gè)與它關(guān)聯(lián)的路由節(jié)點(diǎn)分配比自己大1的地址，之后與之關(guān)聯(lián)的路由節(jié)點(diǎn)的地址之間都相隔偏移量Cskip(d)。3.4.1

網(wǎng)絡(luò)層地址分配機(jī)制3.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議2438761091115【例3.5】在圖3.29所示的網(wǎng)絡(luò)中，共有11個(gè)節(jié)點(diǎn)。其中，中間的深色節(jié)點(diǎn)為ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)是與協(xié)調(diào)器相連的路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)。假設(shè)在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，每個(gè)父節(jié)點(diǎn)最多可以連接4個(gè)子節(jié)點(diǎn)(C=4)，且這些子節(jié)點(diǎn)中最多可以有4個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)(R=4)，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的最大深度為3(L=3)。計(jì)算各個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址。

路由表

ZigBee協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)和ZigBee路由節(jié)點(diǎn)都保存一張路由表用來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組，為網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點(diǎn)保存一個(gè)路由表?xiàng)l目。

16bit3bit16bitDestinationaddressStatusNext—hopaddressDestinationaddress：此條路由的目的節(jié)點(diǎn)地址；Status：此條路由的狀態(tài)信息；Next—hopaddress：通往目的節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)地址。3.4.2ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議

路由發(fā)現(xiàn)表

ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)保存路由發(fā)現(xiàn)表，表中條目用來(lái)儲(chǔ)存路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的一些臨時(shí)路由信息。8bit16bit16bit8bit8bit16bitRouterequestIDSourceaddressSenderaddressForwardcostResidualcostExpirationtimeRouterequestID：發(fā)起路由請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的序列號(hào)；Sourceaddress：發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)地址；Senderaddress：路由請(qǐng)求分組發(fā)送給此節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)地址;Forwardcost：發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)到此節(jié)點(diǎn)路徑開(kāi)銷；Residualcost：此節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的開(kāi)銷；Expirationtime：路由建立過(guò)程的有效時(shí)間。3.4.2ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議

鄰居節(jié)點(diǎn)列表

ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都保存一張鄰居節(jié)點(diǎn)列表，用來(lái)存儲(chǔ)此節(jié)點(diǎn)傳輸范圍內(nèi)其它節(jié)點(diǎn)的信息。

16bit64bit16bit8bit8bitPANID

Extendedaddress

Networkaddress

Devicetype

Relationship

PANId：鄰節(jié)點(diǎn)PAN標(biāo)識(shí)符；Extendedaddress：鄰節(jié)點(diǎn)的64bitIEEE擴(kuò)展地址；Networkaddress：鄰節(jié)點(diǎn)16bit網(wǎng)絡(luò)地址；Devicetype：鄰節(jié)點(diǎn)類型；Relationship：鄰節(jié)點(diǎn)與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的關(guān)系。3.4.2ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議

路由請(qǐng)求分組具有路由功能的節(jié)點(diǎn)可以向周圍鄰節(jié)點(diǎn)廣播一個(gè)RREQ分組，目的是為了找到一條通往它希望到達(dá)的目的節(jié)點(diǎn)的有效路徑。

8bit8bit8bit16bit8bitCommandframeidentifierCommandoptionsRouterequestIDDestinationaddressPathcostCommandframeidentifier：指出此控制分組的類型；Commandoptions：指出此路由請(qǐng)求分組是否是在路由修復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生；RouterequestID：發(fā)起路由請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的序列號(hào)；Destinationaddress：發(fā)起路由請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)希望建立的路徑的目的地址；Pathcost：指從RREQ的發(fā)起節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前接收RREQ的節(jié)點(diǎn)的路徑開(kāi)銷。

3.4.2ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議

路由應(yīng)答分組RREQ分組希望到達(dá)的目的節(jié)點(diǎn)收到RREQ后向RREQ分組的發(fā)起節(jié)點(diǎn)回復(fù)一個(gè)RREP分組。8bit8bit8bit16bit16bit8bitCommandframeidentifierCommandoptionsRouterequestIDOriginatoraddressResponderaddressPathcostOriginatoraddress：發(fā)起路由請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址；Responderaddress：該條路由的目的節(jié)點(diǎn)地址，即響應(yīng)RREQ的節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址。3.4.2ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議

路由出錯(cuò)分組當(dāng)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組失敗時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)RERR分組，目的是為了通知此數(shù)據(jù)分組的源節(jié)點(diǎn)分組轉(zhuǎn)發(fā)失敗。8bit8bit16bitCommandframeidentifierErrorcodeDestinationaddressCommandframeidentifier：指出此控制分組的類型(Ox01RREQ，0x02RKEP，0x03RERR)；Errorcode：指出路由出錯(cuò)的原因；Destinationaddress：指被轉(zhuǎn)發(fā)失敗的數(shù)據(jù)分組的目的地址。3.4.2ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議3.4.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由算法3.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議AODVjr路由算法樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)路由算法

AODVjr路由算法

AODV路由協(xié)議是一種按需路由協(xié)議，利用擴(kuò)展環(huán)搜索的辦法來(lái)限制搜索發(fā)現(xiàn)過(guò)的目的節(jié)點(diǎn)的范圍，支持組播，可以實(shí)現(xiàn)在ZigBee節(jié)點(diǎn)間動(dòng)態(tài)的，自發(fā)的路由，使節(jié)點(diǎn)很快的獲得通向所需目的的的路由。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中使用一種簡(jiǎn)化版本的AODV協(xié)議，AODVjr路由只有在路由節(jié)點(diǎn)接收到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，并且網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的目的地址不在節(jié)點(diǎn)的路由表中時(shí)才會(huì)進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程。3.4.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由算法3.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程1源節(jié)點(diǎn)首先創(chuàng)建一個(gè)路由請(qǐng)求分組(RREQ)；

建立相應(yīng)的路由表?xiàng)l目和路由發(fā)現(xiàn)表?xiàng)l目，狀態(tài)設(shè)置為路由發(fā)現(xiàn)中。2當(dāng)RREQ消息從一個(gè)源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到不同的目的地時(shí)，沿途所經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)都要自動(dòng)建立到源節(jié)點(diǎn)的反向路由；當(dāng)RREQ消息最終到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證后產(chǎn)生應(yīng)答。反向路由建立3在RREP以單播方式轉(zhuǎn)發(fā)回源節(jié)點(diǎn)的過(guò)程中，沿著這條路徑上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)根據(jù)PREP的指導(dǎo)建立到目的節(jié)點(diǎn)的路由，也就是說(shuō)確定到目的地址節(jié)點(diǎn)的下一跳(next-hop)。正向路由的建立3.4.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由算法3.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)措施

目的節(jié)點(diǎn)是自身的一個(gè)后代節(jié)點(diǎn)，則下一跳（nexthop）的節(jié)點(diǎn)地址為：目的節(jié)點(diǎn)不是自身的一個(gè)后代節(jié)點(diǎn)，路由節(jié)點(diǎn)將把該包送交自己的父節(jié)點(diǎn)處理。Cluster-Tree路由算法3.4.3ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由算法3.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議優(yōu)點(diǎn)：使不具有路由功能的節(jié)點(diǎn)間通過(guò)與各自的父節(jié)點(diǎn)間的通信仍然可以發(fā)送數(shù)據(jù)分組和控制分組。缺點(diǎn)：效率不高。Cluster-Tree算法優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議而言，它不需要周期性的路由信息廣播，節(jié)省了一定的網(wǎng)絡(luò)資源，并降低了網(wǎng)絡(luò)功耗。缺點(diǎn)：是在需要時(shí)才發(fā)起路由尋找過(guò)程，會(huì)增加數(shù)據(jù)到達(dá)目的地址的時(shí)間。

AODVjr算法優(yōu)缺點(diǎn)

路由算法比較

ZigBee路由算法

ZigBee網(wǎng)絡(luò)中存在RN+和RN—兩種類型的節(jié)點(diǎn)，其中RN+節(jié)點(diǎn)是具有足夠的存儲(chǔ)空間和能力執(zhí)行AODvjr路由協(xié)議的節(jié)點(diǎn)，而RN—節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間和能力卻是相對(duì)有限的，它不能夠執(zhí)行AODvjr路由協(xié)議，但它可以使用Cluster-Tree算法幫助轉(zhuǎn)發(fā)控制分組。3.4.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制3.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由工作機(jī)制---路由建立過(guò)程步驟一

節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建并向周圍節(jié)點(diǎn)廣播一個(gè)RREQ分組；若收到RREQ的節(jié)點(diǎn)是RN—，則按Cluster-Tree路由轉(zhuǎn)發(fā)此分組；若收到RREQ的節(jié)點(diǎn)是RN+，則根據(jù)RREQ中的信息建立路由發(fā)現(xiàn)表?xiàng)l目和路由表?xiàng)l目并繼續(xù)廣播此分組。

步驟二計(jì)算將RREQ發(fā)送給它的鄰節(jié)點(diǎn)與本節(jié)點(diǎn)之間的鏈路開(kāi)銷；將它加到RREQ中存儲(chǔ)的鏈路開(kāi)銷上；然后將更新后的鏈路開(kāi)銷存入路由發(fā)現(xiàn)表?xiàng)l目中。3.4.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制3.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議步驟三

若RREQ到達(dá)目節(jié)點(diǎn)或者目的節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)，此節(jié)點(diǎn)向RREQ的源節(jié)點(diǎn)回復(fù)一個(gè)RREP分組；RREP應(yīng)沿著已建立的反向路徑向源節(jié)點(diǎn)傳輸，收到RREP的節(jié)點(diǎn)建立到目的節(jié)點(diǎn)的正向路徑并更新相應(yīng)的路由信息。步驟四節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)RREP前會(huì)計(jì)算反向路徑中下一跳節(jié)點(diǎn)與本節(jié)點(diǎn)之間的鏈路開(kāi)銷；將它加到RREP中存儲(chǔ)的鏈路開(kāi)銷上；當(dāng)RREP到達(dá)相應(yīng)RREQ的發(fā)起節(jié)點(diǎn)時(shí)，路由建立過(guò)程結(jié)束。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由工作機(jī)制---路由建立過(guò)程3.4.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制3.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議【例3.7】圖3.31所示為一個(gè)包含10個(gè)節(jié)點(diǎn)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，圖中白色節(jié)點(diǎn)為RN+節(jié)點(diǎn)，灰色節(jié)點(diǎn)為RN-節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)0為ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。假設(shè)節(jié)點(diǎn)2要向節(jié)點(diǎn)9發(fā)送數(shù)據(jù)分組，但路由表中沒(méi)有到達(dá)節(jié)點(diǎn)9的路由。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)2是一個(gè)RN+節(jié)點(diǎn)，所以它將發(fā)起路由建立過(guò)程。RN+RN—廣播路徑反向路徑父子關(guān)系數(shù)據(jù)分組傳輸路徑2147035869(a)2147035869(c)217035869(d)42475869(b)103ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由工作機(jī)制---路由維護(hù)過(guò)程情況一

如果在數(shù)據(jù)傳輸中如果發(fā)生鏈路中斷，將由中斷鏈路的上游節(jié)點(diǎn)激活路由維護(hù)過(guò)程。情況四如果一個(gè)RFD終端節(jié)點(diǎn)與父節(jié)點(diǎn)通信中斷，將發(fā)起孤立通知過(guò)程，嘗試重新加入網(wǎng)絡(luò)并恢復(fù)與父節(jié)點(diǎn)的通信；情況二如果檢測(cè)到鏈路失效的是RN+節(jié)點(diǎn)，它將采用本地修復(fù)方式來(lái)維護(hù)路由，即緩存來(lái)自源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分組并廣播。情況三

如果檢測(cè)到鏈路失效的是RN一節(jié)點(diǎn)，它將直接向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送RERR，由源節(jié)點(diǎn)重建路由。3.4.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制3.4ZigBee網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議3.5.1ZigBee網(wǎng)絡(luò)的初始化網(wǎng)絡(luò)初始化流程確定網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行信道掃描設(shè)置網(wǎng)絡(luò)ID主動(dòng)掃描發(fā)送信標(biāo)請(qǐng)求命令設(shè)置掃描期限建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)能量掃描主動(dòng)掃描

節(jié)點(diǎn)是全功能設(shè)備

未與其他網(wǎng)絡(luò)連接網(wǎng)絡(luò)初始化準(zhǔn)備3.5ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組建ZigBee協(xié)調(diào)器APLZigBee協(xié)調(diào)器NWKZigBee協(xié)調(diào)器MAC123456789101.NLME_NETWORK_FORMATION.request2.4.MLME_SCAN.request3.5.MLME_SCAN.confirm6.MLME_SET.request8.MLME_START.requestMLME_START.confirm7.MLME_SET.confirm10.NLME_NETWORK_FORMATION.confirm通過(guò)協(xié)調(diào)器連接入網(wǎng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求關(guān)聯(lián)相應(yīng)命令回復(fù)確認(rèn)幀設(shè)備節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)器發(fā)送關(guān)聯(lián)請(qǐng)求回復(fù)確認(rèn)幀等待協(xié)調(diào)器處理查找網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器3.5.2設(shè)備節(jié)點(diǎn)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)3.5ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組建子節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)原語(yǔ)執(zhí)行情況孤兒節(jié)點(diǎn)讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中信息向原父節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求若父節(jié)點(diǎn)同意，入網(wǎng)成功否則成為新節(jié)點(diǎn)新節(jié)點(diǎn)信道掃描尋找父節(jié)點(diǎn)選擇深度最小的父節(jié)點(diǎn)通過(guò)已有節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)3.5.2設(shè)備節(jié)點(diǎn)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)3.5ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組建3.5.3智能家居系統(tǒng)的組建3.5ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組建智能家居作為家庭信息化的實(shí)現(xiàn)方式，已成為社會(huì)信息化發(fā)展的重要組成部分，其發(fā)展呈現(xiàn)多樣化，技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式也更加豐富。ZigBee技術(shù)廣泛的應(yīng)用在PC外設(shè)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、智能家居控制、醫(yī)療技術(shù)以及工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。由于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)屬于自組織網(wǎng)絡(luò)，且其具有較高的靈活性，因此可應(yīng)用ZigBee技術(shù)組建智能家居系統(tǒng)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖是否存在協(xié)調(diào)器一定時(shí)間內(nèi)收到分配地址？發(fā)出入網(wǎng)請(qǐng)求是否有加入請(qǐng)求一定時(shí)間內(nèi)是否收到確認(rèn)？發(fā)地址確認(rèn)信息成功加入網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求分配地址Y節(jié)點(diǎn)地址設(shè)置YY發(fā)送地址分配信息Y是否分配地址列表請(qǐng)求Y相應(yīng)請(qǐng)求（同意？）YN超時(shí)？NNN將自己設(shè)置為協(xié)調(diào)器NNN記錄該節(jié)點(diǎn)信息YCC2530芯片的應(yīng)用電路圖集成CC2530芯片的傳感器示例終端設(shè)備與協(xié)調(diào)器的交互流程本章內(nèi)容結(jié)束，謝謝！第3章ZigBee通信技術(shù)4.1藍(lán)牙技術(shù)的概論4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)4.3藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)連接4.4藍(lán)牙通信4.5藍(lán)牙的應(yīng)用領(lǐng)域第4章藍(lán)牙通信技術(shù)4.1藍(lán)牙技術(shù)的概論藍(lán)牙作為一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，具有低成本、低功耗、組網(wǎng)簡(jiǎn)單和適于語(yǔ)音通信等優(yōu)點(diǎn)。最初設(shè)計(jì)的主要目的是取代設(shè)備之間通信的有線連接，以便實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端與移動(dòng)終端、移動(dòng)終端與固定終端之間的通信設(shè)備以無(wú)線方式連接起來(lái)。4.1藍(lán)牙技術(shù)的概論由于藍(lán)牙的無(wú)線通信連接技術(shù)使得人們從有線連接的束縛中解放出來(lái)，已經(jīng)成為近年來(lái)發(fā)展最快的無(wú)線通信技術(shù)之一，得到的支持最多，具有廣闊的應(yīng)用前景。4.1藍(lán)牙技術(shù)的概論藍(lán)牙一詞是10世紀(jì)時(shí)一位丹麥國(guó)王HaraldBlatand的綽號(hào)，Blatand在英文里的意思可以被解釋為Bluetooth(藍(lán)牙)。藍(lán)牙這個(gè)標(biāo)志的設(shè)計(jì)取自HaraldBlatand國(guó)王名字中的“H”和“B”兩個(gè)字母，用古北歐字母來(lái)表示，將這兩者結(jié)合起來(lái)，就成為了藍(lán)牙的Logo。4.1藍(lán)牙技術(shù)的概論4.1.1藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展1994年，愛(ài)立信移動(dòng)通信公司開(kāi)始研究具有低成本、低功耗、組網(wǎng)簡(jiǎn)單和適于語(yǔ)音通信等特點(diǎn)的無(wú)線接口的可行性。1998年5月，愛(ài)立信公司聯(lián)合了諾基亞、英特爾、IBM和東芝4家業(yè)界中頂尖的公司，并一起聯(lián)合成立了藍(lán)牙特殊利益集團(tuán)(SpecialInterestGroup，SIG)4.1藍(lán)牙技術(shù)的概論4.1.2藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)藍(lán)牙是一種近距離的保證可靠接收和信息安全的開(kāi)放的無(wú)線通信技術(shù)規(guī)范，它可在世界上的任何地方實(shí)現(xiàn)短距離的無(wú)線語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信，主要原因是它具有如下特點(diǎn)。1)藍(lán)牙技術(shù)的開(kāi)發(fā)性2)短距離3)無(wú)線性4)具有互操作性和兼容性5)全球范圍適用6)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)4.1藍(lán)牙技術(shù)的概論4.1.3藍(lán)牙技術(shù)的版本藍(lán)牙技術(shù)誕生到發(fā)展至今，已經(jīng)經(jīng)歷了從V1.0到V5.0的5代版本4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范是由SIG制定的，屬于一種在通用無(wú)線傳輸模塊和數(shù)據(jù)通信協(xié)議基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的交互服務(wù)和應(yīng)用。藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范的目的是使符合該規(guī)范的各種設(shè)備應(yīng)用之間能夠互通，這就要求本地設(shè)備與遠(yuǎn)端設(shè)備使用相同的協(xié)議，不同的應(yīng)用需要不同的協(xié)議，但所有的應(yīng)用都要使用藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范中的軟件層和硬件層。4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)藍(lán)牙協(xié)議采用分層結(jié)構(gòu)，遵循開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型。該模型從低到高分別是：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)完整的藍(lán)牙協(xié)議棧4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)4.2.1底層硬件模塊傳輸協(xié)議的作用是使藍(lán)牙設(shè)備間能夠相互確認(rèn)對(duì)方的位置，且建立和管理藍(lán)牙設(shè)備間的物理鏈路和邏輯鏈路。這部分的傳輸協(xié)議可以再劃分為兩部分，即高層傳輸協(xié)議和低層傳輸協(xié)議。4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)低層傳輸協(xié)議運(yùn)行在單芯片藍(lán)牙硬件模塊上4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)2.4GHz的ISM波段是一種短距離無(wú)線傳輸技術(shù)，供開(kāi)源使用4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)無(wú)線收發(fā)器的主要功能是調(diào)制/解調(diào)、幀定時(shí)恢復(fù)和跳頻功能同時(shí)完成發(fā)送和接收操作4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)鏈路管理協(xié)議層利用狀態(tài)機(jī)定義了設(shè)備的5種狀態(tài)，分別是就緒、掃描、廣播、發(fā)起、連接4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)4.2.2中間協(xié)議層在藍(lán)牙邏輯鏈路上工作，中間協(xié)議層為高層應(yīng)用協(xié)議或程序提供了必要的支持，為上層應(yīng)用提供了各種不同的標(biāo)準(zhǔn)接口。串口仿真協(xié)議(RFCOMM)是一個(gè)仿真有線鏈路的無(wú)線數(shù)據(jù)仿真協(xié)議，提供了對(duì)RS-232串行接口的仿真，為建立在串口之上的傳統(tǒng)應(yīng)用提供接口環(huán)境，符合歐洲典型標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定的TS07.10串口仿真協(xié)議，并且針對(duì)藍(lán)牙的實(shí)際應(yīng)用情況作了修改。4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)4.2.3高端應(yīng)用層高端應(yīng)用層位于藍(lán)牙協(xié)議棧的最上部分，是由選用協(xié)議層組成的。該層是指那些位于藍(lán)牙協(xié)議堆棧之上的應(yīng)用軟件和其中所涉及的協(xié)議，即藍(lán)牙應(yīng)用程序，由開(kāi)發(fā)上層各種通信諸如撥號(hào)上網(wǎng)和語(yǔ)音通信等驅(qū)動(dòng)。4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)OBEX(ObjectExchangeProtocol)是對(duì)象交換協(xié)議，它支持設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換，采用客戶/服務(wù)器模式提供與HTTP(超文本傳輸協(xié)議)相同的基本功能。該協(xié)議作為一個(gè)開(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)，還定義了可用于交換的電子商務(wù)卡、個(gè)人日程表、消息和便條等格式。4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)英特網(wǎng)協(xié)議：該部分協(xié)議包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議、網(wǎng)際協(xié)議、傳輸控制協(xié)議和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議等，用于實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備的撥號(hào)上網(wǎng)，或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)訪問(wèn)Internet和本地局域網(wǎng)。WAP(WirelessApplicationProtocol)是無(wú)線應(yīng)用協(xié)議，在數(shù)字蜂窩電話和其他小型無(wú)線設(shè)備上實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)業(yè)務(wù)是其目的。它支持移動(dòng)電話瀏覽網(wǎng)頁(yè)、收取電子郵件和其他基于因特網(wǎng)的協(xié)議。4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)WAE(WirelessApplicationEnvironment)是無(wú)線應(yīng)用環(huán)境，它提供用于WAP電話和個(gè)人數(shù)字助理PDA所需的各種應(yīng)用軟件。紅外無(wú)線傳輸技術(shù)早于藍(lán)牙技術(shù)，它有著廣泛的應(yīng)用，它所支持的一些應(yīng)用模型也是藍(lán)牙技術(shù)的重要應(yīng)用方向，因此SIG采用了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)的會(huì)話層協(xié)議，即紅外對(duì)象交換協(xié)議，使高層應(yīng)用可以同時(shí)運(yùn)行在藍(lán)牙和紅外的無(wú)線鏈路之上，這就是紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)互操作性的含義。4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)互操作協(xié)議：藍(lán)牙規(guī)范采用了紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)的對(duì)象交換協(xié)議，使得傳統(tǒng)的基于紅外技術(shù)的對(duì)象交換應(yīng)用同樣可以運(yùn)行在藍(lán)牙無(wú)線接口之上。音頻視頻分發(fā)傳輸協(xié)議定義了藍(lán)牙設(shè)備間音頻視頻數(shù)據(jù)流的協(xié)商，建立和傳輸過(guò)程以及相互交換的信令消息形式。4.2藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)藍(lán)牙音頻視頻控制傳輸協(xié)議定義了藍(lán)牙音頻視頻設(shè)備之間傳輸控制指令和響應(yīng)消息的標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)牙音頻視頻控制傳輸協(xié)議可以使用音頻視頻設(shè)備同時(shí)支持多個(gè)應(yīng)用框架，每一個(gè)應(yīng)用框架定義了各自相應(yīng)的消息格式與使用規(guī)則。4.3藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)連接藍(lán)牙系統(tǒng)采用一種靈活的Ad-Hoc的組網(wǎng)方式，使得一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備可同時(shí)與7個(gè)其他的藍(lán)牙設(shè)備相連接。藍(lán)牙系統(tǒng)采用一種無(wú)基站的靈活組網(wǎng)方式，使得一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備可同時(shí)與其他多個(gè)藍(lán)牙設(shè)備相連，這樣就形成了藍(lán)牙微微網(wǎng)(Piconet)。微微網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙無(wú)線通信的最基本方式，微微網(wǎng)不需要類似于蜂窩網(wǎng)基站和無(wú)線局域網(wǎng)接入點(diǎn)之類的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。4.3藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)連接4.3.1微微網(wǎng)和散射網(wǎng)在一個(gè)微微網(wǎng)中，所有設(shè)備的級(jí)別是相同的，具有相同的權(quán)限。主設(shè)備單元負(fù)責(zé)提供時(shí)鐘同步信號(hào)和跳頻序列，從設(shè)備單元一般是受控同步的設(shè)備單元。4.3藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)連接散射網(wǎng)(Scatternet)是多個(gè)微微網(wǎng)在時(shí)空上相互重疊形成的比微微網(wǎng)覆蓋范圍更大的藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)，其特點(diǎn)是微微網(wǎng)間有互連的藍(lán)牙設(shè)備4.3藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)連接4.3.2藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)藍(lán)牙設(shè)備在建立連接以前，通過(guò)在固定的一個(gè)頻段內(nèi)選擇跳頻頻率或由被查詢的設(shè)備地址決定，迅速交換握手信息時(shí)間和地址，快速取得設(shè)備的時(shí)間和頻率同步。建立連接后，設(shè)備雙方根據(jù)信道跳變序列改變頻率，使跳頻頻率呈現(xiàn)隨機(jī)特性。4.3藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)連接藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)及其關(guān)系4.4藍(lán)牙通信發(fā)送端(TXD)一般表示為自己的發(fā)送端，正常通信必須連接另一個(gè)設(shè)備的RXD。接收端(RXD)一般表示為自己的接收端，正常通信必須連接另一個(gè)設(shè)備的TXD。藍(lán)牙模塊與各種TTL(Transistor-TransistorLogic)電平設(shè)備相連4.4藍(lán)牙通信在實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙通信的例子中，需要準(zhǔn)備好兩個(gè)藍(lán)牙4.0模塊和一個(gè)TTL轉(zhuǎn)USB模塊。4.4藍(lán)牙通信TTL轉(zhuǎn)USB模塊的實(shí)物圖4.4藍(lán)牙通信把其中一個(gè)藍(lán)牙4.0與其相連。在藍(lán)牙通信時(shí)，設(shè)備的TXD永遠(yuǎn)接另一個(gè)設(shè)備的RXD，即藍(lán)牙4.0的接收端要與USB轉(zhuǎn)TTL模塊的發(fā)送端連接。4.4藍(lán)牙通信當(dāng)藍(lán)牙4.0模塊與USB轉(zhuǎn)TTL模塊連接沒(méi)有問(wèn)題的時(shí)候，將USB轉(zhuǎn)TTL模塊插入個(gè)人計(jì)算機(jī)的USB接口上，連接正確會(huì)看到USB轉(zhuǎn)TTL模塊燈常亮，藍(lán)牙4.0模塊為閃爍狀態(tài)，如果藍(lán)牙4.0模塊為常亮的情況，可能已經(jīng)配對(duì)成功。檢查USB轉(zhuǎn)TTL模塊是否正常工作，可以檢查端口是否識(shí)別。具體操作如下：右擊“計(jì)算機(jī)”，選擇“管理”→“設(shè)備管理”→“端口”，查看是否識(shí)別。4.4藍(lán)牙通信4.4藍(lán)牙通信4.4藍(lán)牙通信4.4藍(lán)牙通信4.4藍(lán)牙通信如果串口調(diào)試助手首界面沒(méi)有反饋“OK”，則要分別檢查以前操作是否正確，具體如下。(1)檢查硬件連接，即藍(lán)牙模塊的TXD是否與USB轉(zhuǎn)TTL模塊的RDX進(jìn)行連接，藍(lán)牙模塊的RDX是否與USB轉(zhuǎn)TTL模塊的TXD進(jìn)行連接。(2)檢查USB轉(zhuǎn)TTL模塊的驅(qū)動(dòng)是否正確安裝，PC端的操作系統(tǒng)是否能正確識(shí)別連接的端口號(hào)。(3)檢查串口調(diào)試小助手的端口號(hào)是否設(shè)置正確，是否單擊了“打開(kāi)串口”按鈕。(4)串口調(diào)試小助手的命令欄內(nèi)的“AT”后面是否加“回車”按鍵。4.5藍(lán)牙的應(yīng)用領(lǐng)域4.5.1藍(lán)牙耳機(jī)藍(lán)牙耳機(jī)是最早投放市場(chǎng)的藍(lán)牙產(chǎn)品之一，它可以和內(nèi)嵌藍(lán)牙技術(shù)的手機(jī)、PDA等設(shè)備進(jìn)行語(yǔ)音通信。生產(chǎn)藍(lán)牙耳機(jī)的廠商比較多，如愛(ài)立信、飛利浦、日本先鋒等。4.5藍(lán)牙的應(yīng)用領(lǐng)域4.5.2藍(lán)牙手機(jī)藍(lán)牙技術(shù)在智能手機(jī)中的應(yīng)用十分廣泛的。集成了藍(lán)牙技術(shù)的手機(jī)可以和藍(lán)牙耳機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通話，使得智能手機(jī)的娛樂(lè)性能得到進(jìn)一步的演示。此外，藍(lán)牙手機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)許多其他的功能，例如可以將拍攝的圖片無(wú)線傳輸?shù)剿{(lán)牙打印機(jī)進(jìn)行打印。如圖4-28所示為一款藍(lán)牙手機(jī)。4.5藍(lán)牙的應(yīng)用領(lǐng)域4.5.3藍(lán)牙PC卡藍(lán)牙PC卡就是PCMCIA接口卡，插入筆記本電腦后可以實(shí)現(xiàn)筆記本電腦與鄰近的各種藍(lán)牙設(shè)備的無(wú)線通信。3COM公司的藍(lán)牙PC卡可以作為藍(lán)牙連接管理器，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)相鄰的藍(lán)牙設(shè)備和資源；它可以在筆記本電腦和藍(lán)牙PDA間自動(dòng)同步日歷等信息；它還使得筆記本電腦可以通過(guò)藍(lán)牙手機(jī)接入互聯(lián)網(wǎng)。4.5藍(lán)牙的應(yīng)用領(lǐng)域4.5.4藍(lán)牙USB適配器藍(lán)牙USB適配器可以插入帶有USB接口的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)與其他藍(lán)牙設(shè)備間的無(wú)線通信。它們可以用于PC或筆記本電腦，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備間文件等信息的相互交換4.5藍(lán)牙的應(yīng)用領(lǐng)域4.5.5藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)用于實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備接入本地局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，它既可以是一種類似于無(wú)線調(diào)制解調(diào)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入設(shè)備，也可以是一種類似于無(wú)線HUB的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的接入設(shè)備。藍(lán)牙PDA和藍(lán)牙筆記本電腦等設(shè)備可以通過(guò)藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)訪問(wèn)本地局域網(wǎng)或接入互聯(lián)網(wǎng)。此外，這兩款網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)還可以作為公共交換電話網(wǎng)的接入點(diǎn)，因而可實(shí)現(xiàn)IP電話的功能4.5藍(lán)牙的應(yīng)用領(lǐng)域4.5.6藍(lán)牙打印機(jī)藍(lán)牙打印機(jī)可以免除以往進(jìn)行打印前連線的煩惱，甚至可以使用另外一個(gè)房間的藍(lán)牙打印機(jī)進(jìn)行打印?；萜展镜乃{(lán)牙打印機(jī)的無(wú)線通信距離是10m，集成有藍(lán)牙技術(shù)的筆記本電腦、PDA和數(shù)碼相機(jī)等都可以使用它打印文檔或圖像。除了內(nèi)嵌藍(lán)牙技術(shù)的打印機(jī)之外，還可以使用藍(lán)牙打印機(jī)適配器來(lái)完成無(wú)線打印功能。這種適配器是一種簡(jiǎn)單的無(wú)線共享打印機(jī)方案，它適合于任何使用并口的打印機(jī)4.5藍(lán)牙的應(yīng)用領(lǐng)域4.5.7藍(lán)牙PDA藍(lán)牙PDA是藍(lán)牙的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。集成藍(lán)牙的PDA可以很方便地與筆記本電腦及其他藍(lán)牙PDA等設(shè)備進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)通信和相互交換信息。藍(lán)牙PDA也可以通過(guò)藍(lán)牙的網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)或藍(lán)牙手機(jī)無(wú)線上網(wǎng)本章內(nèi)容結(jié)束，謝謝！第4章藍(lán)牙通信技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)及應(yīng)用（第2版）第5章RFID技術(shù)

5.1RFID概述5.2RFID基本原理5.3RFID的天線與射頻前端5.4RFID編碼與調(diào)制5.5RFID防碰撞算法5.6RFID技術(shù)應(yīng)用第5章RFID技術(shù)5.1RFID概述射頻識(shí)別(RFID，RadioFrequencyIdentification)是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，它利用射頻信號(hào)無(wú)接觸信息傳遞，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別物理對(duì)象的技術(shù)。RFID無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸，識(shí)別目標(biāo)過(guò)程中無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程讀取，操作快捷方便。RFID技術(shù)如同物聯(lián)網(wǎng)的觸角，使自動(dòng)識(shí)別每一個(gè)物體變得可能。5.1RFID概述美國(guó)埃森哲實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)家弗格森認(rèn)為RFID是一種突破性的技術(shù)：“第一，可以識(shí)別單個(gè)的非常具體的物體，而不是像條形碼那樣只能識(shí)別一類物體；第二，其采用無(wú)線電射頻，可以透過(guò)外部材料讀取數(shù)據(jù)，而條形碼必須靠激光來(lái)讀取信息；第三，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)物體進(jìn)行識(shí)讀，而條形碼只能一個(gè)一個(gè)地讀。此外，儲(chǔ)存的信息量也非常大?！?。5.1RFID概述5.1.1RFID發(fā)展歷程●1940～1950年：雷達(dá)的改進(jìn)和應(yīng)用催生了RFID技術(shù)，1948年奠定了RFID技術(shù)的理論基礎(chǔ)?！?950～1960年：早期RFID技術(shù)的探索階段，主要處于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究?！?960～1970年：RFID技術(shù)的理論得到了發(fā)展，開(kāi)始了一些應(yīng)用嘗試。●1970～1980年：RFID技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個(gè)大發(fā)展時(shí)期，各種RFID技術(shù)測(cè)試得到加速。出現(xiàn)了一些最早的RFID應(yīng)用。●1980～1990年：RFID技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段，各種規(guī)模應(yīng)用開(kāi)始出現(xiàn)。5.1RFID概述5.1.1RFID發(fā)展歷程●1990～2000年：RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題日趨得到重視，RFID產(chǎn)品得到廣泛采用，RFID產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的一部分?！?000年后：標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題日趨為人們所重視，RFID產(chǎn)品種類更加豐富，有源電子標(biāo)簽、無(wú)源電子標(biāo)簽及半無(wú)源電子標(biāo)簽均得到發(fā)展，電子標(biāo)簽成本不斷降低，規(guī)模應(yīng)用行業(yè)擴(kuò)大。至今，RFID技術(shù)的理論得到豐富和完善。單芯片電子標(biāo)簽、多個(gè)電子標(biāo)簽識(shí)讀、無(wú)線可讀可寫、無(wú)源電子標(biāo)簽的遠(yuǎn)距離識(shí)別、適應(yīng)高速移動(dòng)物體的RFID技術(shù)與產(chǎn)品正在成為現(xiàn)實(shí)并走向應(yīng)用。5.1RFID概述5.1.2RFID系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)

2005年國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布的《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》全面分析了物聯(lián)網(wǎng)的概念，認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是一種通過(guò)諸如射頻自動(dòng)識(shí)別RFID以及智能計(jì)算等技術(shù)將全世界的設(shè)備連接起來(lái)所實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物品連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，它是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)。5.1RFID概述5.1.2RFID系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)

RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)，也只有了解和掌握RFID相關(guān)技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)技術(shù)，才能理解物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)原理?！拔锫?lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。5.1RFID概述5.1.3

RFID的標(biāo)準(zhǔn)體系RFID技術(shù)的發(fā)展對(duì)每個(gè)人的日常生活產(chǎn)生了廣泛的影響，為了規(guī)范電子標(biāo)簽及讀寫器的開(kāi)發(fā)工作，解決RFID系統(tǒng)的互聯(lián)和兼容問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)世界范圍內(nèi)的物品進(jìn)行統(tǒng)一管理，RFID的標(biāo)準(zhǔn)化是當(dāng)前亟須解決的重要問(wèn)題，為此各個(gè)國(guó)家及國(guó)際相關(guān)組織都在積極參與和推進(jìn)RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定。5.1RFID概述5.1.3

RFID的標(biāo)準(zhǔn)體系主要的RFID相關(guān)規(guī)范有歐美的EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)體系、ISO18000系列標(biāo)準(zhǔn)和日本的UID規(guī)范。其中，ISO標(biāo)準(zhǔn)主要定義電子標(biāo)簽和讀寫器之間互操作的空中接口。因此，RFID技術(shù)也存在3個(gè)主要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，即歐美的EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)體系、ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)體系和日本的UID標(biāo)準(zhǔn)。5.1RFID概述1.ISO制定的RFID標(biāo)準(zhǔn)體系根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/IEC聯(lián)合技術(shù)委員會(huì)JTC1子委員會(huì)SC31的標(biāo)準(zhǔn)化工作計(jì)劃，RFID標(biāo)準(zhǔn)可以分為4個(gè)方面：數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（如編碼標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC15691,數(shù)據(jù)協(xié)議ISO/IEC15692、ISO/IEC15693,解決了應(yīng)用程序／標(biāo)簽和空中接口多樣性的要求，提供了一套通用的通信機(jī)制）；空中接口標(biāo)準(zhǔn)（ISO/IEC18000系列）；測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC18047和一致性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC18046)；實(shí)時(shí)定位（RTLS)(ISO/IEC24730系列應(yīng)用接口與空中接口通信的標(biāo)準(zhǔn)）方面的標(biāo)準(zhǔn)。RFID標(biāo)準(zhǔn)的邏輯框架結(jié)構(gòu)如圖5.3所示。5.1RFID概述1.ISO制定的RFID標(biāo)準(zhǔn)體系圖5.3ISO定義的RFID標(biāo)準(zhǔn)邏輯框架5.1RFID概述2.EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)體系與ISO通用性RFID標(biāo)準(zhǔn)相比，EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)體系是面向物流供應(yīng)鏈領(lǐng)域，可以看成是一個(gè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。EPCglobal的目標(biāo)是解決供應(yīng)鏈的透明性和追蹤性，透明性和追蹤性是指供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)中所有合作伙伴都能夠了解單件物品的相關(guān)信息，如位置、生產(chǎn)日期等信息。為此EPCglobal制定了EPC（ElectronicProductCode）編碼標(biāo)準(zhǔn)，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有物品提供單件唯一標(biāo)識(shí)；也制定了空中接口協(xié)議、讀寫器協(xié)議。這些協(xié)議與ISO標(biāo)準(zhǔn)體系類似。在空中接口協(xié)議方面，目前EPCglobal的策略盡量與ISO兼容，如Gen2UHFRFID標(biāo)準(zhǔn)遞交ISO將成為ISO180006C標(biāo)準(zhǔn)。但EPCglobal空中接口協(xié)議有它的局限范圍，僅僅關(guān)注UHF860～930MHz。5.1RFID概述2.EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)體系除了信息采集以外，EPCglobal為供應(yīng)鏈各方了信息共享，制定了相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，包括EPC中間件規(guī)范、對(duì)象名解析服務(wù)ONS(ObjectNamingService)、物理標(biāo)記語(yǔ)言PML(PhysicalMarkupLanguage)。這樣從信息的發(fā)布、信息資源的組織管理、信息服務(wù)的發(fā)現(xiàn)以及大量訪問(wèn)之間的協(xié)調(diào)等方面做出規(guī)定。EPC系統(tǒng)由EPC編碼標(biāo)準(zhǔn)、射頻識(shí)別系統(tǒng)、EPC中間件、對(duì)象名稱解析服務(wù)（ONS）、EPC信息服務(wù)（EPCIS）組成。在EPC系統(tǒng)中，讀寫器讀出的EPC只是一個(gè)信息參考（指針），由這個(gè)信息參考從Internet找到IP地址，并獲取該地址中存放的相關(guān)的物品信息，并采用分布式的EPC中間件處理由讀寫器讀取的一連串EPC信息。5.1RFID概述2.EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)體系由于在標(biāo)簽上只有一個(gè)EPC代碼，計(jì)算機(jī)需要知道與該EPC匹配的其他信息，這就需要ONS來(lái)提供一種自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，EPC中間件將EPC代碼傳給ONS，ONS指示EPC中間件到一個(gè)保存著產(chǎn)品文件的服務(wù)器（EPCIS)查找，該文件可由EPC中間件復(fù)制，因而，文件中的產(chǎn)品信息就能傳到供應(yīng)鏈上。EPC系統(tǒng)的工作流程如圖5.4所示。5.1RFID概述2.EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)體系圖5.4EPC系統(tǒng)的工作流程5.1RFID概述3.UbiquitousID標(biāo)準(zhǔn)體系日本泛在ID（UbiquitousID，UID）中心制定RFID相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的思路類似于EPCglobal，目標(biāo)也是構(gòu)建一個(gè)完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，即從編碼體系、空中接口協(xié)議到泛在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，但是每一個(gè)部分的具體內(nèi)容存在差異。泛在網(wǎng)絡(luò)與EPCglobal的物聯(lián)網(wǎng)還是有區(qū)別的。EPC采用業(yè)務(wù)鏈的方式，面向企業(yè)，面向產(chǎn)品信息的流動(dòng)(物聯(lián)網(wǎng))，比較強(qiáng)調(diào)與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合。UID采用扁平式信息采集分析方式，強(qiáng)調(diào)信息的獲取與分析，比較強(qiáng)調(diào)前端的微型化與集成。5.1RFID概述4.RFID中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化情況我國(guó)目前已經(jīng)從多個(gè)方面開(kāi)展了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究制定工作。制定了《集成電路卡模塊技術(shù)規(guī)范》、《建設(shè)事業(yè)IC卡應(yīng)用技術(shù)》等應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，并且得到了廣泛應(yīng)用；在頻率規(guī)劃方面，已經(jīng)做了大量的試驗(yàn)；在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面，依據(jù)ISO/IEC15693系列標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)基本完成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的起草工作，ISO/IEC18000系列標(biāo)準(zhǔn)制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的工作已列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制訂計(jì)劃。此外，中國(guó)RFID標(biāo)準(zhǔn)體系框架的研究工作也已基本完成。5.2RFID基本原理典型的RFID系統(tǒng)是由電子標(biāo)簽、讀寫器、系統(tǒng)高層三個(gè)部分所組成。RFID的基本組成如圖5.5所示。圖5.5RFID系統(tǒng)的基本組成5.2.1RFID系統(tǒng)組成5.2RFID基本原理電子標(biāo)簽(ElectronicTag)又被稱為應(yīng)答器或射頻卡。電子標(biāo)簽附