zigbee簡介_ppt課件

1、無線發(fā)展歷程 80年代,當(dāng)單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)廣泛普及，8051如日中天的時(shí)候,手機(jī)還是價(jià)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(shù)還是像美國莫托羅拉這樣大公司實(shí)驗(yàn)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(jì)過，那時(shí)，在美國進(jìn)行無線產(chǎn)品的項(xiàng)目開發(fā),有85%以上的開發(fā)項(xiàng)目會失敗。復(fù)雜的高頻，昂貴的設(shè)備，完全被封鎖的技術(shù)，無線還只是在“天上”。 最成功的應(yīng)用，應(yīng)該是汽車遙控器和車庫門遙控這樣的簡單技術(shù)。 CC2430 無線soc完整的CC2430通信模塊無線單片機(jī)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(shè)計(jì)，使開發(fā)無線應(yīng)用設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移到以軟件代碼為中心； 大量低價(jià)格，直觀顯示為特點(diǎn)的無線開發(fā)、測試工具的誕生，使無線應(yīng)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(yīng)用，特別是無線鼠標(biāo)，鍵盤和游戲搖桿等方面。 soc短距離無線應(yīng)用的深入， 對低成本無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出了需求 應(yīng)用中很多節(jié)點(diǎn)在密集區(qū)域 需求組網(wǎng)，高效率空中防碰撞。 工業(yè)應(yīng)用中環(huán)境復(fù)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(fù)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)安全。Zigbee聯(lián)盟 國際著名soc半導(dǎo)體生產(chǎn)商、技術(shù)提供

3、者、代工生產(chǎn)商以及最終使用者成立了一個(gè)非牟利業(yè)界組織 zigbee聯(lián)盟，目的在于制定一個(gè)基于IEEE802.15.4、可靠、高性價(jià)比、低功耗的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)zigbee 。生產(chǎn)商可以利用ZigBee這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化無線網(wǎng)絡(luò)平臺，設(shè)計(jì)簡單、可靠、便宜又省電的各種無線產(chǎn)品。 ZigBee技術(shù)有自己的無線電標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)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(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，因此它們的通信效率非常高。 ZigBee的基礎(chǔ)是IEEE802.15.4，這是IEEE無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)工作組的一 項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，被稱作IEEE802.15.4(ZigBe

4、e) 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 Zigbee是IEEE 802.15.4的擴(kuò)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(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。 ZigBee聯(lián)盟還開發(fā)了安全層。Zigbee技術(shù)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(yīng)用層， 應(yīng)用安全層，網(wǎng)絡(luò)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(shè)備的工作頻段2.4Ghz。 MAC層負(fù)責(zé)相鄰設(shè)備間的單跳數(shù)據(jù)通信。 SAP是為某一特定層提供的服務(wù)與上層之間的接口。ZigBee的不同層與 MAC就是通過

5、服務(wù)接入點(diǎn)(SAP)進(jìn)行連接。 應(yīng)用層由用戶開發(fā)提供功能服務(wù)函數(shù)。 安全服務(wù)提供層提供信息安全加鎖服務(wù)。協(xié)議棧核心網(wǎng)絡(luò)層 ZigBee協(xié)議棧的核心部分在網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)加入或離開網(wǎng)絡(luò)、接收或拋棄其他節(jié)點(diǎn)、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?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用ZigBee可組成多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 最重要的是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)Mesh)ZigBee節(jié)點(diǎn)類型 節(jié)點(diǎn)工能介紹 1.協(xié)調(diào)器 上電啟動和配置網(wǎng)絡(luò)例如設(shè)定網(wǎng)絡(luò)標(biāo)示符 ，選擇信道），一旦完成后相當(dāng)于路由器功能。 2.路由器 (1)允許其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備加入 (2)多路跳由 (3)協(xié)助電池供電的子節(jié)點(diǎn)

6、通信 (4)自己作為終端節(jié)點(diǎn)應(yīng)用 3 終端節(jié)點(diǎn) 向路由節(jié)點(diǎn)傳遞數(shù)據(jù)，可選擇睡眠與喚醒。 （路由因不斷轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)需電池供電，終端節(jié)點(diǎn)電池供電)ZigBee和簡單無線通訊之間 最大區(qū)別 簡單的點(diǎn)到點(diǎn)，點(diǎn)到多點(diǎn)通訊目前很多這樣的數(shù)傳模塊），包裝結(jié)構(gòu)比較簡單，主要為同步序言，數(shù)據(jù)，校驗(yàn)幾部分組成。而ZigBee是采用數(shù)據(jù)幀的概念，每個(gè)無線幀包括了大量無線包 裝，包含了大量時(shí)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組織管理，實(shí)現(xiàn)高可靠傳輸?shù)年P(guān)鍵。 3.ZigBee技術(shù)優(yōu)點(diǎn) 低功耗 低成本 低速率 近距離 短時(shí)延 高容量 高安全 免執(zhí)照頻段低功耗 在低耗電待機(jī)

7、模式下,2 節(jié)5 號干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作624個(gè)月,甚至更長。 這是Zigbee的突出優(yōu)勢在傳感控制領(lǐng)域）。相比較,藍(lán)牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時(shí)。低成本 通過大幅簡化協(xié)議(不到藍(lán)牙的1/10) ,降低了對通信控制器的要求,按預(yù)測分析,以8051的8位微控制器測算,全功能的主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼,子功能節(jié)點(diǎn)少至4KB代碼,而且Zigbee免協(xié)議專利費(fèi)。每塊芯片的價(jià)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(yīng)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(diǎn)間的距離。如果通過路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力,傳輸距離將可以更遠(yuǎn)理論上無限）。短時(shí)延 Zigbee 的響應(yīng)速度較快,一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15 ms ,節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30 ms ,進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較,藍(lán)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(luò)結(jié)構(gòu),由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn),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)。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(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療( ISM) 頻段,2. 4 GHz (全球) 、915 MHz(美國) 和868 MHz(歐洲) 。 此三個(gè)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(gè)