ZigBee技術與應用介紹

1、 nZigbee是是IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞。根據協(xié)議的代名詞。根據這個協(xié)議規(guī)定的技術是一種短距離、低功耗的無線這個協(xié)議規(guī)定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。通信技術。 n其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據速率、低成本。數(shù)據速率、低成本。 n主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。各種設備。 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通訊技術。距離無線組網通訊技術。n工業(yè)自動化和家庭智能化對無線數(shù)據通信

2、的需求越工業(yè)自動化和家庭智能化對無線數(shù)據通信的需求越來越強烈，而藍牙技術對于這一領域顯然有一定的來越強烈，而藍牙技術對于這一領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標準基礎上建立的，從下往上依次是物理層，MAC層，網絡/安全層，應用支持子層，應用層。 物理層物理層MA

3、C層層網絡層網絡層安全層安全層應用層應用層應用支持子層應用支持子層ZigBee聯(lián)盟聯(lián)盟IEEE 802.15.4用戶用戶硬件實現(xiàn)硬件實現(xiàn)ZigBee平臺通信棧平臺通信棧應用層應用層物理層MAC層網絡/安全層支持/應用層作用：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。主要目的：控制RF收發(fā)器工作。負責設備間無線數(shù)據鏈路的建立、維護和結束確認模式的數(shù)據傳送和接收。建立新網絡，保證數(shù)據的傳輸。對數(shù)據進行加密，保證數(shù)據的完整性。應用支持層根據服務和需求使多個器件之間進行通信。應用層主要根據具體應用由用戶開發(fā)。星狀星狀網狀型網狀型簇狀型簇狀型網絡協(xié)調器網

4、絡協(xié)調器全功能設備全功能設備( (FFD,Router):FFD,Router):可以支持可以支持任何一種拓撲結構，可以作為網絡任何一種拓撲結構，可以作為網絡協(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備進行通信任何一種設備進行通信精簡功能設備精簡功能設備( (RFDRFD):):不能成為任何不能成為任何協(xié)商者，可以和網絡協(xié)商者進行通協(xié)商者，可以和網絡協(xié)商者進行通信，實現(xiàn)簡單信，實現(xiàn)簡單。網絡協(xié)調器：網絡協(xié)調器：包含所有的網絡消息，是3種設備類型中嘴復雜的一種，存儲容量最大、計算能力最強。發(fā)送網絡信標、建立一個網絡、管理網絡節(jié)點、存儲網絡節(jié)點信息、尋找一對節(jié)點間的路由

5、消息、不斷地接收信息。全功能設備（全功能設備（FFD）：）：可以擔任網絡協(xié)調者，形成網絡，讓其他的FFD或是精簡功能裝置（RFD）連結，F(xiàn)FD具備控制器的功能，可提供信息雙向傳輸。精簡功能設備（精簡功能設備（RFD）：）：RFD只能傳送信息給FFD或從FFD接收信息。MESH網狀網絡拓撲結構的網絡具有強大的功能，網網狀網絡拓撲結構的網絡具有強大的功能，網絡可以通過多級跳的方式來通信；該拓撲結構還可以組絡可以通過多級跳的方式來通信；該拓撲結構還可以組成極為復雜的網絡；網絡還具備自組織、自愈功能。成極為復雜的網絡；網絡還具備自組織、自愈功能。通信可靠機制通信可靠機制ZigBee采用了采用了CSMA

6、-CA的碰撞避免機制，同時為需要的碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據時的固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據時的競爭和沖突；明晰的信道檢測競爭和沖突；明晰的信道檢測MAC層采用了完全確認的數(shù)據傳輸機制，每個發(fā)送的數(shù)據層采用了完全確認的數(shù)據傳輸機制，每個發(fā)送的數(shù)據包都必須等待接受方的確認信息。包都必須等待接受方的確認信息。網絡的自組織自語能力強網絡的自組織自語能力強ZigBee的自組織功能：無需人工干預，網絡節(jié)點能夠感的自組織功能：無需人工干預，網絡節(jié)點能夠感知其他節(jié)點的存在，并確定連結關系，組成結構化的網絡；知其他節(jié)點的存在，并確定連結關系，組

7、成結構化的網絡；ZigBee自愈功能：增加或者刪除一個節(jié)點，節(jié)點位置發(fā)自愈功能：增加或者刪除一個節(jié)點，節(jié)點位置發(fā)生變動，節(jié)點發(fā)生故障等等，網絡都能夠自我修復，并對網生變動，節(jié)點發(fā)生故障等等，網絡都能夠自我修復，并對網絡拓撲結構進行相應的調整，無需人工干預，保證整個系統(tǒng)絡拓撲結構進行相應的調整，無需人工干預，保證整個系統(tǒng)仍然能正常工作。仍然能正常工作。數(shù)據傳輸速率低：數(shù)據傳輸速率低：10KB/秒-250KB/秒，專注于低傳輸應用功耗低：功耗低：在低功耗待機模式下，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)據傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本網絡容量大：網絡容量大：網絡

8、可容納65000個設備時延短：時延短：典型搜索設備時延為30ms，休眠激活時延為15ms，活動設備信道接入時延為15ms。網絡的自組織、自愈能力強，通信可靠網絡的自組織、自愈能力強，通信可靠數(shù)據安全：數(shù)據安全：ZigBee提供了數(shù)據完整性檢查和鑒權功能，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）的頻段低功耗低功耗低成本低成本較低的報文吞吐率較低的報文吞吐率需要支持大型網絡接點的數(shù)量級需要支持大型網絡接點的數(shù)量級對通信服務

9、質量對通信服務質量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)送鑒別報文的完整性報文的完整性需要多方面的較復雜的網絡拓撲結構應用需要多方面的較復雜的網絡拓撲結構應用要求高的網絡自組織、自恢復能力要求高的網絡自組織、自恢復能力低速無線設備 TV VCR DVD CD 鼠標鼠標 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)、農業(yè)和商業(yè)消費電子消費電子PC 機的機的外圍設備外圍設備家庭

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)護結合結合ZigBee和和GPRS的無線數(shù)據傳輸網絡的無線數(shù)據傳輸網絡基于基于ZigBee的油田油井遙測遙控無線通信的油田油井遙測遙控無線通信ZigBeeZigBee技術在石油石化行業(yè)的應用技術在石油石化行業(yè)的應用液化天然氣罐遠程監(jiān)控液化天然氣罐遠程監(jiān)控汽油管線的腐蝕監(jiān)測汽油管線的腐蝕監(jiān)測潤滑油供應鏈潤滑油供應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技術在石油石化行業(yè)的應用技術在石油石化行業(yè)的應用游船引擎震動監(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品鐵路槽車的遠程信

11、息處理化工產品鐵路槽車的遠程信息處理基于基于ZigBeeZigBee技術的管道監(jiān)測無線數(shù)據傳輸網絡技術的管道監(jiān)測無線數(shù)據傳輸網絡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技術的無線三表遠程抄表系統(tǒng)技術的無線三表遠程抄表

12、系統(tǒng)采用采用MESHMESH網狀網絡結構，保證數(shù)據傳輸?shù)目煽啃?。網狀網絡結構，保證數(shù)據傳輸?shù)目煽啃?。每幢單元樓設置一個每幢單元樓設置一個ZigBeeZigBee遠端節(jié)點遠端節(jié)點一個小區(qū)設置一個一個小區(qū)設置一個ZigBeeZigBee中心節(jié)點中心節(jié)點ZigBeeZigBee中心節(jié)點數(shù)據通過中心節(jié)點數(shù)據通過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技術的無線三表遠程抄表系統(tǒng)技術的無線三表遠程抄表系統(tǒng) 盡管ZigBee在出現(xiàn)伊始就以其低功耗，數(shù)據傳輸可靠，網絡容量大，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、主要用于室內的無線網絡通信技術卻并沒有太多的機會來讓其所具有的種種優(yōu)點物盡其用。不久前，市場調研公司In-Stat發(fā)布的一份報告就指出，目前，ZigBee的開發(fā)以大廈自動化設備、產業(yè)、醫(yī)療及家庭自動化等領域為目標。尤其在自動儀表領域，ZigBee擁有很高的關注度。In-Stat預測，支持ZigBee及IEEE802.15.4的芯片組的合計供貨量到2011年將從06年的500萬個增至1億2,000萬個。但在家電市場，由于競爭技術較多，ZigBee得以普及的可能性很低，發(fā)展前景難以預料。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的售價一直居高不下，影響了這些廠商的售價一直居高不下，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、低復雜度、低功作為一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據速率、低成本的無線網絡技術，有效彌補耗、低數(shù)據速率、低成本的無線網絡技術，有效彌補了低成本、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，其成功的關鍵在于豐富而便捷的應用，而不是技術本身成功的關鍵在于豐富而便捷的應用，而不是技術本身。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)力量將轉到應用的